PY32F002A 光突变入侵检测传感器：低功耗双源唤醒与 433MHz 无线告警

关于 MCU：PY32F002A 标称 20KB Flash / 3KB RAM，但实际硅片内含 32KB Flash 和 4KB SRAM，以及数据手册未公开的隐藏外设。其内核与外设寄存器布局与 Air001 完全一致，可视为同一颗芯片的不同丝印。本项目基于 Air001 的 HAL 库和启动文件开发，直接运行于 PY32F002A 上无需修改。

一款基于 PY32F002A（Cortex-M0+）MCU 的电池供电光感入侵检测传感器。硅光片持续监测环境光，当有人或物体遮挡光线导致亮度骤变时，通过 433MHz OOK 射频发出无线告警信号。MCU 在 STOP 模式下功耗低于 5µA，由 RTC 闹钟定时校准和 ADC 模拟看门狗双源唤醒，适合长期电池部署。

硬件组成与引脚分配

PA0 空闲时设为模拟高阻态以消除漏电流。RF 发射模块仅在告警时短暂上电。

检测原理

硅光片输出的电压随环境光照度线性变化。PY32F002A 的 12 位 ADC 将电压转换为 0–4095 的数字量。当有人穿越监控区域遮挡光源，或夜间有人开灯，硅光片接收到的光通量发生突变，ADC 读数在数百毫秒内跳变上百个计数——远快于自然光缓变。系统通过两个机制捕捉这种突变：

1. RTC 定时采样：每 10 秒唤醒一次，用多次采样取平均更新当前亮度基线，消除工频闪烁和环境噪声。
2. ADC 模拟看门狗：在两次定时采样之间，硬件自动监测 ADC 转换结果。一旦采样值超出预设的阈值窗口，立即通过中断唤醒 MCU。

两个机制互补：定时采样保证基线不漂移，模拟看门狗保证突变不遗漏。

状态机设计

系统有两个稳态。

值守态

RTC 闹钟每 10 秒唤醒一次，执行校准流程：连续采样 10 次，经 LLR 滤波器处理后取平均作为当前亮度基线，据此重新设定模拟看门狗阈值窗口——下限为基线值减去 150 个计数，上限为 4095。LLR 滤波器用于抑制工频闪烁和环境光的高频抖动，防止噪声尖峰污染基线值导致误报。随后启动 ADC 连续转换并进入 STOP 睡眠。

当有人遮挡光线导致亮度骤降至阈值下限以下，ADC 模拟看门狗触发 ADC_COMP 中断唤醒 MCU。固件执行二次确认采样，滤除瞬态干扰，确认突变后迁移到告警态。

告警态

进入此态后立即执行两个动作：

1. 通过 433MHz 射频发送 3 字节告警帧（OOK 编码，重复 15 次）
2. 设置 RTC 超时闹钟（默认 30 分钟），到达后自动发送「告警解除」帧并回到值守态

同时重新配置模拟看门狗阈值——下限为 0，上限为触发时的亮度值加 150 个计数（检测遮挡物移开后光线恢复）。之后进入 STOP 睡眠。唤醒后按来源分别处理：

• AWD 触发（亮度恢复）：距告警发出不足 1 秒的触发视为外界瞬态光干扰，丢弃后重新入睡。超过 1 秒则做确认采样，验证亮度确实回升后发送「告警解除」帧，回到值守态。
• RTC 超时：告警持续时长用尽，发送「告警解除」帧，重新采样基线后回到值守态。

1 秒消抖窗口解决了一个实际问题：告警发射瞬间的 RF 功率波动可能耦合到模拟前端造成光感读数抖动，误触发二次唤醒。

状态迁移

┌──────────┐   AWD 下降触发    ┌──────────┐
│  值守态   │ ────────────────→ │  告警态   │
│  ARMED   │                   │  ALERT    │
│          │ ←──────────────── │           │
└──────────┘  AWD 恢复 / 超时   └──────────┘
     ↑  │                           ↑  │
     │  │ 10s RTC                   │  │ RTC 超时
     │  │ 校准基线+设AWD              │  │ 或光线恢复
     │  ↓                           │  ↓
     │  STOP 睡眠                    │  STOP 睡眠
     └──────────────────────────────┘

低功耗架构与双源唤醒

系统绝大多数时间处于 STOP 模式。进入 STOP 前关闭所有不必要的外设时钟，仅保留两个可唤醒源：

Py32F002A 的 RTC 没有独立唤醒定时器，通过时间匹配闹钟实现周期唤醒——每次读当前时分秒、加偏移量后写入闹钟寄存器。LSI 在 STOP 模式下保持振荡，闹钟匹配时通过 EXTI 19 唤醒 MCU。校准闹钟和超时闹钟共用同一硬件，ISR 中通过软件标志位区分来源。

ADC 模拟看门狗是硬件自动比较机制：每次 ADC 转换完成后，硬件比较结果寄存器的值与预设的高低阈值；超出窗口则置位 AWD 标志并产生中断。核心机制是 ADC 时钟选择异步 HSI（14MHz，4 分频到 3.5MHz），该时钟独立于 APB 总线，在 STOP 模式下持续运行。这样 MCU 睡眠期间 ADC 仍然在做连续转换和窗口比较。

433MHz 无线告警协议

告警信号通过软件 bit-bang 方式在 PA0 上输出 OOK（On-Off Keying）调制波形，驱动外部 433MHz 发射模块。编码方案：

• 逻辑「1」：高电平 950µs，低电平 325µs
• 逻辑「0」：高电平 325µs，低电平 950µs

每帧 24 位（3 字节），MSB 先发，末尾追加一位「0」尾位。帧间间隔 8750µs，每条指令重复 15 次以提高接收成功率。延时用 Cortex-M0+ 在 4MHz 下的 NOP 循环实现，每轮循环约 4 个周期即 1µs，微秒级精度足以满足 OOK 调制容差。

告警帧和告警解除帧各为 3 字节固定码，接收端通过帧内容区分事件类型。

固件模块划分

Src/
├── main.c                  # 时钟配置与主循环
├── gpio.c                  # PA0(RF TX) / PA1(ADC) / PB1(LED)
├── adc.c                   # ADC 驱动、AWD 阈值配置、校准采样
├── rtc.c                   # RTC 闹钟驱动、周期/超时唤醒管理
├── rf433.c                 # 433MHz OOK 编码与发送
├── app_light_sensor.c      # 状态机编排、STOP 进出、唤醒源分发
├── air001xx_it.c           # ADC_COMP / RTC 中断服务
└── air001xx_hal_msp.c      # HAL 外设 MSP 初始化

app_light_sensor.c 是顶层编排模块：App_LightSensor_Run() 由主循环反复调用，每次处理一次唤醒事件、驱动状态迁移并重新进入 STOP。外设模块仅暴露功能接口，不持有状态机逻辑。这种分层使得更换 MCU 平台时只需替换 HAL 层，上层逻辑无感。

可调参数

构建

项目用 CMake + arm-none-eabi-gcc 构建，依赖 Puya HAL 库。Flash 占用约 17KB / 32KB，RAM 占用约 1.4KB / 4KB。

cmake -B build -G Ninja && ninja -C build

输出 build/Project.hex 和 build/Project.bin，通过 SWD 烧录。