【家门电子值守】作品提交

cruelfox

【家门电子值守】作品提交 [复制链接]

家门电子值守

作者：cruelfox

一、作品简介
　　作品名称：家门电子值守。设想是使用RSL10搭配低功耗的加速度传感器，贴于门板的背面，通过采集加速度信息，检测敲门引起的门板振动和开门引起的门板加速运动，从而对敲门和开门的事件进行记录。RSL10的BLE功能实时将状态信息发送给BLE终端机，可以进行日志查看，还可以实现对其它电子设备的操控，例如拓展出无线门铃、入侵报警等功能。

二、系统框图
　　作品包括贴于门板后面的无线传感单元（使用RSL10-COIN-GEVB开发板）和可移动使用的BLE终端机（使用RSL10-QFN-EVB开发板）两部分。无线传感单元是从机，使用3V纽扣电池供电；BLE终端机是主机，可用小型磷酸铁锂供电，也可以通过USB供电。

无线传感单元通过RSL10-COIN-GEVB预留I2C接口连接一只KX023三轴加速度传感器。

BLE终端机通过RSL10-QFN-EVB 的Arduino接口连接扩展PCB，其上有一个I2C接口的96x64单色图形液晶模块用于信息显示；还有６个按钮直接连在GPIO上用于操控。

无线传感单元与BLE终端机通过BLE连接进行信息交互。

三、各部分功能说明

无线传感单元启动后以50Hz采样率采集三轴加速度信号，并通过KX023内置的信号处理功能产生”DoubleTap”状态标志。RSL10软件通过Z轴加速度信号处理，识别开门动作，并直接读取KX023的”DoubleTap”检测结果作为敲门判断。加速度信号采集是24小时不间断工作的，BLE功能也是持续开启。当没有与BLE终端机连接时，它处于连续广播状态(1500ms间隔)。当BLE终端机扫描到设备并发起连接后，两者一直处于连接状态(400ms间歇)，除非通信故障或一方掉电。

BLE终端机启动后将自动扫描无线传感单元，并主动发起连接。连接成功后将获得目标设备的内部时间日期信息，并提供修改日期时间的操作界面。然后，BLE终端机显示当前最新的事件（开门和敲门）信息记录，并可以浏览目标设备内存储的最多达1024条事件记录。

BLE终端机的工作模式状态转移图如下：

　　无线传感单元使用了一个自定义的BLE服务，包含两个Characteristic, 其中一个用于向终端传送日志记录（每条4字节，一次传输4条）；另一个用于向终端发送状态信息(８字节，使用Notify方式)，和接收终端发来的命令。

　　无线传感单元的省电模式尤其重要，因为它要一直处于数据采集和处理状态，且无线通信是一直开启的，节省任何部分的耗电都关系到电池工作时间。因为KX023传感器有内部少量的缓存，在50Hz 数据速率下最多可以存储0.8秒的16-bit三轴加速度数据，只要RSL10的唤醒周期小于这个时间即可保证不丢失数据。本设计中，无线传感单元的RSL10主要工作在Sleep模式，也就是将它在不需要工作的时候的电流降到最低。通过RTC定时唤醒进行传感器数据访问和BLE操作，定时器的设置由BLE SDK函数自动完成，软件不直接干预，仅仅是读取了RTC的计数器值用于软件计时（因为没有硬件日历时钟功能）。

　　通过功耗优化处理，无线传感单元的持续工作平均电流大约是30微安（包括KX023的工作电流11微安左右，包括COIN板上的温度传感器吃掉２微安）。BLE广播模式下平均电流比连接状态下稍小一些，是无线部分工作时间减少所致。
　　在对BLE无线终端进行功耗优化时遇到障碍，因为RSL10若即使用到Standby模式，连接成功后却无法正常通信。最后只让其在普通模式下工作，RSL10有700~800微安的工作电流。不过无线终端是用户界面，不用一直开机。

四、作品源码

　　如论坛帖子附件上传。
　　从机和主机程序分别在SDK的 peripheral_server_sleep 和 central_client_uart两个例子的基础上进行开发。程序框架没有改变，都是基于Event Kernel 消息驱动的。
　　代码使用GNU Makefile 进行工程组织，使用arm-none-eabi-gcc工具链进行编译。无线传感单元和BLE终端机的代码目录分别在home_mon和central子目录下。

五、作品功能演示视频

上传至 EE 大学堂: https://training.eeworld.com.cn/course/6120

　　用贴在门后的加速度传感单元(RSL10+KX023)检测振动和运动，实现开门和敲门的事件检测，并通过BLE与终端机进行信息交互，在手持终端机上实现日志查看。
　　手持终端机也是RSL10实现的。开机后自动扫描目标设备并连接，连接后获取设备的时间日期信息（此时可以修改），然后进入日志界面。
　　视频中第一次敲门没有检测成功。

六、项目总结

　　这个项目终于草草地收尾了——实在时间来不及完善了。本来计划了无线门铃的功能，PCB上都安排了蜂鸣器，没来得及软件里把功能做进去。虽然比起初的时间表延长了两周时间，没料到后面做LCD 界面功能做到了最后一刻。
　　RSL10 BLE部分上手挺不容易的，前期就因为程序结构没有看懂，拖了进度。这部分文档缺少了，虽然我曾写过BLE应用的程序，也没有理解那么透，就捉襟见肘了。

　　帖子分享汇总：

敲门事件和开门动作的检测

https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1171117-1-1.html

RSL10的I2C操作与KX023加速度测量数据读取

https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1170822-1-1.html

RSL10的低功耗模式

https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1170349-1-1.html

关于RSL10 SDK中Event Kernel部分的代码分析(下)

https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1168940-1-1.html

关于RSL10 SDK中Event Kernel部分的代码分析(上)

https://bbs.eeworld.com.cn/thread-1168457-1-1.html

SDK BLE范例工程的命令行编译(HeartRate设备)