前言
在智能家居与安防领域，电池供电的无线红外探测器（PIR）对功耗和抗误报能力有着极其苛刻的要求。近年来，国产 32 位微控制器（MCU）飞速发展，武汉芯源的 CW32L010（基于 Cortex-M0+ 内核）凭借极高的性价比和优秀的低功耗特性，成为这类电池供电设备的理想选择。
本文将完整分享基于 CW32L010 设计的一款 433MHz 无线双元红外探测器的软硬件架构，重点剖析双元 PIR 的检测算法、433 无线编码模拟，以及如何通过软硬件协同将待机功耗硬核压缩至 6μA 以内。
一、 核心原理：双元 PIR 人体检测
很多初学者认为 PIR 传感器是直接输出人体信号的，其实不然。它本质上是一个热释电红外传感器。
人体会发出特定波长（约 10μm）的红外线。
通过外部的菲涅尔透镜，将红外线聚焦在探头内部的两个（或四个）感应元上。
当人体移动时，红外线交替穿过透镜，导致两个感应元产生差分电压脉冲（一正一负）。
经过外部处理芯片（如 BISS0001 或 MD7039）放大并转换为数字电平输出。
为什么要做方向与多脉冲判断？
如果单纯判断“引脚变高就报警”，稍微有点热气流、强光干扰，探测器就会疯狂误报。
为了达到工业级抗误报标准，我们在软件中设计了多脉冲状态机：
方向识别：判断是 PIR1 先触发，还是 PIR2 先触发，以确定人体的移动方向。
脉宽检测：要求第一个脉冲必须持续 50ms 以上，过滤掉瞬间的高频电磁干扰。
间隔与反向脉冲：第一路触发后，必须等待两路都恢复低电平 10ms，然后在 5秒 内第二路出现有效脉冲。
抖动过滤：最后再用 250ms 确认信号稳定，才最终判定为一次人体移动。
二、 系统功能与硬件架构
本产品基于 CW32L010F8P6（TSSOP20封装）设计，具备完整的安防防护功能：
双元人体检测：1P（单脉冲高灵敏）/ 2P（双脉冲抗误报）模式可切换。
防拆报警：外壳被打开时，立即上报防拆码（0x07）。
低电检测：电池电压低于阈值时，上报低电码（0x0A）且 LED 慢闪提示。
对码/学习：支持按键对码（上报 0x03）。
自适应预热：上电后屏蔽报警 60 秒，让 PIR 探头稳定，期间 LED 每 2 秒闪烁指示。
引脚分配（避开烧录口与晶振口）
为了不占用 SWD 烧录口，引脚分配如下：
PA00、PA01：双元 PIR 信号输入（浮空）。
PA02：防拆输入（外部 1M 上拉至 3V，开关接地）。
PA03：灵敏度拨码（接地为 2P，悬空为 1P）。
PA04：电池低电检测（配置为模拟输入，外部电阻分压）。
PA06：工作模式拨码（接地区分省电/普通/测试模式）。
PB00：对码按键（外部 1M 上拉，按键接地）。
PB02：LED 指示灯。
PB03：433 射频发送模块。
三、 软件架构：非阻塞 10ms 状态机
如果把 delay() 写在主循环里，按键和 PIR 检测就会卡顿。本系统采用 LPTIM（低功耗定时器）提供 10ms 基础节拍，所有业务逻辑 均采用非阻塞状态机实现。
// 主循环框架
while (1)
{
if (gLPTIMWakeUpIrq == 1) // 10ms 到
{
gLPTIMWakeUpIrq = 0;
// 5 * 10ms = 50ms 进一次慢任务（防拆、低电、对码）
if (++g_tick_5ms_count >= 5) {
g_tick_5ms_count = 0;
SlowTask_25ms();
// 20 * 50ms = 1s 进一次秒级任务（报警封锁倒计时）
if (++g_tick_1s_count >= 20) {
g_tick_1s_count = 0;
Check_Mask_Timeout();
}
}
PIRTEST(); // 10ms 检测一次红外状态机
}
// 433 发送由事件触发
Handle_Send_Events();
// 进入深度睡眠，等待 LPTIM 唤醒
SYSCTRL_GotoDeepSleep();
}
PIR 状态机核心代码（时间已按 10ms 节拍缩放）
static void PIR_StateMachine_Normal(void)
{
switch (g_r_pir)
{
case 0: g_pir_time = 0; g_r_pir1 = 5; g_r_pir = 1; break; // 等待脉冲
case 1:
if (PIR2_IS_HIGH()) {
g_r_pir1--;
if (g_r_pir1 == 0) { // 5 * 10ms = 50ms 确认高电平
if (!(g_mask_state & MASK_ANALYS_1P)) goto RESET1; // 1P模式直接报警
g_r_pir = 2;
}
} else goto RESET2;
break;
case 2:
if (PIR2_IS_HIGH()) {
if (g_pir_time >= 200) goto RESET2; // 高电平超过 2s 视为异常
} else {
g_r_pir = 3; g_r_pir1 = 1; // 要求低电平间隔至少 10ms
}
break;
// ... 后面继续等待反向脉冲及 250ms 抖动过滤
}
}
四、 433MHz 无线编码：SysTick 精准延时
软件模拟 433MHz OOK 编码对时间精度的要求极高（微秒级）。如果用普通的 while() 循环，极易受编译器优化的影响导致波形变形，接收端无法解码。
最佳方案：使用 ARM 内核自带的 SysTick 硬件定时器进行精准延时。
__STATIC_INLINE void Delay_Us(uint32_t us)
{
uint32_t target_ticks = us << 2; // 主频4MHz，1us=4个tick
uint32_t told = SysTick->VAL;
uint32_t tnow = told;
uint32_t tcnt = 0;
while (1) {
tnow = SysTick->VAL;
if (tnow != told) {
if (tnow < told) tcnt += told - tnow;
else tcnt += (SysTick->LOAD - tnow) + told;
told = tnow;
if (tcnt >= target_ticks) break;
}
}
}
在发送同步码时（SEND_HIGH(); Delay_Us(200); SEND_LOW(); Delay_Us(6400);），能够保证极低误差，确保接收主机稳定配对。
五、 极致低功耗实战：如何把电流干到 6μA？
这是本文最核心的部分。很多开发者发现单片机进了 DeepSleep 还是耗电上百微安，究其原因，90% 是引脚漏电。
1. 血泪踩坑：内部上拉 VS 外部接地
我们在调试初期，将防拆引脚配置为 GPIO_MODE_INPUT_PULLUP（内部上拉），结果测得整板电流高达 250μA！
原因：防拆开关在平时是闭合接地的。内部上拉电阻（约 60kΩ）与外部地线形成短路，3V / 60kΩ = 50μA，多个引脚加起来直接让电池报废。
黄金法则：外部有强拉，内部必浮空。
传感器（PIR）、拨码开关、对码按键、防拆：软件全部配置为 GPIO_MODE_INPUT（浮空输入）。硬件上，开关类引脚必须外部加 1MΩ 上拉电阻，这样即便开关短接，漏电流也只有 3V / 1MΩ = 3μA。
电池检测（ADC 采样）：配置为 GPIO_MODE_ANALOG（模拟输入），彻底切断数字电路漏电。
2. 悬空引脚的“天线效应”
单片机上没用到的引脚，千万别在代码里不管它！悬空的 CMOS 引脚像天线一样，感应到外界微弱电场就会在 0 和 1 之间反复翻转，导致内部晶体管频繁“穿通”漏电。
处理方案：将未使用的引脚全部配置为 GPIO_MODE_ANALOG。
// 低功耗 GPIO 配置精髓
static void GPIO_Configuration(void)
{
GPIO_InitTypeDef st = {0};
// 输出脚
st.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
st.Pins = LED_PIN | SEND_PIN;
GPIO_Init(CW_GPIOB, &st);
LED_LOW(); SEND_LOW();
// 输入脚 (由于外部全都有上拉/下拉，MCU内部全开浮空)
st.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
st.Pins = PIR1_PIN | PIR2_PIN | TAMPER_PIN | MODE_PIN | ANALYS_PIN | ENROLL_PIN;
GPIO_Init(CW_GPIOA, &st);
GPIO_Init(CW_GPIOB, &st);
// 低电检测必须用模拟输入
st.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;
st.Pins = BAT_PIN;
GPIO_Init(BAT_PORT, &st);
// 悬空脚处理
st.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;
st.Pins = GPIO_PIN_12 | GPIO_PIN_13; // 把没用的脚设为模拟
GPIO_Init(CW_GPIOA, &st);
}
3. 降低唤醒频率
最初代码采用 5ms 唤醒一次 LPTIM，整机功耗在 10μA 左右。
考虑到人体移动的 PIR 信号是几百毫秒级的慢速信号，10ms 的采样率完全足够。我们将 LPTIM_Period 调整为 164 - 1（10ms 周期），唤醒频率减半，功耗直接降到了 6μA。
六、 总结
通过 CW32L010 的非阻塞状态机架构、SysTick 精准波形模拟、以及严苛的 GPIO 防漏电配置，这款无线红外探测器成功实现了 6μA 的超低待机电流（不含 433 发射瞬间）。按两节 5 号电池 2000mAh 计算，理论待机寿命可达 10 年以上（实际受电池自放电和 PIR 模块静态电流影响，通常在 2-3 年）。
对于电池供电的物联网设备，低功耗设计绝不是写一句 __WFI() 那么简单，它是一场硬件电路与软件底层的完美协同战。希望本文的踩坑经验能为各位道友在国产 MCU 的低功耗开发路上提供帮助！
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