CW32L031实现低功耗温湿度

【硬件环境】

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

【开发板环境】

【资料图】

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】

【程序流程图】

【主要代码】

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);     }

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;}

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();}

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。

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IoTPower来采集功率耗数据，并做出基本的分析，具体效果如下图：

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