《DNESP32S3使用指南-IDF版_V1.6》第二十八章 内部温度传感器实验

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第二十八章 内部温度传感器实验

       本章，我们将介绍ESP32-S3的内部温度传感器并使用它来读取温度值，然后在LCD模块上显示出来。本章分为如下几个小节：
       28.1 IIC简介
       28.2 硬件设计
       28.3 程序设计
       28.4 下载验证

       28.1 内部温度传感器简介
       温度传感器生成一个随温度变化的电压。内部ADC将传感器电压转化为一个数字量。温度传感器的测量范围为–20 °C 到110 °C。温度传感器适用于监测芯片内部温度的变化，该温度值会随着微控制器时钟频率或IO负载的变化而变化。一般来讲，芯片内部温度会高于外部温度。ESP32-S3温度传感器相关内容，请看《esp32-s3_technical_reference_manual_cn.pdf》技术手册39.4章节。
       温度传感器的输出值需要使用转换公式转换成实际的温度值 (°C)。转换公式如下：

T(°C) = 0.4386 * VALUE –27.88 * offset –20.52

       其中 VALUE 即温度传感器的输出值，offset 由温度偏移决定。温度传感器在不同的实际使用环境（测量温度范围）下，温度偏移不同，见下表所示。

表28.1.1 温度传感器的温度偏移

       28.2 硬件设计

       28.2.1 例程功能
       本章实验功能简介：通过ADC的通道读取ESP32-S3内部温度传感器的电压值，并将其转换为温度值，显示在SPILCD屏上。

       28.2.2 硬件资源
       1. XL9555
              IIC_SDA-IO41
              IIC_SCL-IO42

       2. SPILCD
              CS-IO21
              SCK-IO12
              SDA-IO11
              DC-IO40（在P5端口，使用跳线帽将IO_SET和LCD_DC相连）
              PWR- IO1_3（XL9555）
              RST- IO1_2（XL9555）

       3. 内部温度传感器

       28.2.3 原理图
       本章实验使用的ADC为ESP32-S3的片上资源，因此并没有相应的连接原理图。

       28.3 程序设计

       28.3.1 程序流程图
       程序流程图能帮助我们更好的理解一个工程的功能和实现的过程，对学习和设计工程有很好的主导作用。下面看看本实验的程序流程图：

图28.3.1.1 温度传感器实验程序流程图

       28.3.2 内部温度传感器函数解析
       ESP-IDF提供了一套API来配置温度传感器。要使用此功能，需要导入必要的头文件：

1. #include "driver/temperature_sensor.h"

复制代码

       接下来，作者将介绍一些常用的ESP32-S3中的温度传感器函数，这些函数的描述及其作用如下：

       1，设置测试温度的最大与最小值
       该函数用于配置测试温度的大小范围，其函数原型如下：

1. esp_err_t temperature_sensor_install(const temperature_sensor_config_t                                                                                                        *tsens_config,
   
2.                                                                                         temperature_sensor_handle_t                                                                                                         *ret_tsens);

复制代码

       该函数的形参描述，如下表所示：

表28.3.2.1 函数temperature_sensor_install()形参描述

       该函数的返回值描述，如下表所示：

表28.3.2.2 函数temperature_sensor_install()返回值描述

       该函数使用temperature_sensor_config_t类型的结构体变量传入，该结构体的定义如下：

表28.3.2.3 temperature_sensor_config_t结构体参数值描述

       完成上述结构体参数配置之后，可以将结构传递给 temperature_sensor_install () 函数，用以实例化温度传感器。

       2，使能温度传感器
       该函数用于使能温度传感器，其函数原型如下：

1. esp_err_t temperature_sensor_enable(temperature_sensor_handle_t tsens);

复制代码

       该函数的形参描述，如下表所示：

表28.3.2.3 函数temperature_sensor_enable ()形参描述

       该函数的返回值描述，如下表所示：

表28.3.2.4 函数temperature_sensor_enable ()返回值描述

       3，获取传输的传感器数据
       该函数用于获取传输的传感器数据，其函数原型如下：

1. esp_err_t temperature_sensor_get_celsius(temperature_sensor_handle_t tsens,                                                                                           float *out_celsius);

复制代码

       该函数的形参描述，如下表所示：

表28.3.2.5 函数temperature_sensor_get_celsius ()形参描述

       该函数的返回值描述，如下表所示：

表28.3.2.6 函数temperature_sensor_get_celsius ()返回值描述

       4，失能温度传感器
       该函数用于获取传输的传感器数据，其函数原型如下：

1. esp_err_t temperature_sensor_disable(temperature_sensor_handle_t tsens);

复制代码

       该函数的形参描述，如下表所示：

表28.3.2.7 函数temperature_sensor_disable ()形参描述

       该函数的返回值描述，如下表所示：

表28.3.2.8 函数temperature_sensor_disable ()返回值描述

       28.3.3 内部温度传感器驱动解析
       在IDF版18_internal_Temperature例程中，作者在18_internal_Temperature\components\BSP路径下新增了一个SENSOR文件夹，分别用于存放sensor.c、sensor.h这两个文件。其中，sensor.h文件负责声明温度传感器相关的函数和变量，而sensor.c文件则实现了温度传感器的驱动代码。下面，我们将详细解析这两个文件的实现内容。

       1，sensor.h文件

1. /* 参数定义 */
   
2. #define SENSOR_RANGE_MIN    20      /* 要测试温度的最小值 */
   
3. #define SENSOR_RANGE_MAX    50      /* 要测试温度的最大值 */

复制代码

       2，sensor.c文件
       在上述sensor.h文件中我们通过宏定义的方式定义了待测试温度的最大与最小值，该值在不超过理论值的基础上，开发者可以自行定义。

1. esp_err_t rev_flag;
   
2. temperature_sensor_handle_t temp_handle = NULL; /* 温度传感器句柄 */
   
3. 
   
4. /**
   
5. * @brief       初始化内部温度传感器
   
6. * @param       无
   
7. * @retval      无
   
8. */
   
9. void temperature_sensor_init(void)
   
10. {
    
11.     temperature_sensor_config_t temp_sensor;
    
12.    
    
13.     temp_sensor.range_min = SENSOR_RANGE_MIN;   /* 要测试温度的最小值 */
    
14.     temp_sensor.range_max = SENSOR_RANGE_MAX;   /* 要测试温度的最大值 */
    
15. 
    
16.     rev_flag |= temperature_sensor_install(&temp_sensor, &temp_handle);
    
17.     ESP_ERROR_CHECK(rev_flag);
    
18. }
    
19. 
    
20. /**
    
21. * @brief       获取内部温度传感器温度值
    
22. * @param       无
    
23. * @retval      返回内部温度值
    
24. */
    
25. short sensor_get_temperature(void)
    
26. {
    
27.     float temp;
    
28. 
    
29.     /* 启用温度传感器 */
    
30.     rev_flag |= temperature_sensor_enable(temp_handle);
    
31. 
    
32.     /* 获取传输的传感器数据 */
    
33.     rev_flag |= temperature_sensor_get_celsius(temp_handle, &temp);
    
34. 
    
35.     /* 温度传感器使用完毕后，禁用温度传感器，节约功耗 */
    
36.     rev_flag |= temperature_sensor_disable(temp_handle);
    
37.     ESP_ERROR_CHECK(rev_flag);
    
38. 
    
39. return temp;
    
40. }

复制代码

       初始化内部温度传感器后，再将温度传感器使能以获取传感器数据，最终以返回值的形式将数据返回到数据处理的函数。

       28.3.4 CMakeLists.txt文件
       打开本实验BSP下的CMakeLists.txt文件，其内容如下所示：

1. set(src_dirs
   
2.             IIC
   
3.             LCD
   
4.             LED
   
5.             SENSOR
   
6.             SPI
   
7.             XL9555)
   
8. 
   
9. set(include_dirs
   
10.             IIC
    
11.             LCD
    
12.             LED
    
13.             SENSOR
    
14.             SPI
    
15.             XL9555)
    
16. 
    
17. set(requires
    
18.             driver)
    
19. 
    
20. idf_component_register(SRC_DIRS ${src_dirs}
    
21. INCLUDE_DIRS ${include_dirs} REQUIRES ${requires})
    
22. 
    
23. component_compile_options(-ffast-math -O3 -Wno-error=format=-Wno-format)

复制代码

       上述的红色SENSOR驱动需要由开发者自行添加，以确保温度传感器驱动能够顺利集成到构建系统中。这一步骤是必不可少的，它确保了温度传感器驱动的正确性和可用性，为后续的开发工作提供了坚实的基础。

       28.3.5 实验应用代码
       打开main/main.c文件，该文件定义了工程入口函数，名为app_main。该函数代码如下。

1. i2c_obj_t i2c0_master;
   
2. 
   
3. /**
   
4. * @brief       程序入口
   
5. * @param       无
   
6. * @retval      无
   
7. */
   
8. void app_main(void)
   
9. {
   
10.     int16_t temp;
    
11.     esp_err_t ret;
    
12. 
    
13.     /* 初始化NVS */
    
14.     ret = nvs_flash_init();
    
15. 
    
16.     if (ret == ESP_ERR_NVS_NO_FREE_PAGES ||ret == ESP_ERR_NVS_NEW_VERSION_FOUND)
    
17.     {
    
18.         ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_erase());
    
19.         ret = nvs_flash_init();
    
20.     }
    
21. 
    
22.     /* 初始化LED */
    
23.     led_init();
    
24.    
    
25.     /* 初始化IIC0 */
    
26.     i2c0_master = iic_init(I2C_NUM_0);
    
27.    
    
28.     /* 初始化SPI2 */
    
29.     spi2_init();
    
30.    
    
31.     /* 初始化XL9555 */
    
32.     xl9555_init(i2c0_master);
    
33.    
    
34.     /* 初始化LCD */
    
35.     lcd_init();
    
36.    
    
37.     /* 初始化内部温度传感器 */
    
38.     temperature_sensor_init();                                                  
    
39.    
    
40.     lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "ESP32", RED);
    
41.     lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "Temperature TEST", RED);
    
42.     lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
    
43.     lcd_show_string(30, 120, 200, 16, 16, "TEMPERATE: 00.00C", BLUE);
    
44. 
    
45.     while(1)
    
46.     {
    
47.         /* 得到温度值 */
    
48.         temp = sensor_get_temperature();
    
49. 
    
50.         if (temp < 0)
    
51.         {
    
52.             temp = -temp;
    
53.             
    
54.             /* 显示符号 */
    
55.             lcd_show_string(30 + 10 * 8, 120, 16, 16, 16, "-", BLUE);
    
56.         }
    
57.         else
    
58.         {
    
59.             /* 无符号 */
    
60.             lcd_show_string(30 + 10 * 8, 120, 16, 16, 16, " ", BLUE);
    
61.         }
    
62.         
    
63.         /* 显示整数部分 */
    
64.         lcd_show_xnum(30 + 11 * 8, 120, temp, 2, 16, 0, BLUE);
    
65.         
    
66.         /* 显示小数部分 */
    
67.         lcd_show_xnum(30 + 14 * 8, 120, temp * 100 % 100, 2, 16, 0x80, BLUE);
    
68.         
    
69.         /* LED闪烁,提示程序运行 */
    
70.         LED_TOGGLE();
    
71.         vTaskDelay(250);
    
72.     }
    
73. }

复制代码

       main函数代码比较简单，主要是通过sensor_get_temperature()函数读取ESP32-S3内部温度值，最后在SPILCD上显示。

       28.4 下载验证
       将程序下载到开发板后，LCD显示的内容如下图所示：

图28.5.1 内部温度传感器实验测试图

       大家可以看看你的温度值与实际是否相符合（因为芯片会发热，所以一般会比实际温度偏高）？