有時候我們需要檢測一些無法直接接觸的器件的溫度。為了實現(xiàn)這一需求，我們通常會選擇紅外溫度傳感器來實現(xiàn)這一功能。考慮到復(fù)用的問題，我們一般會將操作元器件的代碼抽象為驅(qū)動函數(shù)以備調(diào)用。這里我們就來設(shè)計并實現(xiàn)TSEV01CL55紅外溫度傳感器的驅(qū)動。

1 、功能概述

TSEV01CL55是一種基于紅外輻射檢測的無接觸測溫系統(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量的廣泛應(yīng)用場合。TSEV01CL55紅外溫度傳感器測溫時，熱堆傳感器必須指向所要測量的目標(biāo)對象。TSEV01CL55紅外溫度傳感器的引腳定義如下：

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

1.2 、通訊接口

TSEV01CL55紅外溫度傳感器對外通訊采用數(shù)字輸出總線(I2C)。通過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紅外溫度傳感器測溫有一定的范圍限制，當(dāng)環(huán)境或物體溫度超過指定溫度范圍時，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)的計算。因此，主設(shè)備必須增加等待時間，以確保從設(shè)備能夠組織數(shù)據(jù)。對于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸(比如讀取溫度)，1ms的時間足夠從設(shè)備組織數(shù)據(jù)。對于需要更多時間的操作(如讀取/寫入EEPROM)，應(yīng)該留取足夠的時間等待從設(shè)備處理數(shù)據(jù)。

向TSEV01CL55紅外溫度傳感器寫命令時序如下：

從TSEV01CL55紅外溫度傳感器讀數(shù)據(jù)時序如下：

上述時序圖是讀取目標(biāo)溫度的時序圖。其它數(shù)據(jù)的讀寫過程類似，在此不再贅述。

2 、驅(qū)動設(shè)計與實現(xiàn)

我們已經(jīng)了解了TSEV01CL55紅外溫度傳感器的基本情況。接下來我們將設(shè)計并實現(xiàn)TSEV01CL55紅外溫度傳感器的通用驅(qū)動程序。

2.1 、對象定義

在使用一個對象之前我們需要獲得一個對象。同樣的我們想要TSEV01CL55紅外溫度傳感器對象就需要先定義TSEV01CL55紅外溫度傳感器的對象。如何得到TSEV01CL55紅外溫度傳感器的對象呢？接下來我們就來考慮這個問題。

2.1.1 、對象的抽象

我們要得到TSEV01CL55紅外溫度傳感器對象，需要先分析器基本特性。一般來說，一個對象至少包含兩方面的特性：屬性與操作。接下來我們就來從這兩個方面思考一下TSEV01CL55紅外溫度傳感器的對象。

先來考慮屬性，作為屬性肯定是用于標(biāo)識或記錄對象特征的東西。我們來考慮TSEV01CL55紅外溫度傳感器對象屬性。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)備地址作為對象的一個屬性。TSEV01CL55紅外溫度傳感器所檢測的環(huán)境溫度和目標(biāo)溫度雖然不能唯一標(biāo)識TSEV01CL55紅外溫度傳感器對象，但可以記錄當(dāng)前的狀態(tài)所以我們將其作為對象的屬性。

接著我們還需要考慮TSEV01CL55紅外溫度傳感器對象的操作問題。對于I2C通訊設(shè)備，我們需要向設(shè)備寫命令，同時也要從設(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，所以我們將寫命令和收數(shù)據(jù)作為TSEV01CL55紅外溫度傳感器對象的兩個操作。此外，操作過程中我們需要時序操作，而延時操作都依賴于具體的平臺，所以我們將延時操作作為TSEV01CL55紅外溫度傳感器對象的一個操作。

根據(jù)上述我們對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象類型如下：

//定義TSEV01CL55紅外溫度傳感器對象類型
typedef structHLPTObject{
  uint8_t devAddress;           //對象的地址
  float tempObject;             //對象溫度值
  float tempAmbient;            //環(huán)境溫度
  void (*Delayms)(volatile uint32_tnTime);       //延時操作指針
  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 、對象初始化

我們知道，一個對象僅作聲明是不能使用的，我們需要先對其進(jìn)行初始化，所以這里我們來考慮TSEV01CL55紅外溫度傳感器對象的初始化函數(shù)。一般來說，初始化函數(shù)需要處理幾個方面的問題。一是檢查輸入參數(shù)是否合理；二是為對象的屬性賦初值；三是對對象作必要的初始化配置。據(jù)此我們設(shè)計TSEV01CL55紅外溫度傳感器對象的初始化函數(shù)如下：

/* 紅外溫度傳感器對象初始化 */
void HLPTInitialization(HLPTObjectType*hlpt，         //初始化的對象變量
                        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 、對象操作

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

面向TSEV01CL55紅外溫度傳感器的操作比較簡單，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)動的使用

我們已經(jīng)設(shè)計并實現(xiàn)了TSEV01CL55紅外溫度傳感器的驅(qū)動程序，接下來我們將考慮設(shè)計一個簡單的應(yīng)用來驗證這一驅(qū)動。

3.1 、聲明并初始化對象

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

HLPTObjectTypehlpt;

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

HLPTObjectType*hlpt，初始化的對象變量

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，毫秒延時函數(shù)指針

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

/*延時操作指針類型*/
typedef void (*HLPTDelayms)(volatileuint32_t nTime);


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


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

對于這幾個函數(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);
}

對于延時函數(shù)我們可以采用各種方法實現(xiàn)。我們采用的STM32平臺和HAL庫則可以直接使用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 、基于對象進(jìn)行操作

我們定義了對象變量并使用初始化函數(shù)給其作了初始化。接著我們就來考慮操作這一對象獲取我們想要的數(shù)據(jù)。我們在驅(qū)動中已經(jīng)將獲取數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換值的比例值，接下來我們使用這一驅(qū)動開發(fā)我們的應(yīng)用實例。

/*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)

我們實現(xiàn)了TSEV01CL55紅外溫度傳感器的驅(qū)動，并再次基礎(chǔ)上設(shè)計了一個簡單的驗證應(yīng)用。我們得到了目標(biāo)溫度和環(huán)境溫度。這說明我們的驅(qū)動設(shè)計是成功的。

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

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