【技术大神】基于EFM32微控制器的便捷墙贴开关设计

时间： 2019-08-29 来源：事情

技术问答

在智能家居的组网中，都会有多种通讯方式，保证用户需求的兼容性。在涉及到遥控家电开启的设计上，为了适配墙壁开关，笔者设计了一种433MHz的便捷墙贴开关。

说到遥控，当然是便捷的电池供电，所以产品功耗要求就比较严格，因此在设计初期，需要选择工作功耗低且外围电路可控的芯片。由于遥控有长期休眠的特性，因此工作功耗低就是要求芯片在待机状态下消耗少，外围电路可控就是除了必要的唤醒源外，其余外设都可以关闭，且唤醒方便。除此之外，为了适配智能家居的产品，需要采用触摸按键，发送协议码到433MHz网络，同时在掉电后仍能够保存其数据的功能。在设计形状和限制方面，对于墙贴开关，顾名思义是可以任意粘贴在房间的各个角落的，所以整体设计需要考虑高度的限制。

图1：墙贴开关设计框图

EFM32的微控制器系列采用 Cortex-M3 内核设计，适合任何电池供电应用。EFM32凭借独特且强大的32位ARM，高性能、低能量消耗的系统可快速唤醒CPU以及其众多可选的外围设备，基于以上原因我首选了SILICON LABS的EFM32ZG系列的芯片作为主控单元。

对于触摸按键方面，EFM32系列微控制器内部的模拟比较器包含专门针对电容按键的专用硬件，按键电容与内部其它电路组成RC振荡器。所以我选择3个CAPSENSE通道作为触摸按键，并开启I2C通讯接口用于储存数据，SPI通讯驱动433MHz模块，在检测到摁键摁下时，发送协议码到433MHz网络，实现遥控的开关。

软件方面，墙贴开关在长期的待机状态下进入到EM2（Deep sleep）模式，需要唤醒源对其唤醒。这里采用RTC中断的方式，设置RTC时钟为外部低速时钟，定时中断设为200ms一次（时间太长会形成触摸反应的迟钝，影响用户体验）作为扫描按键的时间片，每次唤醒之后会扫描所有按键。

uint32_t RTC_us = 200;
/* Calculate trigger value in ticks based on 32768Hz clock */
RTC_CompareSet(0, (rtcFreq * RTC_us) / 1000);
/* Enable RTC */
//RTC_Enable(true);

实际测量平均电流为30uA，电池采用CR2032，在此方案下预测可待机290天左右，满足一般的家庭运用。下面来一张电路PCB板的实物图。

图2：实物图

采用ZG系列需要每隔一段时间需对CPU唤醒进行监测任务，已到达扫描摁键功能的目的。为了更加完善项目以及其功能，后期了解到EFM32的微控制器系列有的型号具备低功耗传感器接口（Low Energy Sensor Interface，简称LESENSE），LESENSE除了能够在不需要CPU的干预情况下完成对外部传感器输入信号的测量和处理外，还可以在低功耗模式EM2下，通过配置它为事件输入唤醒CPU。

于是我们后期选择了具有LESENSE的EFM32TG系列芯片作为主控单元。EFM32TG与EFM32ZG两款芯片虽是具有相同引脚的系列，但EFM32TG使用LESENSE可实现电容触摸按键，在芯片休眠状态EM2下，不需要定时唤醒，直接通过触摸按键就唤醒其睡眠状态，再直接发送433MHz对码信息，来完成整个控制。其中在配置LESENSE时钟时，为了得到较高的测量精度，使用LFXO作为LFA的时钟源，配置LESENSE通道作为电容触摸，实现我们的触摸唤醒功能。用EFM32TG更换后的电路测量平均电流为14uA，电池同样采用CR2032，新方案预测可待机600天左右，这样比ZG系列方案提高了一倍的效率，更加符合遥控的特性。

作者：惠惠

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全部评论（4）

布鲁克 Lv2. 工程师 2016-11-12

厉害厉害，准备采用
飞速成长 Lv7. 资深专家 2016-11-02

对，30ua是有点大，所以后面改用有LESENSE通道的芯片，功耗就降下来了。
用户33854032 Lv3. 高级工程师 2016-10-26

30ua电流有点大
风九 Lv5. 技术专家 2016-10-25

待机2年，好厉害。

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BGA112,SI8620AB-B-IS,SI8719BC-A-IS,SI8631EC-B-IS1,C8051F565-AM,EZR32WG330F64R55G,SI8235AB-C-IS1,C8051F835-GS,SI1132,SI3500-A-GM,TS1102-100,C8051F506-AM,C8051F565-AQ,SL2309NZ,SI8065AA-B-IU,EZR32LG230F64R60G,C8051F551-AM,EZR32LG230F128R60G,EFM32LG980FX - QFP100,SI8640AB-B-IS1,SI8600AD-B-IS,SI8710BC-B-IP,SI8710BC-B-IS,C8051F007,EFM32LG290FX - BGA112,SI8712BD-B-IM,EFM32GG295FX - BGA120,C8051F38C-GQ,SI8244BB-C-IS1,C8051F000,C8051F002,C8051F38C-GM,C8051F001,SI8620EC-B-IS,TS1005,TS1004,C8051F006,TS1003,C8051F005,TS1002,TS1001,C8051F963-B-GM,C8051F504-AQ,EFM8SB10F4G-A-QFN20,C8051F823-GS,EZR32LG230F128R61G,C8051F020,EFM32TG822FX - QFP48,SI8650BC-B-IS1,C8051F388-GQ,EFM32G200FX - QFN32,C8051F537-C-AM,C8051F563-IM,C8051F019,EZR32WG330F256R55G,C8051F018,C8051F563-IQ,C8051F011,SI2401,SI4822,C8051F010,EFM32TG222FX - QFP48,EFM32TG210FX - QFN32,SI4820,C8051F012,C8051F015,SI4826,SI2404,SI4827,C8051F017,SI4824,C8051F016,C8051F504-AM,SI4825,EFM32WG232FX - QFP64,C8051T602-GS,C8051T327-GM,C8051T602-GM,BGM111,EZR32WG330F128R68G,C8051F863-C-GS,SI88244ED-IS,C8051F811-GS,C8051F589-AM,SI8421BD-B-IS,C8051F537-C-AT,EFM32GG395FX - BGA120,C8051F531-C-AT,C8051F854-C-GM,C8051F022,C8051F021,SI4831,C8051F023,SI2415,C8051F854-C-GU,SI4835,SI2417,SI4836,EFM32WG290FX - BGA112,SI2169-C,TS1101-100,SI8455BA-B-IU,C8051F040,C8051F042,C8051F041,EZR32WG330F128R69G,SI8232AB-B-IS1,C8051F344-GQ,SI8662EC-B-IS1,SI4840,SI8452AA-B-IS1,C8051F701-GQ,SI4844,C8051F502-IM,C8051F575-IM,SI88622ED-IS,C8051F502-IQ,CP2201,CP2200,EFM32LG942FX - QFP64,SI8641BB-B-IS,EFM32GG942FX - QFP64,SI8655BB-B-IS1,SI8400AB-B-IS,SI8030AA-B-IU,C8051F587-IM,C8051F206,C8051F587-IQ,EFM32TG840FX - QFN64,SI8460AA-B-IS1,C8051F500-IQ,EZR32WG230F64R61G,C8051F546-IM,C8051F500-IM,EZR32WG330F128R67G,SI8660AB-B-IS1,C8051F827-GS,C8051F988-GU,SI52142,SI52143,SI7050,SI52144,SI7055,SI7054,SI7053,C8051F567-AQ,C8051F590-AM,C8051F567-AM,C8051F988-GM,SI8450BA-B-IS1,SI7023-A20-IM1,SL28EB742,SI8231BD-B-IS,C8051F855-C-GU,EZR32WG230F128R63G,EZR32LG230F64R68G,SI8631BC-B-IS1,C8051F300-GM,SI52111,SI52112,SI8920AD-IS,C8051F855-C-GM,SL28EB740,EFM8SB20F16G-A-QFN24,SI8641BB-B-IS1,C8051F300-GS,EFM8UB10F16G-C-QFN28,C8051F920-GQ,C8051F815-GS,C8051F920-GM,C8051F220,EFM8UB10F16G-C-QFN20,TSM9938F,EZR32LG230F64R67G,C8051F221,C8051T320-GQ,SI8651EC-B-IS1,C8051F226,C8051F862-C-GS,TSM9938H,SI8661BB-B-IS1,EZR32WG230F64R63G,SI8661ED-B-IS,SI8220DD-A-IS,EZR32LG230F64R69G,SI8405AB-A-IS1,C8051F565-IM,EFM8SB10F2G-A-QFN20,C8051F395-A-GM,C8051F565-IQ,SI8641BD-B-IS,EFM32TG232FX - QFP64,C8051F231,SI8661BC-B-IS1,C8051F230,C8051T631-GM,SL2305NZ,SI8441AA-D-IS1,SI8630BD-B-IS,C8051T600-GS,C8051F236,SI8442BA-D-IS1,C8051F580-AQ,C8051T600-GM,C8051F803-GS,C8051F580-AM,TS1103-100,EZR32WG230F128R61G,C8051F996-GM,SI21822,SI8645BT-IS,C8051F302-GM,C8051F996-GU,SI8232AB-B-IS,SI8622BC-B-IS,C8051F302-GS,TS7003,C8051F708-GQ,TS7001,EFM32WG890FX - BGA112,EZR32LG230F64R61G,EZR32WG330F128R63G,SI21662-B,SI8600AC-B-IS,SI21662-C,EZR32WG230F128R60G,EFM32G222FX - QFP48,TSM9938T,C8051F523-C-IM,SI21812,EFM32GG990FX - BGA112,EFM32LG360FX - CSP81,SL23EP09NZ,SI8651BD-B-IS,TSM9938W,C8051F510-IM,C8051F556-IM,SI8422AD-B-IS,SI8232AD-B-IS,C8051F411,C8051F410,C8051F413,SI8405AA-A-IS1,C8051F412,C8051F381-GM,SI8040AA-B-IU,C8051F589-IM,C8051F965-B-GM,SI8461BA-B-IS1,SI8655BA-B-IS,SI8660BA-B-IS1,C8051F381-GQ,C8051T621-GM,C8051F346-GM,EZR32WG230F64R68G,EFM8BB10F8G-A-QSOP24,SI51214,C8051F346-GQ,SI51211,SI51218,SI8655BA-B-IU,SI8662BD-B-IS,SI8630BB-B-IS,EFM8UB20F32G-A-QFP32,SI51219,EZR32LG230F64R63G,EZR32WG330F128R60G,C8051F930-GM,SI8630BB-B-IS1,SI8660BB-B-IS1,C8051F502-AM,C8051F825-GS,EFM8UB11F16G-C-QSOP24,C8051F544-IM,EZR32WG330F128R61G,C8051F34A-GQ,EFM32GG332FX - QFP64,SI7006-A20-IM,C8051F502-AQ,SI2165-D,C8051F544-IQ,C8051F986-GU,C8051F34A-GM,SI21832,WF121,EZR32WG230F64R67G,SI8620BT-IS,C8051F569-AM,SI8642BC-B-IS1,C8051F930-GQ,C8051F986-GM,EFM8UB20F32G-A-QFP48,EZR32LG330F64R55G,EFM32LG380FX - QFP100,SI8630

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