高精度简易电子称第二步——低功耗测试

Posted 2020-11-10 Andrew_qian

高精度简易电子称的低功耗设计，主控采用stm32，通过设计，达到了检测断电的功能。

虽然这个称做出来的样子不是便携式，外观有些简陋（自己用木头架子搭起来的），但是对于使用两节3.7V的18650的锂电池供电来说，还是需要设计一下低功耗的。

称的使用频率不高，不能让触摸屏一直亮着，也不能让单片机一直处于工作状态，那样也太不节能、太不绿色了。

 

一、STM32低功耗设计

查阅stm32参考手册,可以看到低功耗有以下三种：

 

我想要的效果是在称上没有放任何东西的时候，如果持续30秒没有放置，立即进入低功耗模式，但是SRAM和寄存器中的数据不要丢失，在这个基础上，功耗尽量小就可以了。

对比上面的模式说明，我需要进入的是停止模式。

停止模式是在Cortex™-M3的深睡眠模式基础上结合了外设的时钟控制机制，在停止模式下电压
调节器可运行在正常或低功耗模式。此时在1.8V供电区域的的所有时钟都被停止， PLL、 HSI和
HSE RC振荡器的功能被禁止， SRAM和寄存器内容被保留下来。

关键的一点是在停止模式下，所有的I/O引脚都保持它们在运行模式时的状态。 

 确定了进入的是停止模式，那么如何才能进入停止模式呢？

 

其实这么多操作，ST全都给我们封装在了一个库函数中：void PWR_EnterSTOPMode(uint32_t PWR_Regulator, uint8_t PWR_STOPEntry)

具体内容是：

void PWR_EnterSTOPMode(uint32_t PWR_Regulator, uint8_t PWR_STOPEntry)
{
  uint32_t tmpreg = 0;
  /* Check the parameters */
  assert_param(IS_PWR_REGULATOR(PWR_Regulator));
  assert_param(IS_PWR_STOP_ENTRY(PWR_STOPEntry));
  
  /* Select the regulator state in STOP mode ---------------------------------*/
  tmpreg = PWR->CR;
  /* Clear PDDS and LPDS bits */
  tmpreg &= CR_DS_MASK;
  /* Set LPDS bit according to PWR_Regulator value */
  tmpreg |= PWR_Regulator;
  /* Store the new value */
  PWR->CR = tmpreg;
  /* Set SLEEPDEEP bit of Cortex System Control Register */
  SCB->SCR |= SCB_SCR_SLEEPDEEP;
  
  /* Select STOP mode entry --------------------------------------------------*/
  if(PWR_STOPEntry == PWR_STOPEntry_WFI)
  {   
    /* Request Wait For Interrupt */
    __WFI();
  }
  else
  {
    /* Request Wait For Event */
    __WFE();
  }
  
  /* Reset SLEEPDEEP bit of Cortex System Control Register */
  SCB->SCR &= (uint32_t)~((uint32_t)SCB_SCR_SLEEPDEEP);  
}

我们只需要在需要低功耗的时候，调用这个函数就行了。

但是我们要选择自己需要唤醒时的方式——中断WFI(wait for interrupt)  or  事件WFE(wait for event)

这两个有点绕：事件是中断的触发源，开放了对应的中断屏蔽位，则事件可以触发相应的中断。在STM32中，中断与事件不是等价的，一个中断肯定对应一个事件，但一个事件不一定对应一个中断。

比如我想要使用外部按键唤醒停止中的STM32，那么需要把按键引脚映射在了外部中断线上，然后对应的上面配置成中断唤醒方式：

PWR_EnterSTOPMode(PWR_Regulator_LowPower,PWR_STOPEntry_WFI);

在按键的中断函数中配置退出低功耗时的操作即可。

void EXTI15_10_IRQHandler(void)
{
    if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line15) != RESET) //确保是否产生了EXTI Line中断
    {
        Restart_From_Low_Power();                                            //停机唤醒后需要启动HSE    

        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line15);     //清除中断标志位
    }
}

关于退出时的操作，参考手册上说：

HSI时钟是板子上的8M晶振提供的，而我们使用的是72M的时钟，所以还需要重新配置一下时钟：

    //启动并配置stm32
    ErrorStatus HSEStartUpStatus;
   //使能 HSE
   RCC_HSEConfig(RCC_HSE_ON);

   //等待 HSE 准备就绪
   HSEStartUpStatus = RCC_WaitForHSEStartUp();

   if(HSEStartUpStatus == SUCCESS)
   {
         //使能 PLL
         RCC_PLLCmd(ENABLE);

         //等待 PLL 准备就绪
         while(RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_PLLRDY) == RESET)
         {
         }

         //选择PLL作为系统时钟源 
         RCC_SYSCLKConfig(RCC_SYSCLKSource_PLLCLK);

         //等待PLL被选择为系统时钟源
         while(RCC_GetSYSCLKSource() != 0x08)
         {
         }
   }

 

二、触摸屏低功耗设计

 使用的是HMI串口屏，一个指令即刻让屏幕进入sleep模式

//HMI息屏
void HMI_Sleep_Mode(void)
{
    sprintf(buf,"sleep=1");
    HMI_Send_String(buf);
    Delay_ms(20);
}

 

三、CS1237低功耗设计

 还是查看芯片手册：

void CS1237_power_down(void)
{
    SCLK_1;
    CS1237_delay_us(100);
    SCLK_1;
    CS1237_delay_us(100);
}

//cs1237重新唤醒,SCLK回到低电平并保持10us
void CS1237_restart(void)
{
    SCLK_0;
    CS1237_delay_us(20);
}

 

四、进入低功耗的判断

一开始考虑使用定时器定时对比读出的重量数据，如果数据在30s内没有变化并且一直小于1g，则进入低功耗模式，但是又怕定时器的中断正好发生在CS1237的读写过程中，

这样会打断时序，造成读数误差。

我看了一下我程序主循环循环一次的用时，大概在0.2s左右，其实这个也能当做一个基准，因为每次循环的时间都是差不多的。

那么我可以每循环一次就进行一次数据对比，每满足上面的情况就+1，当循环计数150次的时候，进入低功耗。否则清零计数。

这样每次进入低功耗的时间其实都是相差无几，而且节省了一个定时器。运用循环体本身的时间作为计时标志。

        //下面是关于进入低功耗的判断
        // 仿真发现在没有收到触摸屏的按下时，循环一次的时间大致为4s，这样省去了一个定时器，避免了中断
        low_power_weight_1 = now_weight;
        if((low_power_weight_1 < 1) && ((low_power_weight_1-low_power_weight_2 < 1) || (low_power_weight_2-low_power_weight_1 < 1)))
        {
            low_power_num++;
        }
        else
        {
            low_power_num = 0;
            low_power_weight_2 = low_power_weight_1;
        }
        
        //重量低于1g并且在40秒内没有变化，即开始进入低功耗
        if(low_power_num >= 80)
        {
            //计数清零，准备下一次的计数
            low_power_num = 0;
            //蜂鸣器首先响用来提示
            Beep_Warning_Slowly(3);        
            //进入低功耗
            Low_Power_Mode();
        }

 

参考资料：

https://www.cnblogs.com/yangguang-it/p/7441756.html

https://www.jianshu.com/p/540fff36fcc0