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# 1. 打猎相机外置MCU软件设计
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  为满足打猎相机的低功耗需求，使用外置MCU的硬件设计框架，在非工作状态下保持外置MCU供电，CPU断电，满足低功耗的产品需求。
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## 1.1. 基本概念
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* **工作状态：**
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| 工作状态 | 说明 |
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| ---- | ---- |
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| OFF状态 | 整机处于断电状态，包括外置MCU和主控。 |
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| TEST状态 | 非正常工作状态，此时主控常通电，除非无操作时自动切换到ON状态。 |
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| ON状态 | 设备正常工作状态，必须保证低功耗性能，PIR触发抓拍后必须快速关机（主控断电）。 |
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**评审补充：**
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1. 首次整机上电，必须CPU物理上电，完成SD卡产测文件检测，实现产测功能；
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2. 动态切换到TEST/ON状态，需要CPU物理上电；
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* **启动模式：决定CPU单次启动的任务内容；**
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  每次启动的时间都是有限的，由CPU完成单次启动完成任务后发送断电关机指令给MCU，MCU给CPU断开物理电源；启动模式可以由CPU主动询问，也可以由MCU主动发送。
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| 启动模式 | 说明 |
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| ---- | ---- |
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| PIR启动 | PIR触发启动。 |
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| TEST启动 | 三档拨键拨到“TEST”，常通电的工作模式。 |
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| ON启动 | 三档拨键拨到“ON”，正常工作模式。 |
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| 连拍启动 | PIR触发场景下，用户可以设置连拍的张数和连拍的间隔，CPU通过协议告诉MCU在多少时间之后进行连拍启动。 |
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| PIR延时启动 | 同PIR启动，只是PIR触发后，需要延时一段时间再给CPU上电。 |
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| 定时启动 | 间隔固定时间启动一次，例如：60min/次 **待定** |
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| 关机启动 | 某种场景下需要关机，给CPU上电一次，由CPU正式下发“关机”指令。 |
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| 低电关机 | 电池低电需要关机，给CPU上电一次，由CPU正式下发“关机”指令。 |
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| 异常启动 | CPU不正常时断电重启，例如：喂狗异常，超时启动异常。 |
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  工作模式对应板子上的三档拨键，有三个工作模式：关机/TEST/ON。
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**评审补充：**
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* 一个PIR连拍周期内忽略PIR触发；
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## 1.2. MCU基本功能
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* 外围连接RTC，PIR传感器，电量计；
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* 保存数据包括：CPU的启动模式，CPU定时启动时间，工作时间周期，PIR灵敏度；
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* 使用串口协议与CPU进行数据/功能协议交互；
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| 需要保存的数据 | 说明 |
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| ---- | ---- |
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| 启动模式 | ---- |
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| 定时启动时间 | 例如：60min/次 |
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| 工作时间 | 打猎机正常PIR触发的时间周期，例如：2：00 ~ 20：00 |
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| PIR灵敏度 | PIR灵敏度设置 |
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**存疑：**
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硬件光敏接在主控上，先由主控内置MCU控制，正常启动后Linux是否可以复用此GPIO口。
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## 1.3. 功能UML时序图
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### 1.3.1. 整机物理上电启动
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  整机物理上电时，根据实际情况刷新设备的工作状态。
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补充：
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如果掉电无法保存数据，首次物理上电向主控获取；
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默认开启喂狗；
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```mermaid
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sequenceDiagram
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participant CPU
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||
participant MCU
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MCU ->> MCU:物理上电
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MCU ->> MCU:串口初始化
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opt 检测到TEST拨档挡位
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||
MCU ->> CPU:物理上电
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||
MCU ->> +CPU:发送启动模式：TEST启动
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||
CPU ->> CPU:TEST启动
|
||
CPU -->> -MCU:回复OK
|
||
loop 无操作
|
||
CPU ->> +MCU:发送关机指令
|
||
MCU -->> -CPU:回复OK
|
||
MCU ->> CPU:物理断电
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||
end
|
||
end
|
||
opt 检测到ON拨档挡位
|
||
note over MCU:正常工作模式，PIR触发后可给主控上电
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||
end
|
||
opt PIR触发中断
|
||
MCU ->> CPU:物理上电
|
||
MCU ->> +CPU:发送PIR触发启动
|
||
CPU ->> CPU:PIR启动
|
||
CPU -->> -MCU:回复OK
|
||
CPU ->> +MCU:发送关机指令
|
||
MCU -->> -CPU:回复OK
|
||
MCU ->> CPU:物理断电
|
||
end
|
||
MCU ->> MCU:休眠
|
||
note over MCU:休眠后进入正常工作模式：当发生PIR触发时，<br>给CPU物理上电并发送PIR启动命令
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||
```
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### 1.3.2. MCU休眠逻辑
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  合理的休眠设计，最大降低产品功耗，延长单次换电的使用周期。
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||
定时中断待确认；
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||
```mermaid
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||
sequenceDiagram
|
||
participant CPU
|
||
participant MCU
|
||
loop 常通电待机
|
||
opt CPU关机
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||
CPU ->> MCU:发送关机指令
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||
MCU ->> CPU:物理断电
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||
MCU ->> MCU:休眠
|
||
end
|
||
opt PIR触发中断
|
||
MCU ->> MCU:休眠唤醒
|
||
MCU ->> CPU:物理上电
|
||
MCU ->> +CPU:发送PIR触发启动
|
||
CPU -->> -MCU:回复OK
|
||
end
|
||
opt TEST按键中断
|
||
MCU ->> MCU:休眠唤醒
|
||
MCU ->> CPU:物理上电
|
||
MCU ->> +CPU:发送TEST启动
|
||
CPU -->> -MCU:回复OK
|
||
end
|
||
opt 设置定时唤醒
|
||
CPU ->> MCU:发送设置定时唤醒协议
|
||
opt 定时唤醒中断
|
||
MCU ->> MCU:休眠唤醒
|
||
MCU ->> CPU:物理上电
|
||
MCU ->> +CPU:发送定时唤醒启动
|
||
CPU -->> -MCU:回复OK
|
||
end
|
||
end
|
||
end
|
||
```
|
||
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||
### 1.3.3. 常通电待机
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  描述上电后的各种场景。
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#### 1.3.3.1. 定时唤醒刷新环境数据（**待定，忽略**）
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||
  MCU定时唤醒更新环境参数，保证工作触发时的环境参数正确性。
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```mermaid
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||
sequenceDiagram
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||
participant CPU
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||
participant MCU
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||
loop 常通电待机
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loop 大循环定时中断(20min/次)
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note over MCU:大循环定时中断负责定时触发小循环定时中断
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opt 定时唤醒中断
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loop 小循环采集数据（1s/次，共30次）
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note over MCU:小循环定时器，短时间间隔唤醒，多次采集环境数据，<br>计算出合理稳定的环境参数并保存，在工作时可快速响应。
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MCU ->> MCU:采集环境数据
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note right of MCU:采集光敏数据
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||
opt 采集30次完成
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note over MCU:计算平均值作为单次采集的真实数据
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MCU ->> MCU:计算30次平均值
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opt 对比上次发生翻转
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MCU ->> MCU:保存最新数据（白天/黑夜）
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||
MCU ->> +CPU:发送数据同步任务
|
||
CPU -->> -MCU:回复OK
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||
MCU ->> CPU:物理上电
|
||
CPU ->> +MCU:读取白天黑夜数据
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||
MCU -->> -CPU:回复白天黑夜数据
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||
CPU ->> MCU:断电关机
|
||
MCU ->> CPU:物理断电
|
||
end
|
||
end
|
||
end
|
||
end
|
||
end
|
||
end
|
||
```
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||
|
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#### 1.3.3.2. 喂狗
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||
  外置MCU充当硬件狗，在系统异常时断电重启系统。喂狗逻辑和启动模式无关。
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||
默认开启喂狗；
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||
```mermaid
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||
sequenceDiagram
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||
participant CPU
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||
participant MCU
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||
MCU ->> MCU:物理上电
|
||
MCU ->> CPU:某种启动模式触发物理上电
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opt 主控开启喂狗
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||
CPU ->> +MCU:开启狗/设置喂狗周期
|
||
MCU -->> -CPU:回复OK
|
||
loop 主控喂狗
|
||
note over MCU:喂狗不需要回复
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||
CPU ->> MCU:喂狗
|
||
end
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||
loop MCU定时查狗
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||
alt 主控喂狗异常
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||
MCU ->> CPU:断电重启
|
||
MCU ->> +CPU:发送启动模式：喂狗异常启动
|
||
CPU ->> CPU:喂狗异常启动
|
||
CPU -->> -MCU:回复OK
|
||
CPU ->> MCU:断电关机
|
||
end
|
||
end
|
||
end
|
||
CPU ->> MCU:断电关机
|
||
MCU ->> CPU:物理断电
|
||
MCU ->> MCU:休眠
|
||
note over MCU:休眠后进入正常工作模式：当发生PIR触发时，<br>给CPU物理上电并发送PIR启动命令
|
||
```
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|
||
#### 1.3.3.3. 心跳
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||
  CPU单次上电时间都是有限的，在主控未主动开启喂狗时，30s主动查询一次心跳，未回复则断电重启。此设计保证程序异常时电量不会一直消耗完。
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||
**注意：** 整机上电之后如果从来未开启过喂狗功能，此功能不生效。避免调试版本不停重启。
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||
取消心跳，默认开启喂狗。喂狗线程模拟主线程心跳；
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||
单次上电时间异常重启，总时间3min；
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```mermaid
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||
sequenceDiagram
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||
participant CPU
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||
participant MCU
|
||
MCU ->> MCU:物理上电
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||
MCU ->> CPU:某种启动模式触发物理上电
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||
opt 主控开启喂狗
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||
CPU ->> +MCU:开启狗/设置喂狗周期
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||
MCU -->> -CPU:回复OK
|
||
MCU ->> MCU:激活心跳功能
|
||
end
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||
CPU ->> MCU:断电关机
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||
MCU ->> CPU:物理断电
|
||
MCU ->> MCU:休眠
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||
note over MCU:只要CPU某次启动开启喂狗功能，下次启动心跳功能就会生效。
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||
MCU ->> CPU:某种启动模式触发物理上电
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||
opt 心跳功能已经激活
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||
note over MCU:心跳功能在主控未开启喂狗时（异常）发挥作用。
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opt 主控未开启喂狗
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loop 30s主动查询一次心跳
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||
MCU ->> +CPU:发送心跳包
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||
alt 心跳回复
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||
CPU -->> -MCU:回复OK
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||
else 5s超时， 心跳未回复
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||
MCU ->> CPU:断电重启
|
||
MCU ->> +CPU:发送启动模式：心跳异常启动
|
||
CPU ->> CPU:心跳异常启动
|
||
CPU -->> -MCU:回复OK
|
||
CPU ->> MCU:断电关机
|
||
end
|
||
end
|
||
end
|
||
CPU ->> MCU:断电关机
|
||
MCU ->> CPU:物理断电
|
||
MCU ->> MCU:休眠
|
||
end
|
||
```
|
||
|
||
#### 1.3.3.4. PIR触发任务
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||
|
||
  PIR触发是相机的正常工作模式，相机会快速启动抓拍，并快速关机。
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```mermaid
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||
sequenceDiagram
|
||
participant CPU
|
||
participant MCU
|
||
loop 常通电待机
|
||
opt PIR触发中断
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||
MCU ->> MCU:休眠唤醒
|
||
MCU ->> CPU:物理上电
|
||
MCU ->> +CPU:发送PIR触发启动模式
|
||
CPU ->> CPU:PIR启动
|
||
CPU -->> -MCU:回复OK
|
||
CPU ->> MCU:断电关机
|
||
MCU ->> CPU:物理断电
|
||
MCU ->> MCU:休眠
|
||
end
|
||
end
|
||
```
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||
#### 1.3.3.5. TEST拨键启动
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|
||
  TEST模式，相机处于一个长通电状态，功耗较高，长时间无操作会进入正常工作状态。
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||
**存疑：** 实际使用时，当有人把按键从ON拨到TEST时，大概率会先触发PIR启动，再触发TEST启动。
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```mermaid
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sequenceDiagram
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||
participant CPU
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||
participant MCU
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||
MCU ->> MCU:常电待机
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||
opt 拨键从ON拨到TEST
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||
note over MCU:TEST模式启动，只会发生在从ON切换到TEST的瞬间，<br>如果PIR触发时，已经处于TEST挡位，此时不影响PIR模式启动
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MCU ->> CPU:物理上电
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||
MCU ->> +CPU:发送启动模式：TEST启动
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CPU ->> CPU:TEST启动
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||
CPU -->> -MCU:回复OK
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||
opt 拨键从TEST拨到ON
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||
note over MCU:进入ON模式，设备处于正常工作状态
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||
CPU ->> MCU:发送断电关机
|
||
MCU ->> CPU:物理断电
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||
end
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||
opt CPU关机
|
||
note over MCU:超时关机时，<br>此时拨键还是处于“TEST”挡位的
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||
CPU ->> MCU:发送断电关机
|
||
MCU ->> CPU:物理断电
|
||
end
|
||
end
|
||
MCU ->> MCU:休眠
|
||
```
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#### 1.3.3.6. 数据同步
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  主控和外置MCU之间数据同步，包括主控发给外置MCU的，也包括外置MCU发给主控的。数据同步流程可以在任意的工作状态下进行。
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```mermaid
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||
sequenceDiagram
|
||
participant CPU
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||
participant MCU
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MCU ->> MCU:物理上电
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MCU ->> CPU:某种启动模式触发物理上电
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opt 数据同步
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note over MCU:此处根据协议只做一个数据示例，其它协议雷同。
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CPU ->> +MCU:设置灵敏度
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||
MCU -->> -CPU:回复OK
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||
end
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||
CPU ->> MCU:断电关机
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||
MCU ->> CPU:物理断电
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||
MCU ->> MCU:休眠
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||
note over MCU:休眠后进入正常工作模式：当发生PIR触发时，<br>给CPU物理上电并发送PIR启动命令
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||
```
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## 1.4. MCU协议
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||
  负责对MCU协议进行封包/解包，协议封包/解包功能独立封装成库，详见[协议文档](../../utils/McuProtocol/README.md)。 |