内容介绍

八月正值盛夏，室外烈日蝉鸣，家中清凉舒爽，吃着空调吹着西瓜，觉着无比惬意，然而，一阵急促的电话铃声将我从空调房中喊出。原来是外卖抵达，我在小区门口抱着大包小包的炸鸡汉堡和饮料，满头大汗的冲回家中，又回到了那个清凉美好的世界里…………等等是不是哪里不对？！管他呢，我直接炫完外卖，呼呼大睡，醒了就继续游戏世界。

到了晚上，我意识到了问题，中午我顶着毒辣的太阳拿着外卖，赶着回屋，然而大门敞开却被我遗忘，就这样过了一个下午，好在现在很和平，并没有歹人进屋，想到这个心中一阵恶寒。

于是我便开始计划，是不是可以做出一个什么报警装置，要是忘记关门，便可以及时发出提醒！我称之为“忘记关门终结者”！！

方案设计

芯片选型考虑

为了尽量减少来回拆卸，我希望待机时间尽可能够长，那就需要电路上的总体功耗非常低

使用低功耗的STM32C031，从数据手册可得在待机状态下电流消耗非常小，16MHz主频时可以兼顾外设速度和整体功耗。

屏幕的选择我也选了JDI的低功耗memory lcd屏幕，没有屏幕背光，只控制光线经过不同液晶像素，使用环境光作为照明显示，既能保证显示效果又能降低功耗，不刷新电流4uA 刷新180uA，而且可以在程序控制，只在报警时初始化屏幕并刷新，剩下时间可以直接把屏幕彻底关闭，进一步增加了待机时间。

此外我希望在每次开门时自动触发开启电路并计时，所以我加入了一个磁敏传感器，在没有磁场时输出低电平，低电平又可以关闭DCDC电路，完成关机；在开门后因为没有磁场，传感器输出高电平，开启DCDC，完成电路供电，MCU上电之后自动开始计时。

由于每次关门后系统就完全掉电，所以我需要记录下定时的设计，每次上电后自动恢复先前的定时，在尽量不增加电路复杂度的前提下，增加了一个封装很小的eeprom，在存储定时参数之余，还可以记录一些其他的数据，比如未来计划加入的“乐谱功能”增加报警铃声的趣味性。(在当前设计下略微复杂，因为C031不支持USB功能，所以外部写入信息没有那么便利，未来可以换用其他支持USB通信的主控芯片）

电路设计

以上就是对功能的设计，接下来采购芯片并设计电路图，使用KiCad进行设计，发现软件内集成了很多常见芯片的符号和封装，甚至是STM32下面的众多系列的各种后缀都有记录在内，所以极大的方便了制作符号与封装库流程，对于特别新的型号也有类似芯片，可以拿出来复用或略作修改。

如图，电路分为主控STM32C031、用于显示的LCD接口、用于调节参数的多向按键、电源管理电路包括锂电池充电和系统供电转换芯片、存储数据的eeprom，报警的蜂鸣器以及检测是否关门的核心器件——磁敏开关。

使用DCDC芯片产生3.3V的芯片工作电压，在查找资料时发现了一颗眼前一亮的芯片，来自TI的TPS82130这并不是一颗芯片，而是连封装都变得和一般芯片不一样，它集成电感器，提升电路效率（可达95%）的同时减少了外围电路，这样设计电路时只用外围加入反馈电阻即可。

8-pin (SIL) package image

磁敏芯片，需要使用全极性的，这样不用区分靠近的磁铁是N还是S极，下图是输出曲线，可以发现恰好，这个芯片是在有磁场时输出低电平，没有磁场时输出高电平，这与开启电源的逻辑正好相同。

封装的选择我使用了直插型，可以焊接在电路上之后还留有一定的引脚长度，可以手动调整到最灵敏的方向。为了尽可能减少来回拆装充电，降低待机状态下的漏电流，所以我在输出管脚上加了一个非常大的电阻，保证顺利开机也能降低漏电。

锂电池的充电部分使用了常见的4056，加上限流电阻就可以使用。

从锂电池出来的供电，直接接到了DCDC芯片上，只要芯片的EN没有启动，漏电流就很低，但如果真的要很长时间都不用，还是有可能将电池放空的，这样并不好，于是在供电上串联了一个开关，默认开启就行，长期保存时，可以调整到关闭，断开电路就完全没有功耗了。

屏幕的符号和引脚定义就略微麻烦一些，购买的店铺并没有相关的资料，好在有别人的开源项目可以参考，直接查找JDI memoryLCD就能找到管脚定义，如图是屏幕的接口。

设计之初就希望能有办法实现离线调整参数，在板子上加入多个按键又略显臃肿，所以找到了这样的三向按键，拨动和按下，对应了三个输入。

使用无源蜂鸣器就需要外加交流信号，使用MOS作为开关，将芯片的PWM输出引脚接入

PCB设计

由于需要检测磁场，所以将传感器放置在板子边缘，其他器件尽可能紧凑放置即可，最后使用GND层铺铜。

代码实现

我希望核心的消耗非常小，所以在没有任务的状态，可以将芯片设置为休眠，并且可以随时从中断、唤醒、调试中恢复。

int main(void)
{
  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();
  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_DMA_Init();
  MX_SPI1_Init();
  MX_ADC1_Init();
  MX_TIM1_Init();
  MX_TIM16_Init();
  MX_TIM17_Init();
  MX_I2C1_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */

  HAL_TIM_PWM_Start(&htim17, TIM_CHANNEL_1);
  HAL_Delay(5);//测试蜂鸣器
  HAL_TIM_PWM_Stop(&htim17, TIM_CHANNEL_1);

  DisplayStartupSequence();

  HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, I2C_ADDR_24C02, 0, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &DelayTime, 1, 1000);//读取报警时长

  HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim1);
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    __WFI();//这里在初始化结束后 直接休眠
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

LCD的刷新我使用了硬件SPI通信这样可以使用DMA辅助传输，在RAM中开辟一个能存放所有像素的缓存数组，程序中开启DMA循环发送模式，这样绘图就分成了两个独立部分：准备像素和自动刷新。

void DisplayUpdate()
{
  if(wTransferState == TRANSFER_COMPLETE)
  {
    HAL_SPI_Transmit_DMA(&hspi1, &BufferDMA, sizeof(BufferDMA)/sizeof(uint16_t));
    wTransferState = TRANSFER_WAIT;
  }
}

最后是按键和报警部分，在定时中断里读取按键，并判断是否到达预定的报警时间

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
  /* Prevent unused argument(s) compilation warning */
  UNUSED(htim);
  if (&htim1 == htim)
  {
    Get_Key_State(Key);
    if(Get_Long(K_O))
    {
      KeyState = 1;
      stop_flag = 1;
    }
    if(0==Key[K_O].State && KeyState)
    {
      KeyState = 0;
      BSP_LCD_DrawCircle(36, 72, 30, 0&0x07);
      stop_flag = 1;
    }

    if (stop_flag == 0)
    {
      if(DelayTime_ms < DelayTime*100)
      {
        DelayTime_ms++;
      }
      else
      {
        HAL_TIM_PWM_Start(&htim17, TIM_CHANNEL_1);
      }
    }
    else if (stop_flag == 1)
    {
      HAL_TIM_PWM_Stop(&htim17, TIM_CHANNEL_1);
      stop_flag = 2;
    }
}

心得与展望

现在这个小板子已经牢牢粘在我的门框上了，每天开门的时候它都会被唤醒，守卫家里大门的安全，圆满实现了它的使命。

然而此次也有遗憾，本次设计中使用的STM32C031不支持USB功能，所以没法使用USB连接到电脑进行调整参数，但这也给我未来对这次DIY进行升级埋下了种子。希望在之后能深入学习USB通信，实现更多的功能。

最后，致谢本次活动的主办方，让我有机会实现对身边物体的改造。