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2024-05-14 20:05:52 +08:00

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1. 打猎相机外置MCU软件设计

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。

修改	说明
2024-5-14	首次评审。

1.1. 基本概念

工作状态：

工作状态	说明
OFF状态	整机处于断电状态，包括外置MCU和主控。
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。
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）。

评审补充：

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；
动态切换到TEST/ON状态，需要CPU物理上电；

启动模式：决定CPU单次启动的任务内容；

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。

启动模式	说明
PIR启动	PIR触发启动。
TEST启动	三档拨键拨到“TEST”，常通电的工作模式。
ON启动	三档拨键拨到“ON”，正常工作模式。
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。
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。
定时启动	间隔固定时间启动一次，例如：60min/次待定
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。
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。
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。

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。

评审补充：

一个PIR连拍周期内忽略PIR触发；

1.2. MCU基本功能

外围连接RTC，PIR传感器，电量计；
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；
使用串口协议与CPU进行数据/功能协议交互；

需要保存的数据	说明
启动模式	----
定时启动时间	例如：60min/次
工作时间	打猎机正常PIR触发的时间周期，例如：2：00 ~ 20：00
PIR灵敏度	PIR灵敏度设置

存疑：

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。

1.3. 功能UML时序图

1.3.1. 整机物理上电启动

整机物理上电时，根据实际情况刷新设备的工作状态。

补充：如果掉电无法保存数据，首次物理上电向主控获取；默认开启喂狗；

sequenceDiagram
participant CPU
participant MCU
MCU ->> MCU:物理上电
MCU ->> MCU:串口初始化
opt 检测到TEST拨档挡位
    MCU ->> CPU:物理上电
    MCU ->> +CPU:发送启动模式：TEST启动
        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
    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
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

1.3.2. MCU休眠逻辑

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。

定时中断待确认；

sequenceDiagram
participant CPU
participant MCU
loop 常通电待机
    opt CPU关机
        CPU ->> MCU:发送关机指令
        MCU ->> CPU:物理断电
        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

1.3.3. 常通电待机

描述上电后的各种场景。

1.3.3.1. 定时唤醒刷新环境数据（待定，忽略）

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。

sequenceDiagram
participant CPU
participant MCU
loop 常通电待机
    loop 大循环定时中断(20min/次)
        note over MCU:大循环定时中断负责定时触发小循环定时中断
        opt 定时唤醒中断
            loop 小循环采集数据（1s/次，共30次）
                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。
                MCU ->> MCU:采集环境数据
                note right of MCU:采集光敏数据
                opt 采集30次完成
                    note over MCU:计算平均值作为单次采集的真实数据
                    MCU ->> MCU:计算30次平均值
                    opt 对比上次发生翻转
                        MCU ->> MCU:保存最新数据（白天/黑夜）
                        MCU ->> +CPU:发送数据同步任务
                        CPU -->> -MCU:回复OK
                        MCU ->> CPU:物理上电
                        CPU ->> +MCU:读取白天黑夜数据
                        MCU -->> -CPU:回复白天黑夜数据
                        CPU ->> MCU:断电关机
                        MCU ->> CPU:物理断电
                    end
                end
            end
        end
    end
end

1.3.3.2. 喂狗

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。

默认开启喂狗；

sequenceDiagram
participant CPU
participant MCU
MCU ->> MCU:物理上电
MCU ->> CPU:某种启动模式触发物理上电
opt 主控开启喂狗
    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
        CPU ->> MCU:喂狗
    end
    loop MCU定时查狗
        alt 主控喂狗异常
            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

1.3.3.3. 心跳

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。

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。

取消心跳，默认开启喂狗。喂狗线程模拟主线程心跳；单次上电时间异常重启，总时间3min；

sequenceDiagram
participant CPU
participant MCU
MCU ->> MCU:物理上电
MCU ->> CPU:某种启动模式触发物理上电
opt 主控开启喂狗
    CPU ->> +MCU:开启狗/设置喂狗周期
    MCU -->> -CPU:回复OK
    MCU ->> MCU:激活心跳功能
end
CPU ->> MCU:断电关机
MCU ->> CPU:物理断电
MCU ->> MCU:休眠
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。

MCU ->> CPU:某种启动模式触发物理上电
opt 心跳功能已经激活
note over MCU:心跳功能在主控未开启喂狗时（异常）发挥作用。
    opt 主控未开启喂狗
        loop 30s主动查询一次心跳
            MCU ->> +CPU:发送心跳包
            alt 心跳回复
                CPU -->> -MCU:回复OK
            else 5s超时， 心跳未回复
                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

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。

sequenceDiagram
participant CPU
participant MCU
loop 常通电待机
    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

1.3.3.5. TEST拨键启动

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。

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。

sequenceDiagram
participant CPU
participant MCU
MCU ->> MCU:常电待机
opt 拨键从ON拨到TEST
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
    MCU ->> CPU:物理上电
    MCU ->> +CPU:发送启动模式：TEST启动
    CPU ->> CPU:TEST启动
    CPU -->> -MCU:回复OK
    opt 拨键从TEST拨到ON
    note over MCU:进入ON模式，设备处于正常工作状态
        CPU ->> MCU:发送断电关机
        MCU ->> CPU:物理断电
    end
    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
        CPU ->> MCU:发送断电关机
        MCU ->> CPU:物理断电
    end
end
MCU ->> MCU:休眠

1.3.3.6. 数据同步

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。

sequenceDiagram
participant CPU
participant MCU
MCU ->> MCU:物理上电
MCU ->> CPU:某种启动模式触发物理上电
opt 数据同步
note over MCU:此处根据协议只做一个数据示例，其它协议雷同。
    CPU ->> +MCU:设置灵敏度
    MCU -->> -CPU:回复OK
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

1.4. MCU协议

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。

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