智能門磁傳感器在智能安防領域扮演著重要的角色，應用的場合也越來越多。離家后不確定家中門窗是否關閉？不妨打開手機確認一下。文介紹如何使用涂鴉三明治開發(fā)板快速完成一個基于 NB-IoT 通信模組的低功耗智能門磁傳感器產(chǎn)品原型，實現(xiàn)門磁和電池電量兩個基礎功能。

MCU 方案與 SoC 方案不同，傳感器和聯(lián)網(wǎng)模組的驅動代碼寫在 MCU 中，您可以自行開發(fā) MCU 代碼，擁有更多的可玩性。涂鴉三明治開發(fā)板門磁傳感套件中，傳感器板干簧管根據(jù)開合狀態(tài)輸出高低電平給 MCU 控制板，MCU 通過串口 與 NB-IoT 通信板連接，使用涂鴉智能 App 配網(wǎng)。您可以將門磁狀態(tài)展現(xiàn)在手機端，并與其他智能設備聯(lián)動。本教程中：

• MCU 型號為 STM32G071RB

• Demo 例程以 Keil（MDK-ARM）為開發(fā)環(huán)境，使用 STM32CubeMX 配置生成初始化代碼

物料清單

硬件 (3)

• 涂鴉三明治 NB-IoT 通信板（NM1）數(shù)量：1

配合 MCU 使用，提供聯(lián)網(wǎng)能力。

• 涂鴉三明治門磁傳感器功能板數(shù)量：1

通過磁鐵靠近或遠離干簧管使干簧管通斷產(chǎn)生的高低電平信號來判斷當前的門窗磁狀態(tài)是開啟或關閉。

• NUCLEO-G71RB數(shù)量：1

第 1 步：硬件連接

本次使用的涂鴉三明治開發(fā)板門磁傳感套件主要包含：

門磁傳感器功能板，板載兩路干簧管一路觸發(fā)輸出為低，一路觸發(fā)輸出為高，您可以根據(jù)實際情況選用。

NB-IoT MCU 通信板，板載涂鴉 NM1 模組，負責智能化連接。模組已燒錄通用固件，MCU 對接涂鴉串口協(xié)議，即可使用模組+App+云涂鴉一站式智能化服務。

MCU控制板，采用ST官方 NUCLEO-G071RB 開發(fā)板，負責傳感數(shù)據(jù)接收和模組通訊控制。將三明治開發(fā)板套件控制板、通訊板、功能板拼接組裝，實物效果如下圖。

• 第 2 步：例程環(huán)境

軟件開發(fā)過程主要使用 STM32CubeMX 來配置初始化 MCU，以 Keil5 為開發(fā)環(huán)境實現(xiàn) MCU 與傳感器和模組協(xié)議對接。首先調通 MCU 和模組的通訊，可以實現(xiàn) App 配網(wǎng)，MCU 數(shù)據(jù)傳輸?shù)?App。

第 3 步：創(chuàng)建工程和產(chǎn)品

您可以根據(jù)以下步驟，快速在涂鴉 IoT 平臺上開發(fā)一個智能門磁。

1. 進入 涂鴉智能IoT平臺。

2. 參考 選品類創(chuàng)建產(chǎn)品 創(chuàng)建一款門磁產(chǎn)品。其中產(chǎn)品屬性如下：

開發(fā)方式：自定義方案

聯(lián)網(wǎng)方式：NB-IoT

功耗類型：PSM

3、根據(jù)頁面提示選擇產(chǎn)品的標準功能和自定義功能。功能選擇門磁和電池電量，本DEMO例程只支持這兩個基本功能，如需其它功能需要自行實現(xiàn)。

4、選擇您喜歡的面板，第一次開始調試也可以選擇為開發(fā)調試面板，便于調試，后面也可以更換面板。

5、面板選擇完后，進入硬件開發(fā)階段，在頁面拉到最下面，下載開發(fā)資料。

6、硬件測試。

下載到 MCU 開發(fā)包后，使用開發(fā)包中的涂鴉模組調試助手，您可以使用助手模擬 MCU 模式，配合調試模組通訊板，驗證模組是否通訊正常，同時也可以熟悉涂鴉串口協(xié)議提高對接效率。確定通信板正?？捎玫?，可以跳過此步驟。若調試過程中對協(xié)議收發(fā)有疑問，也可以使用此助手協(xié)助查看正確數(shù)據(jù)交互格式。 使用步驟可參考 涂鴉模組調試助手使用說明。

第 4 步：移植 MCU SDK

在使用 STM32CubeMX 生產(chǎn)初始化工程代碼后，即可開始移植 MCU_SDK。本章節(jié)簡單介紹了移植過程和功能實現(xiàn)，將mcu_sdk中的文件加入工程后，編譯根據(jù)報錯提示，進行修改。如需查看詳細的移植調試教程，請參考 MCU SDK 移植。

1. 將uart_transmit_output()函數(shù)按照#error中的提示信息處理，處理后注釋掉。

2、完善uart_receive_input()函數(shù)按照#error中的提示信息處理，處理后注釋掉。

3、將nbiot_uart_service()函數(shù)按照#error中的提示信息處理，處理后注釋掉。

4、nbiot_protocol_init()函數(shù)按照#error中的提示信息處理，處理后注釋掉。

接下來便是all_data_update()函數(shù)，該函數(shù)會自動上報系統(tǒng)中所有 DP 信息，您不要調用該函數(shù)。

第 5 步：編寫嵌入式程序

1. 新建一個user_func.h文件，在其中定 + 義一個結構體，用來記錄門磁設備的各種狀態(tài)。

//傳感器上報標志typedefenum{
	STATE_IDLE=0,
	STATE_DOOR_NEED_UP=1	}sensor_state_t;//門開關狀態(tài)typedefenum{
	STATE_CLOSE=0,
	STATE_OPEN=1	}door_state_t;typedefstruct{
door_state_tdoor_state;
	sensor_state_tsensor_state;	unsignedchardoor_up_lock;//門狀態(tài)上報鎖
	unsignedcharremaining_power;//設備剩余電量,單位百分比}device_status_t;

2. 在新建的user_func.c文件中實現(xiàn)一些自定義的功能函數(shù)，同時在nbiot.h文件中添加頭文件#include "user_func.h"。

3. 在main.c文件中，添加頭文件#include "nbiot.h"。MCU上電啟動后，進入while(1){}循環(huán)前，除了常規(guī)的配置IO口、串口、ADC以外還需要執(zhí)行的：

nbiot_protocol_init();//使能低功耗模式時鐘__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();//初始化NB模組喚醒腳的電平HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_10,GPIO_PIN_SET);

在while(1){}循環(huán)內：

while(1)
{nbiot_uart_service();
power_detect_poll();
user_sensor_up_poll();
}

• nbiot_uart_service()是SDK提供的串口數(shù)據(jù)處理函數(shù)，解析并處理NB-IoT模組返回的數(shù)據(jù)。

• power_detect_poll()是電池電量檢測函數(shù)，在函數(shù)內通過ADC采樣和換算得出大概的剩余電量并保存。由您自行實現(xiàn)。

• user_sensor_up_poll()是傳感器上報任務處理函數(shù)，根據(jù)NB模組的設備狀態(tài)等多種因素判讀是否做上報數(shù)據(jù)發(fā)送處理以及是否需要讓MCU進入STOP低功耗模式。由您自行實現(xiàn)。

voiduser_sensor_up_poll(void){	
	//	當NB模組為已綁定連接狀態(tài)且門狀態(tài)上報鎖打開的情況下。門狀態(tài)上報鎖在收到模組上報成功回碼后會打開
	if((NB_STATE_DEVICE_BINDED==mcu_get_nbiot_work_state())&&(device_status_s.door_up_lock)){		//判讀有未處理的門狀態(tài)上報任務,開始向NB模組發(fā)送上報數(shù)據(jù)。
		if(STATE_DOOR_NEED_UP==device_status_s.sensor_state){
			device_status_s.sensor_state=STATE_IDLE;
mcu_dp_bool_update(DPID_DOORCONTACT_STATE,device_status_s.door_state);
			device_status_s.door_up_lock=0;				
		}else{			
			//判斷剩余電量是否低于電量上報閾值,發(fā)送電量上報數(shù)據(jù)并降低閾值
			if(device_status_s.remaining_power<=?power_threshold)?{
				mcu_dp_value_update(DPID_BATTERY_PERCENTAGE,?device_status_s.remaining_power);				if(power_threshold?>=25){
					power_threshold-=25;	
				}
			}			//打開NB模組PSM休眠鎖
			mcu_set_nbiot_sleeplock(0);			//MCU進入低功耗模式
			enter_lowpower_mode();							
		}
	}
}

實現(xiàn)進入和退出低功耗模式兩個函數(shù)：

voidenter_lowpower_mode(){	
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_10,GPIO_PIN_SET);

	lowpower_gpio_init();

	HAL_ADC_Stop(&hadc1);
	HAL_ADC_DeInit(&hadc1);

	HAL_UART_DeInit(&huart3);	//HAL_TIM_Base_DeInit(&htim3);

	//關閉時鐘
	__HAL_RCC_DMA1_CLK_DISABLE();
	__HAL_RCC_GPIOB_CLK_DISABLE();
	__HAL_RCC_GPIOC_CLK_DISABLE();
	__HAL_RCC_GPIOC_CLK_DISABLE();
	__HAL_RCC_GPIOD_CLK_DISABLE();
	__HAL_RCC_GPIOF_CLK_DISABLE();

	HAL_SuspendTick();	//進入stop模式	
	HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_MAINREGULATOR_ON,PWR_STOPENTRY_WFI);
}voidleave_lowpower_mode(){
	SystemClock_Config();

	MX_GPIO_Init();	//MX_TIM3_Init();

	MX_USART3_UART_Init();
	__HAL_UART_ENABLE_IT(&huart3,UART_IT_RXNE);

	MX_ADC1_Init();
	HAL_ADC_Start(&hadc1);	//拉低引腳喚醒NB模組
	HAL_GPIO_WritePin(GPIOA,GPIO_PIN_10,GPIO_PIN_RESET);	//傳感器需要上報門開關狀態(tài)
	device_status_s.sensor_state=STATE_DOOR_NEED_UP;
}

MCU的Stop低功耗模式主要由中斷來喚醒，所以需要在中斷回調函數(shù)中調用nbiot_uart_service()并記錄門的開關狀態(tài)：

voidHAL_GPIO_EXTI_Falling_Callback(uint16_tGPIO_Pin){
	leave_lowpower_mode();
	device_status_s.door_state=STATE_OPEN;
}voidHAL_GPIO_EXTI_Rising_Callback(uint16_tGPIO_Pin){
	leave_lowpower_mode();
	device_status_s.door_state=STATE_CLOSE;
}

由于NB模組從PSM模式中喚醒需要重新連接涂鴉云，喚醒時第一次門狀態(tài)上報會失敗，所以需要在模組連接成功并返回工作狀態(tài)回碼時重新發(fā)送一次上報狀態(tài)，即在system.c文件下data_handle函數(shù)的工作狀態(tài)回碼處理case中添加代碼實現(xiàn)：

//工作狀態(tài)	caseNBIOT_STATE_CMD:
nbiot_work_state=nbiot_uart_rx_buf[offset+DATA_START];
nbiot_uart_write_frame(NBIOT_STATE_CMD,0);	if(STATE_DOOR_NEED_UP==mcu_get_nbiot_work_state()){	
mcu_dp_bool_update(DPID_DOORCONTACT_STATE,device_status_s.door_state);
device_status_s.sensor_state=STATE_IDLE;
	}break;

在system.c文件下data_handle函數(shù)的上報回碼處理case中添加代碼：

caseSTATE_UPLOAD_CMD:
	//判斷result的值，確認收到模組返回的信息后，打開門狀態(tài)上報鎖，準備下一次上報
device_status_s.door_up_lock=1;break;

第 6 步：（可選）場景聯(lián)動

產(chǎn)品功能調試通過后，App 端已經(jīng)可以接收到門磁感器的數(shù)據(jù)。智能傳感器最大的應用場景是用來收集傳感數(shù)據(jù)來和其它產(chǎn)品進行聯(lián)動。如果您已經(jīng)擁有了其他涂鴉生態(tài)設備或開發(fā)板，可以在 App 端實現(xiàn)場景聯(lián)動功能的配置。詳細步驟，請參考 場景聯(lián)動設置。

基于涂鴉智能 IoT 平臺，您可以使用三明治開發(fā)板、STM32CubeMX、Keil開發(fā)環(huán)境，快速搭建一款智能門磁傳感器產(chǎn)品原型。

審核編輯：符乾江