aZholtikov/zh_avr_touch_pad

0 Fork 0

Files

T

aZholtikov a70300c259 doc: updated wiki

2026-10-21 20:13:58 +03:00

15 KiB

Raw Blame History

Описание компонента zh_avr_touch_pad

Общие сведения

zh_avr_touch_pad — прошивка для AVR-микроконтроллеров ATMega168/328, реализующая беспроводную сенсорную кнопку на базе трансивера nRF24L01+.

Компонент работает в режиме глубокого сна (Power-down), пробуждается по внешнему прерыванию от сенсорного датчика и передаёт на шлюз пакет с идентификатором устройства и уровнем заряда батареи.

Основные возможности

Сверхнизкое энергопотребление — около 2 мкА в режиме сна.
Передача уровня заряда батареи — измерение напряжения через внутренний АЦП с опорным напряжением 1,1 В.
Работа по протоколу nRF24L01+ — передача через SPI, адресная доставка на шлюз.
Поддержка нескольких МК — ATMega168/168P/168PB/328/328P/328PB.
Минимальная обвязка — установка в стандартный корпус сенсорного выключателя.
Пробуждение по внешнему прерыванию INT1 — rising edge на пине PD3.
Автономная работа — не требует внешних подтягивающих резисторов.

Внутреннее устройство

Структура данных

Компонент не использует динамическое выделение памяти и сложные структуры данных. Все данные передаются как массив int16_t фиксированной длины.

Формат передаваемого пакета

Пакет формируется в глобальной переменной transmitted_data типа zh_rf_sensor_transmitted_data_t из внешней библиотеки zh_rf_config и передаётся побайтово как массив байтов (sizeof структуры — 14 байт).

Поле	Тип	Описание
`id`	`int16_t`	Идентификатор устройства (`DEVICE_ID = 6`)
`type`	`int16_t`	Тип устройства (`ZH_RF_SENSOR_TOUCH_SWITCH`)
`battery_voltage`	`int16_t`	Напряжение батареи × 100 (например, 330 = 3.30 В)
`value_1`–`value_4`	`int16_t`	Зарезервированы (равны 0)

Конфигурационные макросы

Макрос	Значение	Описание
`GATEWAY_CHANNEL`	`120`	Радиоканал шлюза
`GATEWAY_ADDRESS`	`0xDDEEFF`	3-байтовый адрес шлюза
`DEVICE_ID`	`6`	Уникальный идентификатор устройства

Тип устройства задаётся не макросом, а значением перечисления ZH_RF_SENSOR_TOUCH_SWITCH из библиотеки zh_rf_config.

Управление памятью

Компонент не использует динамическую память. Все данные хранятся в статической области и регистрах микроконтроллера. Глобальная переменная transmitted_data заполняется один раз при старте (идентификатор и тип), в рабочем цикле обновляется только поле battery_voltage. Флаг send_request объявлен как static volatile uint8_t для корректного доступа из ISR и главного цикла.

API (интерфейс)

Все функции являются static и доступны только внутри модуля main.c.

Инициализация

Функция	Описание
`zh_pad_interrupt_init()`	Настройка внешнего прерывания INT1 (PD3, rising edge) для пробуждения по касанию
`zh_spi_init()`	Инициализация аппаратного SPI в режиме мастера (Fosc/16)
`zh_nrf24_init()`	Инициализация трансивера nRF24L01+ в режим передачи

Измерение

Функция	Описание
`zh_get_battery_voltage()`	Измерение напряжения батареи через внутренний АЦП с опорой 1,1 В

Передача данных

Функция	Описание
`zh_nrf24_send()`	Передача буфера через nRF24L01+ с полным циклом TX: Power Up, `FLUSH_TX`, загрузка `W_TX_PAYLOAD`, импульс CE, ожидание флага TX_DS/MAX_RT по пину IRQ, сброс статуса и переход в Power Down

Низкоуровневые SPI-операции

Функция	Описание
`zh_spi_transfer()`	Обмен одного байта по SPI (полный дуплекс)
`zh_nrf24_write_register()`	Запись одного байта в регистр nRF24L01+
`zh_nrf24_write_buff_register()`	Запись многобайтового буфера в регистр nRF24L01+
`zh_nrf24_write_buffer()`	Запись буфера данных с указанной командой
`zh_nrf24_send_command()`	Отправка однобайтовой команды и чтение статуса

Потокобезопасность

Компонент работает на bare-metal AVR без RTOS. Синхронизация между прерыванием и главным циклом реализуется следующим образом:

volatile флаг — переменная send_request объявлена как volatile, что гарантирует чтение актуального значения из памяти при каждой проверке в главном цикле.
Атомарная запись из ISR — обработка INT1 устанавливает флаг в единицу. Запись одного байта на AVR является атомарной операцией.
Отключение прерываний при инициализации — cli() перед настройкой периферии исключает гонки при старте.

Алгоритмы

Алгоритм измерения напряжения батареи

ADC конфигурируется с внутренним опорным напряжением 1,1 В на канале внутреннего источника 1,1 В (REFS0=1, MUX[3:1]=111), вход AVcc сравнивается с опорой.
Предделитель частоты: 64 (ADPS[2:0] = 111), что даёт ~125 кГц при 8 МГц.
Выполняются две последовательные конверсии: первая стабилизирует выборку, вторая даёт результат.
Формула расчёта: Vbat = (1024.0 × 1.1) / adc_value.
При нулевой выборке (adc == 0) возвращается 0.0.
После измерения АЦП отключается сбросом бита ADEN.

Алгоритм передачи через nRF24L01+

Переход в Power Up (бит PWR_UP в CONFIG).
Ожидание 5 мс (время стартования осциллятора).
Очистка TX FIFO командой FLUSH_TX.
Загрузка полезной нагрузки командой W_TX_PAYLOAD.
Импульс CE (установка в 1) для запуска передачи.
Ожидание завершения по пину IRQ (PD2) с таймаутом 100 мс.
Сброс флагов статуса, очистка FIFO, переход в Power Down.

Алгоритм сна и пробуждения

Главный цикл проверяет флаг send_request.
Если флаг не установлен — вызывается sleep_cpu() (режим Power-down).
Пробуждение происходит по аппаратному прерыванию INT1 (rising edge на PD3).
ISR устанавливает send_request = 1, цикл просыпается и выполняет передачу.

Примеры использования

Типовой цикл работы (main)

int main(void)
{
    // Отключаем прерывания на время инициализации
    cli();
    // Настраиваем периферию
    zh_pad_interrupt_init();
    zh_spi_init();
    zh_nrf24_init();
    // Конфигурируем режим сна Power-down
    set_sleep_mode(SLEEP_MODE_PWR_DOWN);
    sei();

    // Глобальная структура из zh_rf_config
    zh_rf_sensor_transmitted_data_t transmitted_data =
        {DEVICE_ID, ZH_RF_SENSOR_TOUCH_SWITCH, 0, 0, 0, 0, 0};

    for (;;)
    {
        if (send_request == 1)
        {
            // Собираем и отправляем пакет
            cli();
            send_request = 0;
            sei();
            transmitted_data.battery_voltage =
                (int16_t)(zh_get_battery_voltage() * 100.0);
            zh_nrf24_send((uint8_t *)&transmitted_data,
                          sizeof(transmitted_data));
        }
        else
        {
            // Спим до следующего прерывания
            cli();
            if (send_request == 0)
            {
                sleep_enable();
                sei();
                sleep_cpu();
            }
            sei();
            sleep_disable();
        }
    }
}

Изменение конфигурации под другое устройство

// Измените идентификатор для нового устройства
#define DEVICE_ID 7       // Уникальный ID в сети
// Тип устройства задаётся перечислением ZH_RF_SENSOR_TOUCH_SWITCH
#define GATEWAY_CHANNEL 120
#define GATEWAY_ADDRESS 0xDDEEFF

Подключение по SPI (схема выводов)

// Назначение пинов AVR для nRF24L01+:
// PB2 (SS)   -> CSN (управление SPI-селектом)
// PB3 (MOSI) -> MOSI
// PB5 (SCK)  -> SCK
// PB1        -> CE  (управление передачей)
// PD2        -> IRQ (вход, активный низкий, с подтяжкой к VCC)
// PD3        -> INT1 (вход сенсорного датчика, rising edge)

Логирование

Компонент не использует ESP-IDF логирование (прошивка для AVR, а не ESP32). Логирование отсутствует.

Ошибки

Компонент не возвращает коды ошибок. Все функции имеют тип void или возвращают однобайтовый статус SPI (uint8_t) для низкоуровневых операций.

Условие	Поведение
Нулевое показание АЦП	`zh_get_battery_voltage()` возвращает 0.0
Превышение таймаута передачи	Передача прерывается, пакет теряется
Неверный аргумент	Не применимо — все функции `static`, аргументы не валидируются

Ограничения

Только передача (TX-only) — компонент не принимает данные, шлюз не может отправить подтверждение на уровне приложения.
Отсутствие шифрования — CRC включён, но AES-шифрование не используется. Пакеты могут быть перехвачены.
Жёстко зашитый адрес шлюза — смена адреса требует перепрошивки.
Таймаут передачи 100 мс — если шлюз недоступен, пакет теряется без повторной попытки на уровне приложения (аппаратные ретрансмиты настроены через SETUP_RETR = 0xFF: 15 попыток с максимальным интервалом).
Одно сенсорное событие за цикл — несколько касаний во время передачи будут потеряны (флаг — один бит).
Точность измерения батареи — зависит от стабильности внутреннего опорного напряжения 1,1 В и может отличаться от реального напряжения на ±3%.
Нет механизма глубокого сна для периферии — АЦП полностью отключается после измерения (ADEN = 0), но SPI остаётся включённым в режиме сна.

Требования для сборки

PlatformIO с плагином platform-atmelavr
AVR-GCC (входит в состав PlatformIO)
Библиотека zh_rf_config (подключается через lib_deps в platformio.ini)
Программатор USBasp (или совместимый)
Фьюзы: LFUSE=0xE2, HFUSE=0xDF, EFUSE=0x07 (8 МГц, без делителя)

Установка

Сборка и прошивка через PlatformIO

pio run -e ATmega328P -t upload

Подключение в проекте

Компонент является самодостаточной прошивкой — не подключается как библиотека. Для интеграции в другой проект скопируйте src/main.c, добавьте зависимость zh_rf_config и адаптируйте макросы конфигурации.

; platformio.ini
lib_deps =
    https://github.com/aZholtikov/zh_rf_config

// Зависимости: стандартные заголовки AVR-libc и конфигурация протокола
#include "avr/io.h"
#include "avr/sleep.h"
#include "avr/fuse.h"
#include "avr/interrupt.h"
#include "util/delay.h"
#include "zh_rf_config.h"

15 KiB Raw Blame History Unescape Escape