改造通信小板电路，实现远程开锁

前一段时间的一篇文章说到，一个朋友家的楼宇对讲系统不支持远程通话、对讲的功能。
有时出入不太方便。
这种情况下，作为一个有几十年工作经验的工程师，我为了不愧于这一称号，主动承接接下改造楼宇对讲分机的重任。
上一次花了点时间，把分机外壳拆开，用万用表把数据通信部分电路抄了下来，如下图：

数据通信电路

今天又花了半天时间，利用之前基于LoRA通信的智能灌溉系统测试时报废的样品，
改了几个电阻，焊了几条飞线，再改写了一小段程序，顺利完成了远程开锁的功能。
远程开锁功能的系统架构如下：

系统架构

远程开锁操作步骤如下：

• 智能灌溉主控与自建服务器建立TCP长链接；
• 为了达到免布线的目的，主控与安装在分机附件的通信小板采用LoRA进行无线通信；
• 用户走到门前时，打开手机x信，在公众号菜单上点击链接；
• 从自建云服务器上下载开锁界面；
• 通过x信提供的API接口对用户的身份进行认证，生成access token；
• 采用 websocket协议向云服务器服务器发送开锁消息以及access token；
• 云服务器根据access token判断权限，如果有权限，则向智能灌溉主控转发开锁消息；
• 智能灌溉主控将开锁消息通过LoRA通信转发给由智能灌溉分控改造的通信小板；
• 通信小板生成从楼宇对讲总线上抓包得到的开锁消息，通知楼宇对讲主机开锁；
• 楼宇对讲主机收到消息之后，执行开锁动作；
  

通信小板的改造

改造的电路

如上图，阴影部分区域为由智能灌溉分控改造的通信小板电路，其余部分为对讲分机的通信相关电路；
通信小板通过SPI接口与LoRA模块对接；
从其单片机的UART模块输出的UART数据经过两极反向之后，由PNP三极管将其发送到总线；
在输出的PNP三极管Q9的E极串入两个并联的100欧电阻，使得通信采用电流信号实现。
可以增加通信数据的传输距离和抗干扰能力；
当串口数据位为0时，通信小板向总线提供200mA左右的电流；
当串口数据位为1时，通信小板不向总线提供电流；
楼宇对讲的分机处于待机状态时，仍会定时向总线发送心跳数据。
这一心跳数据会影响通信小板的通信，因此，增加了NPN三极管Q12组成的电路；
当通信小板需要发送数据时，单片机在YOUT_04口输出高电平，使得Q12处于饱和导通状态；
此时，如果楼宇对讲分机有数据发送，其提供的电流信号将被Q12消耗，而不会流入总线，从而不会对通信小板的通信造成影响；
碰到的几个问题以及应对的措施在调试过程中，碰到了几个问题：
1) 供电问题
刚开始想通过对讲分机内部的12V电源给通信小板供电。细算下来，电流太大，功耗太高。
最后采用9V电池给通信小板供电，所幸通信小板支持低功耗，静态平均工作电流仅几十uA，一节电池工作一年应该没有问题；
分析如下：
对讲系统的12V电流由28V的总线电源通过7812稳压得到，
而通信小板的单片机工作电源由外部电源通过3.3V的LDO稳压得到；
LoRA处于工作状态时，其工作电流可高达50mA；
如果由对讲分机内部的12V供电，则其内部的7812的功耗高达 50*(28-12)=800mW。
温升可高达50度左右；
通信小板的LDO的功耗也高达50*(12-3.3)=435mW，SOT-23封装的LDO的温升至少高达50度以上；
2)串口通信的时钟精度问题
灌溉分机采用内部高速R、C振荡器作为时钟，开始测试时，通信小板发了命令，
但是主机没有任何反应，用示波器实测通信波形，发现1200bps的波特率，
但是1个bit的脉宽居然是890us左右，与实际的 833us脉宽相比；
误差高达(890us-833us)/833us=7%。
当发送到第10个停止位时，其误差高达70%，显示接收端已经无法再正确解析数据；
果断把预留的外部晶振焊上，时钟改成外部晶振，问分机愉快地与主机打上了招呼；
3)分机待机状态开锁的问题
在分机未进入通话状态时，通信小板发送开锁命令，主机就是不执行任何动作；
再细查，原来分机待机开锁的功能被禁用了。
对讲系统只保留了主机呼叫、分机摘机再开锁的功能；
不得以，只能在通信小板上实现简单的自动摘机、开锁功能；
即检测到有呼叫命令(后续增加)或者收到从服务器发送的开锁命令，则：
a. 通过YOUT_04输出高电平，禁止对讲分机发送数据，延时一段时间；
b. 往总线发送摘机命令，延时一段时间；
c. 往总线发送开锁命令，延时一段时间；
d. YOUT_04输出低电平，允许对讲分机发送数据；
4)模拟按键操作的问题
在整个调试过程中，也有想法模拟按键操作，
如果是机械按键，可以接线从摘机和开锁按键焊出线来控制；
无奈对讲分机是触摸按键，而且触摸按键由另一块小板上的专用芯片检测；
如果要模拟按键操作，则需要实现专用芯片的协议，还需要不影响原来按键操作；
相关麻烦，只能暂时选放弃；
程序灌溉分机已经有了完整的程序，因此只需要在原来LoRA通信以及RS485通信的基本上增加一个简单的状态机；

1. if(bTimer100ms){
   
2.                  if(unlocktimer > 0){
   
3.                                 unlocktimer --;
   
4.                  }
   
5.         }
   
6.         if(unlockstate == 1){
   
7.                 fnMB_Init();
   
8.                 uartbuff[0] = 0x7f;
   
9.                 uartbuff[1] = 0x06;
   
10.                 uartbuff[2] = 0x0A;
    
11.                 uartbuff[3] = 0x04;
    
12.                 uartbuff[4] = 0x00;
    
13.                 uartbuff[5] = 0x00;
    
14.                 uartbuff[6] = 0x15;
    
15.                 uartbuff[7] = 0x23;
    
16.                 RS485_Send(0, uartbuff, 8, FALSE);
    
17.                 unlocktimer = 20;
    
18.                 unlockstate = 2;
    
19.         }
    
20.         else if(unlockstate == 2){
    
21.                 if(0 == unlocktimer){
    
22.                         unlockstate = 3;
    
23.                 }
    
24.         }else if(unlockstate == 3){
    
25.                
    
26.                 uartbuff[0] = 0x7f;
    
27.                 uartbuff[1] = 0x06;
    
28.                 uartbuff[2] = 0x22;
    
29.                 uartbuff[3] = 0x04;
    
30.                 uartbuff[4] = 0x00;
    
31.                 uartbuff[5] = 0x00;
    
32.                 uartbuff[6] = 0x15;
    
33.                 uartbuff[7] = 0x3b;
    
34.                 RS485_Send(0, uartbuff, 8, FALSE);
    
35.                 unlocktimer = 15;
    
36.                 unlockstate = 4;
    
37.                
    
38.         }else{
    
39.                 if(0 == unlocktimer){
    
40.                         unlockstate = 0;
    
41.                 }
    
42.         }

通信小板