有時(shí)候我們需要檢測(cè)一些無(wú)法直接接觸的器件的溫度。為了實(shí)現(xiàn)這一需求，我們通常會(huì)選擇紅外溫度傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能?？紤]到復(fù)用的問(wèn)題，我們一般會(huì)將操作元器件的代碼抽象為驅(qū)動(dòng)函數(shù)以備調(diào)用。這里我們就來(lái)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)TSEV01CL55紅外溫度傳感器的驅(qū)動(dòng)。

1 、功能概述

TSEV01CL55是一種基于紅外輻射檢測(cè)的無(wú)接觸測(cè)溫系統(tǒng)。TSEV01CL55在前端裝有紅外傳感器(熱電堆)。

1.1 、硬件描述

TSEV01CL55適用于需要非接觸式溫度測(cè)量的廣泛應(yīng)用場(chǎng)合。TSEV01CL55紅外溫度傳感器測(cè)溫時(shí)，熱堆傳感器必須指向所要測(cè)量的目標(biāo)對(duì)象。TSEV01CL55紅外溫度傳感器的引腳定義如下：

TSEV01CL55紅外溫度傳感器測(cè)溫基本工作原理是：用熱電堆傳感器探測(cè)紅外輻射，該傳感器將入射輻射轉(zhuǎn)換成模擬電壓；用熱敏電阻測(cè)定傳感器溫度。根據(jù)測(cè)到的目標(biāo)溫度和環(huán)境溫度數(shù)據(jù)進(jìn)一步的進(jìn)行模擬信號(hào)處理和調(diào)理，使用處理單元計(jì)算環(huán)境溫度和物體溫度。

1.2 、通訊接口

TSEV01CL55紅外溫度傳感器對(duì)外通訊采用數(shù)字輸出總線(I2C)。通過(guò)I2C總線和響應(yīng)的操作命令就可以得到物體溫度和環(huán)境溫度數(shù)據(jù)。這兩個(gè)值都是以百分之一的度數(shù)傳輸?shù)摹Ｏ嚓P(guān)的操作命令如下：

TSEV01CL55紅外溫度傳感器測(cè)溫有一定的范圍限制，當(dāng)環(huán)境或物體溫度超過(guò)指定溫度范圍時(shí)，溫度輸出顯示以下數(shù)據(jù)：

TSEV01CL55紅外溫度傳感器的I2C硬件模塊在SCL“鎖存”問(wèn)題上進(jìn)行了更改。修改后的I2C模塊不再下拉SCL命令主程序等待數(shù)據(jù)的計(jì)算。因此，主設(shè)備必須增加等待時(shí)間，以確保從設(shè)備能夠組織數(shù)據(jù)。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸(比如讀取溫度)，1ms的時(shí)間足夠從設(shè)備組織數(shù)據(jù)。對(duì)于需要更多時(shí)間的操作(如讀取/寫(xiě)入EEPROM)，應(yīng)該留取足夠的時(shí)間等待從設(shè)備處理數(shù)據(jù)。

向TSEV01CL55紅外溫度傳感器寫(xiě)命令時(shí)序如下：

從TSEV01CL55紅外溫度傳感器讀數(shù)據(jù)時(shí)序如下：

上述時(shí)序圖是讀取目標(biāo)溫度的時(shí)序圖。其它數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)過(guò)程類(lèi)似，在此不再贅述。

2 、驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

我們已經(jīng)了解了TSEV01CL55紅外溫度傳感器的基本情況。接下來(lái)我們將設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)TSEV01CL55紅外溫度傳感器的通用驅(qū)動(dòng)程序。

2.1 、對(duì)象定義

在使用一個(gè)對(duì)象之前我們需要獲得一個(gè)對(duì)象。同樣的我們想要TSEV01CL55紅外溫度傳感器對(duì)象就需要先定義TSEV01CL55紅外溫度傳感器的對(duì)象。如何得到TSEV01CL55紅外溫度傳感器的對(duì)象呢？接下來(lái)我們就來(lái)考慮這個(gè)問(wèn)題。

2.1.1 、對(duì)象的抽象

我們要得到TSEV01CL55紅外溫度傳感器對(duì)象，需要先分析器基本特性。一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)對(duì)象至少包含兩方面的特性：屬性與操作。接下來(lái)我們就來(lái)從這兩個(gè)方面思考一下TSEV01CL55紅外溫度傳感器的對(duì)象。

先來(lái)考慮屬性，作為屬性肯定是用于標(biāo)識(shí)或記錄對(duì)象特征的東西。我們來(lái)考慮TSEV01CL55紅外溫度傳感器對(duì)象屬性。作為I2C通訊從設(shè)備，在總線上唯一區(qū)別不同設(shè)備的就是設(shè)備地址。所以我們將I2C設(shè)備地址作為對(duì)象的一個(gè)屬性。TSEV01CL55紅外溫度傳感器所檢測(cè)的環(huán)境溫度和目標(biāo)溫度雖然不能唯一標(biāo)識(shí)TSEV01CL55紅外溫度傳感器對(duì)象，但可以記錄當(dāng)前的狀態(tài)所以我們將其作為對(duì)象的屬性。

接著我們還需要考慮TSEV01CL55紅外溫度傳感器對(duì)象的操作問(wèn)題。對(duì)于I2C通訊設(shè)備，我們需要向設(shè)備寫(xiě)命令，同時(shí)也要從設(shè)備接收數(shù)據(jù)，但不論是接收數(shù)據(jù)還是發(fā)送命令都依賴于硬件接口和相關(guān)的硬件平臺(tái)，所以我們將寫(xiě)命令和收數(shù)據(jù)作為T(mén)SEV01CL55紅外溫度傳感器對(duì)象的兩個(gè)操作。此外，操作過(guò)程中我們需要時(shí)序操作，而延時(shí)操作都依賴于具體的平臺(tái)，所以我們將延時(shí)操作作為T(mén)SEV01CL55紅外溫度傳感器對(duì)象的一個(gè)操作。

根據(jù)上述我們對(duì)TSEV01CL55紅外溫度傳感器的分析，我們可以定義TSEV01CL55紅外溫度傳感器的對(duì)象類(lèi)型如下：

//定義TSEV01CL55紅外溫度傳感器對(duì)象類(lèi)型
typedef structHLPTObject{
  uint8_t devAddress;           //對(duì)象的地址
  float tempObject;             //對(duì)象溫度值
  float tempAmbient;            //環(huán)境溫度
  void (*Delayms)(volatile uint32_tnTime);       //延時(shí)操作指針
  void (*Receive)(struct HLPTObject *hlpt，uint8_t *rData，uint16_t rSize);          //接收數(shù)據(jù)操作指針
  void (*Transmit)(struct HLPTObject *hlpt，uint8_t *wData，uint16_t wSize);        //發(fā)送數(shù)據(jù)操作指針
}HLPTObjectType;

2.1.2 、對(duì)象初始化

我們知道，一個(gè)對(duì)象僅作聲明是不能使用的，我們需要先對(duì)其進(jìn)行初始化，所以這里我們來(lái)考慮TSEV01CL55紅外溫度傳感器對(duì)象的初始化函數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，初始化函數(shù)需要處理幾個(gè)方面的問(wèn)題。一是檢查輸入?yún)?shù)是否合理；二是為對(duì)象的屬性賦初值；三是對(duì)對(duì)象作必要的初始化配置。據(jù)此我們?cè)O(shè)計(jì)TSEV01CL55紅外溫度傳感器對(duì)象的初始化函數(shù)如下：

/* 紅外溫度傳感器對(duì)象初始化 */
void HLPTInitialization(HLPTObjectType*hlpt，         //初始化的對(duì)象變量
                        uint8_t address，             //設(shè)備I2C地址
                        HLPTReceive receive，         //接收函數(shù)指針
                        HLPTTransmit transmit，       //發(fā)送函數(shù)指針
                        HLPTDelayms delayms           //毫秒延時(shí)函數(shù)指針
                       )
{
 if((hlpt==NULL)||(receive==NULL)||(transmit==NULL)||(delayms==NULL))
 {
     return;
 }
 hlpt->Receive=receive;
 hlpt->Transmit=transmit;
 hlpt->Delayms=delayms;
      
 hlpt->tempObject=0.0;
 hlpt->tempAmbient=0.0;
 
 if(address>0x00)
 {
    hlpt->devAddress=address;
 }
 else
 {
    hlpt->devAddress=HLPTSlaveAddress;
 }
}

2.2 、對(duì)象操作

我們已經(jīng)完成了TSEV01CL55紅外溫度傳感器對(duì)象類(lèi)型的定義和對(duì)象初始化函數(shù)的設(shè)計(jì)。但我們的主要目標(biāo)是獲取對(duì)象的信息，接下來(lái)我們還要實(shí)現(xiàn)面向TSEV01CL55紅外溫度傳感器的各類(lèi)操作。

面向TSEV01CL55紅外溫度傳感器的操作比較簡(jiǎn)單，最主要的就是讀取溫度數(shù)據(jù)，包括環(huán)境溫度和目標(biāo)溫度。所以我們開(kāi)發(fā)獲取面向TSEV01CL55紅外溫度傳感器數(shù)據(jù)的操作如下：

/* 讀取數(shù)據(jù) */
static uint16_tReadDataFromHLPT(HLPTObjectType *hlpt，uint8_t cmd)
{
 uint8_t data[2];
 uint16_t tempCode;
 
 hlpt->Transmit(hlpt，cmd，1);
 
 hlpt->Delayms(1);
 
  hlpt->Receive(hlpt，data，2);
 
 tempCode=(data[0]<<8)+data[1];
 
 return tempCode;
}

3 、驅(qū)動(dòng)的使用

我們已經(jīng)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了TSEV01CL55紅外溫度傳感器的驅(qū)動(dòng)程序，接下來(lái)我們將考慮設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的應(yīng)用來(lái)驗(yàn)證這一驅(qū)動(dòng)。

3.1 、聲明并初始化對(duì)象

使用基于對(duì)象的操作我們需要先得到這個(gè)對(duì)象，所以我們先要使用前面定義的TSEV01CL55紅外溫度傳感器對(duì)象類(lèi)型聲明一個(gè)TSEV01CL55紅外溫度傳感器對(duì)象變量，具體操作格式如下：

HLPTObjectTypehlpt;

聲明了這個(gè)對(duì)象變量并不能立即使用，我們還需要使用驅(qū)動(dòng)中定義的初始化函數(shù)對(duì)這個(gè)變量進(jìn)行初始化。這個(gè)初始化函數(shù)所需要的輸入?yún)?shù)如下：

HLPTObjectType*hlpt，初始化的對(duì)象變量

uint8_t address，設(shè)備I2C地址

HLPTReceivereceive，接收函數(shù)指針

HLPTTransmittransmit，發(fā)送函數(shù)指針

HLPTDelaymsdelayms，毫秒延時(shí)函數(shù)指針

對(duì)于這些參數(shù)，對(duì)象變量我們已經(jīng)定義了。而設(shè)備地址，根據(jù)實(shí)際情況輸入就好了。主要的是我們需要定義幾個(gè)函數(shù)，并將函數(shù)指針作為參數(shù)。這幾個(gè)函數(shù)的類(lèi)型如下：

/*延時(shí)操作指針類(lèi)型*/
typedef void (*HLPTDelayms)(volatileuint32_t nTime);


/*接收數(shù)據(jù)操作指針類(lèi)型*/
typedef void (*HLPTReceive)(structHLPTObject *hlpt，uint8_t *rData，uint16_t rSize);


/*發(fā)送數(shù)據(jù)操作指針類(lèi)型*/
typedef void (*HLPTTransmit)(structHLPTObject *hlpt，uint8_t *wData，uint16_t wSize);

對(duì)于這幾個(gè)函數(shù)我們根據(jù)樣式定義就可以了，具體的操作可能與使用的硬件平臺(tái)有關(guān)系。具體函數(shù)定義如下：

/*從TSEV01CL55接收數(shù)據(jù)*/
static voidReceiveFromHLPT(HLPTObjectType *sht，uint8_t *rData，uint16_t rSize)
{
 HAL_I2C_Master_Receive(&hlpti2c， sht->devAddress，rData， rSize， 1000);
}
 
/*向TSEV01CL55傳送數(shù)據(jù)*/
static voidTransmitToHLPT(HLPTObjectType *sht，uint8_t *tData，uint16_t tSize)
{
 HAL_I2C_Master_Transmit(&hlpti2c，sht->devAddress，tData，tSize，1000);
}

對(duì)于延時(shí)函數(shù)我們可以采用各種方法實(shí)現(xiàn)。我們采用的STM32平臺(tái)和HAL庫(kù)則可以直接使用HAL_Delay()函數(shù)。于是我們可以調(diào)用初始化函數(shù)如下：

HLPTInitialization(&hlpt，0x54，ReceiveFromHLPT，TransmitToHLPT，HAL_Delay);

3.2 、基于對(duì)象進(jìn)行操作

我們定義了對(duì)象變量并使用初始化函數(shù)給其作了初始化。接著我們就來(lái)考慮操作這一對(duì)象獲取我們想要的數(shù)據(jù)。我們?cè)隍?qū)動(dòng)中已經(jīng)將獲取數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換值的比例值，接下來(lái)我們使用這一驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)我們的應(yīng)用實(shí)例。

/*讀取溫度值*/
void GetTemperatureData(void)
{
  float tempObject;
  float tempAmbient;
      
  GetHLPTemperature(&hlpt);
      
  tempObject=hlpt.tempObject;
  tempAmbient=hlpt.tempAmbient;
}

4 、應(yīng)用總結(jié)

我們實(shí)現(xiàn)了TSEV01CL55紅外溫度傳感器的驅(qū)動(dòng)，并再次基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單的驗(yàn)證應(yīng)用。我們得到了目標(biāo)溫度和環(huán)境溫度。這說(shuō)明我們的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)是成功的。

在使用驅(qū)動(dòng)時(shí)我們需要注意，與TSEV01CL55紅外溫度傳感器的I2C通訊會(huì)出現(xiàn)鎖死的情況，特別是使用硬件I2C收發(fā)器的時(shí)候。而且TSEV01CL55紅外溫度傳感器不會(huì)在數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后下拉SCL電平，所以讀取數(shù)據(jù)時(shí)，需要給以足夠的延時(shí)來(lái)保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒。

在使用TSEV01CL55紅外溫度傳感器的驅(qū)動(dòng)時(shí)還應(yīng)注意，TSEV01CL55紅外溫度傳感器有一個(gè)固定的地址0x54，在初始化時(shí)輸入此地址，若不給定這個(gè)地址就會(huì)以廣播的方式通訊。