武汉芯源CW32L031实现超远距离超低耗无线采集

华仔的编程随笔 2023-06-30 21736

华仔的编程随笔

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描述

CW32L031实现低功耗温湿度

【硬件环境】

  1. CW32L031C8开发板
  2. SHT30温湿度传感器
  3. E31-TTL-50无线串口模块

【开发板环境】

Ubuntu20.0.4

【代码编辑器】

VSCODE ssh远程

【编译器】

arm-none-eabi-gcc

【工程包】

Cw32l031_gcc工程包

【工程概述】

本工程的核心分为sht30数据采集后，经无线串口模块发送给上位机，利用自动唤醒模块休眠指定时长后再次唤醒系统进行数据采集。

【初略原理图】

无线采集

【程序流程图】

无线采集

【主要代码】

  1. 自动唤醒定时器(AWT) 包含一个 16bit 向下计数器，并由一个可编程预分频器驱动。AWT 可选 5 种计数时钟源，可工作于定时模式或计数模式。当计数器时钟源为 LSE 或 LSI 时，AWT 可在深度休眠模式下保持运行，下溢出中断可唤醒 MCU 回到运行模式。具体配置代码如下：
void Init_awt_power(void)

{

    AWT_TimeCntInitTypeDef AWT_TimeCntInitStruct = {0};

    RCC_APBPeriphClk_Enable2(RCC_APB2_PERIPH_AWT, ENABLE);  //Open AWT Clk

    RCC_SystemCoreClockUpdate( RCC_Sysctrl_GetHClkFreq() );

    RCC_LSI_Enable();

 

    

    AWT_TimeCntStructInit( &AWT_TimeCntInitStruct );

    AWT_TimeCntInitStruct.AWT_ClkSource = AWT_CLKSOURCE_LSI;

    AWT_TimeCntInitStruct.AWT_Prescaler = AWT_PRS_DIV32768;

    AWT_TimeCntInitStruct.AWT_Mode = AWT_MODE_TIMECNT;

    AWT_TimeCntInitStruct.AWT_Period = 120;

    AWT_TimeCntInit(&AWT_TimeCntInitStruct);

 

    __disable_irq();

    NVIC_EnableIRQ(AWT_IRQn);

    __enable_irq();

    //使能AWT下溢出中断

    AWT_ITConfig(AWT_IT_UD, ENABLE);

    AWT_Cmd(ENABLE);

 

    //DeepSleep唤醒时，保持原系统时钟来源

    RCC_WAKEUPCLK_Config(RCC_SYSCTRL_WAKEUPCLKDIS);

 

    

}
  1. 软件IIC的配置，这里使用软件模拟实现。具体代码如下:
#include "myiic.h"

 

#define  I2C1_SCL_GPIO_PORT       CW_GPIOB

#define  I2C1_SCL_GPIO_PIN        GPIO_PIN_10   

#define  I2C1_SDA_GPIO_PORT       CW_GPIOB

#define  I2C1_SDA_GPIO_PIN        GPIO_PIN_11  

 

void delay_us(uint32_t us)

{

    while(us--)

    {

        __NOP();

        __NOP();

        __NOP();

        __NOP();

        __NOP();

    }

    

}

 

void IIC_Init(void)

{

      //配置PB10 为输出

    //使能GPIOB时钟

    CW_SYSCTRL- >AHBEN_f.GPIOB  = 1;

    //配置PB10 为输出

    CW_GPIOB- >ANALOG_f.PIN10 = 0; //设置 GPIOx_ANALOG.PINy 为 0，将端口配置为数字功能；

    CW_GPIOB- >DIR_f.PIN10 = 0;    //设置 GPIOx_DIR.PINy 为 0，将端口配置成输出；

    CW_GPIOB- >OPENDRAIN_f.PIN10 = 0;  //0：推挽输出

    CW_GPIOB- >ODR_f.PIN10 = 1;

    

    CW_GPIOB- >ANALOG_f.PIN11 = 0; //设置 GPIOx_ANALOG.PINy 为 0，将端口配置为数字功能；

    CW_GPIOB- >DIR_f.PIN11 = 0;    //设置 GPIOx_DIR.PINy 为 0，将端口配置成输出；

    CW_GPIOB- >OPENDRAIN_f.PIN11 = 0;  //0：推挽输出

    CW_GPIOB- >ODR_f.PIN11 = 1;

        

}

                                                                                                             

//IO方向设置(SDA)

/*********xxxxxxxxxxxxxx*************/

void SDA_IN()  

{ 

    CW_GPIOB- >DIR_f.PIN11 = 1;    //设置 GPIOx_DIR.PINy 为 0，将端口配置成输出；

}

 

void SDA_OUT()

{ 

  CW_GPIOB- >DIR_f.PIN11 = 0;    //设置 GPIOx_DIR.PINy 为 0，将端口配置成输出；

    CW_GPIOB- >OPENDRAIN_f.PIN11 = 0;  //0：推挽输出

}

 

//产生IIC起始信号

void IIC_Start(void)

{

    SDA_OUT();     //sda线输出

    IIC_SDA=1;        

    IIC_SCL=1;

    delay_us(4);

    IIC_SDA=0;//START:when CLK is high,DATA change form high to low 

    delay_us(4);

    IIC_SCL=0;//钳住I2C总线，准备发送或接收数据 

}   

 

//产生IIC停止信号

void IIC_Stop(void)

{

    SDA_OUT();//sda线输出

    IIC_SCL=0;

    IIC_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high

    delay_us(4);

    IIC_SCL=1; 

    IIC_SDA=1;//发送I2C总线结束信号

    delay_us(4);                                

}

 

//等待应答信号到来

//返回值：1，接收应答失败

//        0，接收应答成功

/*********xxxx修改超时时间************/

uint8_t IIC_Wait_Ack(void)

{

    uint8_t ucErrTime=0;

    SDA_IN();      //SDA设置为输入  

    IIC_SDA=1;delay_us(3);     

    IIC_SCL=1;delay_us(3);   

    while(READ_SDA)

    {

        ucErrTime++;

        if(ucErrTime >250)

        {

            //printf("超时\\n");

            IIC_Stop();

            return 1;

        }

    }

    IIC_SCL=0;//时钟输出0      

    return 0;  

} 

 

//产生ACK应答

void IIC_Ack(void)

{

    IIC_SCL=0;

    SDA_OUT();

    IIC_SDA=0;

    delay_us(2);

    IIC_SCL=1;

    delay_us(2);

    IIC_SCL=0;

}

 

//不产生ACK应答          

void IIC_NAck(void)

{

    IIC_SCL=0;

    SDA_OUT();

    IIC_SDA=1;

    delay_us(2);

    IIC_SCL=1;

    delay_us(2);

    IIC_SCL=0;

}           

 

//IIC发送一个字节

//返回从机有无应答

//1，有应答

//0，无应答           

void IIC_Send_Byte(uint8_t txd)

{                        

    uint8_t t;   

        SDA_OUT();      

    IIC_SCL=0;//拉低时钟开始数据传输

    for(t=0;t< 8;t++)

    {              

        if((txd&0x80) > >7)

            IIC_SDA=1;

        else

            IIC_SDA=0;

        txd< <=1;      

        delay_us(2);   //对TEA5767这三个延时都是必须的

        IIC_SCL=1;

        delay_us(2); 

        IIC_SCL=0;  

        delay_us(2);

    }    

}     

 

//读1个字节，ack=1时，发送ACK，ack=0，发送nACK   

uint8_t IIC_Read_Byte(unsigned char ack)

{

    unsigned char i,receive=0;

    SDA_IN();//SDA设置为输入

  for(i=0;i< 8;i++ )

    {

        IIC_SCL=0; 

        delay_us(100);

            IIC_SCL=1;

        receive< <=1;

        if(READ_SDA) receive++;   

        delay_us(100); 

    }                    

    if (!ack)

        IIC_NAck();//发送nACK

    else

        IIC_Ack(); //发送ACK   

    return receive;

}
  1. SHT30的采集程序如下：
#include "sht30.h"

#include "myiic.h"

 

#define POLYNOMIAL_CXDZ 0x31 // X^8 + X^5 + X^4 + 1

//SHT3X CRC校验

unsigned char SHT3X_CRC(uint8_t *data, uint8_t len)

{

    unsigned char bit;        // bit mask

    unsigned char crc = 0xFF; // calculated checksum

    unsigned char byteCtr;    // byte counter

 

    // calculates 8-Bit checksum with given polynomial @GZCXDZ

    for(byteCtr = 0; byteCtr < len; byteCtr++) {

            crc ^= (data[byteCtr]);

            for(bit = 8; bit > 0; --bit) {

                    if(crc & 0x80) {

                            crc = (crc < < 1) ^ POLYNOMIAL_CXDZ;

                    }  else {

                            crc = (crc < < 1);

                    }

            }

    }

  return crc;

}

 

//SHT30命令函数

//addr:表示产品的序号，因为SHT30使用IIC总线的话一条线上可以挂两个

void SHT30_CMD(uint16_t cmd)

{

    IIC_Start();

    IIC_Send_Byte(SHT30_ADDR+0);  //发送设备地址,写寄存器

    IIC_Wait_Ack();

    IIC_Send_Byte((cmd > >8)&0xff); //MSB

 

    IIC_Wait_Ack();

    IIC_Send_Byte(cmd&0xff); //LSB

 

    IIC_Wait_Ack();

    IIC_Stop();

    SysTickDelay(50);//命令发完后需要等待20ms以上才能读写

}



//SHT30读取温湿度

//temp:温度，-400~1250，实际温度=temp/10,分辨率0.1℃,精度±0.3℃

//humi:湿度，0~1000，实际湿度=humi/10,分辨率0.1%rh,精度±3

//返回0成功，1失败

uint8_t SHT30_Read_Humiture(int *temp,uint16_t *humi)

{

    uint8_t buff[6];

    

    SHT30_CMD(SHT30_READ_HUMITURE);//读温湿度命令

    

    IIC_Start();

    IIC_Send_Byte(SHT30_ADDR+1); //发送设备地址,读寄存器

    IIC_Wait_Ack();

    buff[0]=IIC_Read_Byte(1);//继续读，给应答

    buff[1]=IIC_Read_Byte(1);//继续读，给应答

    buff[2]=IIC_Read_Byte(1);//继续读，给应答

    buff[3]=IIC_Read_Byte(1);//继续读，给应答

    buff[4]=IIC_Read_Byte(1);//继续读，给应答

    buff[5]=IIC_Read_Byte(0);//不继续给停止应答

    IIC_Stop();

 

    

    //printf("buff=%d,%d,%d,%d,%d,%d\\r\\n",buff[0],buff[1],buff[2],buff[3],buff[4],buff[5]);

    //CRC校验

    if(SHT3X_CRC(&buff[0],2)==buff[2] && SHT3X_CRC(&buff[3],2)==buff[5])

    {

 

        *temp=(-45+(175.0*((buff[0]< < 8)+buff[1])/65535.0))*10;

        *humi=10*100*((buff[3]< < 8)+buff[4])/65535.0;

        if(*temp >1250) *temp=1250;

        else if(*temp< -400) *temp=-400;

        return 0;

    }

    else return 1;  

    

}

 

//SHT30初始化

void SHT30_Init()

{

    IIC_Init();

}
  1. 在主程序中，我们首先对串口、IIC、AWT、SHT30进行初始化，然后进入采集程序，实现的代码如下：
int main(void)

{

    int t[6];

    uint16_t h[6];

    E31_UART_Init();

    SHT30_Init();

    USART_ITConfig(CW_UART1, USART_IT_RC, ENABLE);

    Init_awt_power();

    InitTick(24000000ul); //初始化SysTick

    // 开启两线调试接口

    RCC_SWDIO_Config(RCC_SYSCTRL_SWDIOEN);

    while (1)

    {

        SHT30_Read_Humiture(t,h);

        e31_send(t[0],h[0]);

        enter_lowpower();

        exit_lowpower();

    }

 

    return 0;

}

【程序效果】

模块采集的数据，在上位机的串口助手上接收到以16进制数据发送的温湿度数据。

无线采集

上位机根据具体的需要再进行解析、判断或者分发。

【功耗测试】

此工程以合宙的IoT Power来采集功率耗数据，并做出基本的分析，具体效果如下图：

无线采集

从上面的数据我们可以看出，待机电流为7.5微安左右，在每两分钟启用一次数据上报，最在工作电流为46.5mA，平均电流为110uA，平均功率为362微瓦。可以推算一下，1000mAH的电池可以持续供电100天左右。如果我们采用在温湿度正常的范围内缓存，每一个小时做一次数据上传，那么预计可以延长30倍的工作时间，那就是10年左右的待机。

【讨论】

CW32L031具有超低功耗的出色性能，此实验的意义验证了在电池供电的环境下，可以持续的工作数年的可能。433M无线超远距离无线转输模块可以提供长达5公里（空旷）数据传输，广泛适用于智慧农业等野外的数据持续采集。也可以把温湿度传感器更改为土壤湿度、门禁等传感器，实现无线报警等功能。

　　审核编辑：汤梓红

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jf_24632371 03-21
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请问该工程可以分享吗？学生尽力了，官方例程待机也有500多ua，2503225113@qq.com 收起回复

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