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第二十章 光环境传感器实验
上一章,我们介绍了IIC驱动XL9555,本章我们将向大家介绍如何使用IIC来驱动光环境传感器。在本章中,作者将使用MicroPython 程序来驱动AP3216C,从而检测环境光强度(ALS)、接近距离(PS)和红外线强度(IR)等环境参数。
本章分为如下几个小节:
20.1 光敏传感器简介
20.2 AP3216C C模块解析
20.3 硬件设计
20.4 程序设计
20.5 下载验证
20.1 光敏传感器简介
AP3216C是敦南科技推出的一款三合一环境传感器, 它包含了:数字环境光传感器(ALS)、接近传感器(PS)和一个红外LED(IR)。该芯片通过IIC接口和MCU连接,并支持中断(INT)输出。AP3216C的特点如下:
·IIC接口,支持高达400KHz通信速率
·支持多种工作模式(ALS、PS+IR、ALS+PS+IR等)
·内置温度补偿电路
·工作温度支持-30~80℃
·环境光传感器具有16位分辨率
·接近传感器具有10位分辨率
·红外传感器具有10位分辨率
·超小封装(4.1*2.4*1.35mm)
因为以上一些特性,AP3216C被广泛应用于智能手机上面,用来检测光强度(自动背光控制),和接近开关控制(听筒靠近耳朵,手机自动灭屏功能)。AP3216C的框图如下图所示。
图20.1.1 AP3216C框图
1,引脚说明
AP3216C的引脚说明如下表所示。
表20.1.1 AP3216C引脚说明
AP3216C和我们的MCU只需要连接SCL、SDA和INT,就可以实现驱动。其SCL和SDA同24C02共用,连接在IO41和IO42上,INT脚连接在XL9555的P0_0上,见图14.2.1。关于IIC协议的介绍,请参考IO扩展实验。
2,写寄存器
AP3216C的写寄存器时序如下图所示。
图20.1.2 AP3216C写寄存器时序
图中,先发送AP3216C的地址(7位,0X1E,左移一位后为:0X3C),最低位W=0表示写数据,随后发送8位寄存器地址,最后发送8位寄存器值。其中:S,表示IIC起始信号;W,表示读/写标志位(W=0表示写,W=1表示读);A,表示应答信号;P,表示IIC停止信号。
3,读寄存器
AP3216C的读寄存器时序如下图所示。
图20.1.3 AP3216C读寄存器时序
图中,同样是先发送7位地址+写操作,然后再发送寄存器地址,随后,重新发送起始信号(Sr),再次发送7位地址+读操作,然后读取寄存器值。其中:Sr,表示重新发送IIC起始信号;N,表示不对AP3216C进行应答;其他简写同上。
4,寄存器描述
AP3216C有一些列寄存器,由这些寄存器来控制AP3216C的工作模式,以及中断配置和数据输出等。这里我们仅介绍我们在本章需要用到的一些寄存器,其他寄存器的描述和说明,请大家参考AP3216C的数据手册。
本章需要用到AP3216C的寄存器如下表所示。
表20.1.2 AP3216C相关寄存器及其说明
上表中,0X00是一个系统模式控制寄存器,主要在初始化的时候配置,初始化的时候,我们先设置其值为100,实行一次软复位,随后设置其值为011,开启ALS+PS+IR检测功能。
剩下的6个寄存器,为数据寄存器,输出AP3216C内部三个传感器所检测到的数据(ADC值),描述如表所示,这里需要注意的是:读取间隔至少要大于112.5ms,因为,AP3216C内部完成一次ALS+PS+IR的数据转换,需要112.5ms的时间。
AP3216C的简介,我们就介绍到这里,关于该芯片的详细说明,请大家参考其数据手册。
20.2 AP3216C C模块解析
20.2.1 C模块解析
作者将简要介绍正点原子AP3216C C模块驱动。这个讲解内容会分为几个部分:AP3216C构造函数、读写数据。AP3216C C模块驱动可在A盘6,软件资料1,软件2,MicroPython开发工具01-Windows2,正点原子MicroPython驱动CModules_LibIIC路径下找到。
1,AP3216C构造函数
- mp_obj_t ap3216c_make_new(const mp_obj_type_t *type,size_t n_args,
- size_t n_kw,const mp_obj_t *all_args )
- {
- /* 创建对象的参数 */
- enum
- {
- ARG_iic,
- };
- static const mp_arg_t allowed_args[] = {
- { MP_QSTR_iic, MP_ARG_OBJ | MP_ARG_REQUIRED, {.u_obj = MP_OBJ_NULL} },
- };
- mp_arg_val_t args[MP_ARRAY_SIZE(allowed_args)];
- mp_arg_parse_all_kw_array(n_args, n_kw, all_args,
- MP_ARRAY_SIZE(allowed_args), allowed_args, args);
- /* 创建对象 */
- ap3216c_self = m_new_obj(ap3216c_obj_t);
- ap3216c_self->base.type = &ap3216c_type;
- /* 设置对象参数 */
- mp_obj_base_t *ap3216c_obj = (mp_obj_base_t*)
- MP_OBJ_TO_PTR(args[ARG_iic].u_obj);
- if (ap3216c_obj == MP_OBJ_NULL)
- {
- mp_raise_ValueError(MP_ERROR_TEXT("I2C init ???"));
- }
- ap3216c_self->iic_obj = ap3216c_obj;
- /* 初始化ap3216c */
- ap3216c_init();
-
- return MP_OBJ_FROM_PTR(ap3216c_self);
- }
复制代码 从这里可以发现,ap3216c的构造函数与xl9555、AT24Cxx的构造函数类似,它们都需要传入IIC控制块,然后调用ap3216c_init函数来初始化光环境传感器。以下是该初始化代码的示例:
- /**
- * @brief 初始化AP3216C
- * @param 无
- * @retval 0, 成功;
- 1, 失败;
- */
- uint8_t ap3216c_comfig(void)
- {
- uint8_t temp;
- esp_err_t err;
- int retry = 3;
-
- ap3216c_write_one_byte(0x00, 0X04); /* 复位AP3216C */
- mp_hal_delay_ms(50); /* AP33216C复位至少10ms */
- ap3216c_write_one_byte(0x00, 0X03); /* 开启ALS、PS+IR */
- ap3216c_read_one_byte(&temp,0X00); /* 读取刚刚写进去的0X03 */
- if (temp == 0X03)
- {
- ESP_LOGI("AP3216C", "AP3216C success!!!");
- return 0; /* AP3216C正常 */
- }
- else
- {
- ESP_LOGE("AP3216C", "AP3216C fail!!!");
- return 1; /* AP3216C失败 */
- }
- }
- /**
- * @brief ap3216c初始化
- * @param 无
- * @retval 无
- */
- void ap3216c_init(void)
- {
- while (ap3216c_comfig()) /* 检测不到AP3216C */
- {
- ESP_LOGE("ap3216c", "ap3216c init fail!!!");
- mp_hal_delay_ms(500);
- }
- }
复制代码 我们可以看到,init函数中调用了ap3216c_comfig函数,用于初始化和配置AP3216C光环境传感器模块。在ap3216c_comfig函数中,我们首先复位AP3216C器件,接着,开启ALS、PS和IR检测功能,最后,判断是否写入成功。如果是0x03,则设备通信成功;否则,通信失败。
2,向ap3216c写入16位IO值
根据20.1章节的写时序为基准,编写ap3216c光环境传感器写时序代码,如下所示:
- /**
- * @brief 向ap3216c写入16位IO值
- * @param data:要写入的数据
- * @retval ESP_OK:读取成功;其他:读取失败
- */
- static esp_err_t ap3216c_write_one_byte(uint8_t reg,uint8_t data)
- {
- int data_len = 0;
- mp_obj_base_t *self = (mp_obj_base_t *)MP_OBJ_TO_PTR(ap3216c_self->iic_obj);
- mp_machine_i2c_p_t *i2c_p = (mp_machine_i2c_p_t *)
- MP_OBJ_TYPE_GET_SLOT(self->type, protocol);
- mp_machine_i2c_buf_t bufs[2] = {
- {.len = 1, .buf = ®},
- {.len = 1, .buf = &data},
- };
- data_len=i2c_p->transfer(self, AP3216C_ADDR,2,
- bufs,MP_MACHINE_I2C_FLAG_STOP);
-
- if (data_len != 0)
- {
- return ESP_OK;
- }
- else
- {
- return ESP_FAIL;
- }
- }
复制代码 在上述源代码中,作者根据传入的IIC控制块,调用了IIC收发函数来发送AP3216C的命令和数据。发送完成后,函数返回了ESP_OK状态。
3,读取ap3216c的16位IO值
根据20.1章节的读时序为基准,编写ap3216c光环境传感器读时序代码,如下所示:
- /**
- * @brief 读取ap3216c的16位IO值
- * @param data:存储区
- * @param reg :寄存器
- * @retval ESP_OK:读取成功;其他:读取失败
- */
- static esp_err_t ap3216c_read_one_byte(uint8_t* data,uint8_t reg)
- {
- int data_len = 0;
- mp_obj_base_t *self = (mp_obj_base_t *)MP_OBJ_TO_PTR(ap3216c_self->iic_obj);
- mp_machine_i2c_p_t *i2c_p = (mp_machine_i2c_p_t *)
- MP_OBJ_TYPE_GET_SLOT(self->type, protocol);
- mp_machine_i2c_buf_t bufs[2] = {
- {.len = 1, .buf = ®},
- {.len = 1, .buf = data},
- };
- data_len = i2c_p->transfer(self, AP3216C_ADDR, 2, bufs,
- MP_MACHINE_I2C_FLAG_WRITE1
- | MP_MACHINE_I2C_FLAG_READ
- | MP_MACHINE_I2C_FLAG_STOP);
-
- if (data_len != 0)
- {
- return ESP_OK;
- }
- else
- {
- return ESP_FAIL;
- }
- }
复制代码 同样地,AP3216C的读时序也是利用IIC收发函数来实现的。写时序和读时序的唯一区别在于最后的flag标志位不同,从而导致发送流程有所不同。如果读者想了解i2c_p->transfer函数的收发流程,可以在MicroPython源代码中找到machine_i2c.c文件(位于micropython\ports\esp32路径下)。
20.2.2 C模块构造与类的方法
1,atk_ap3216类的构造方法
ap3216的构造对象方法如下:
- class atk_ap3216.init(iic)
- 使用示例:
- i2c0 = I2C(0, scl = Pin(42), sda = Pin(41), freq = 400000)
- ap3216 = atk_ap3216.init(i2c0)
复制代码 该构造方法的参数描述,如下表所示。
表20.2.2.1 atk_ap3216.init构造方法参数描述
返回值: ap3216c对象。
2,ap3216类的方法
①:向ap3216设备读数据。
其方法原型如下:
返回值:环境光强度(ALS)、接近距离(PS)和红外线强度(IR)数据。
20.3 硬件设计
1. 例程功能
本章实验功能简介:开机的时候先检测AP3216C是否存在,如检测不到AP3216C,则在SPILCD屏幕上面显示报错信息。如果检测到AP3216C,则显示正常,并在主循环里面,循环读取ALS+PS+IR的传感器数据,并显示在SPILCD屏幕上面。同时,LED闪烁,提示程序正在运行。
2. 硬件资源
1)XL9555
IIC_INT-IO0(需在P5连接IO0)
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)AP3216C
IIC_SDA-IO41
IIC_SCL-IO42
AP_INT-IO0_0(XL9555)
3. 原理图
AP3216C硬件部分的原理图,如下图所示。
图20.3.1 IIC连接原理
20.4 程序设计
20.4.1 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20.4.1.1 程序流程图
20.4.2 程序解析
本书籍的代码都在main.py脚本下编写的,读者可在光盘资料下找到对应的源码。光环境传感器实验main.py源码如下:
- from machine import Pin,SPI,I2C
- import atk_xl9555 as io_ex
- import atk_lcd as lcd
- import atk_ap3216 as ap3216c
- import time
- """
- * @brief 程序入口
- * @param 无
- * @retval 无
- """
- if __name__ == '__main__':
-
- # 初始化LED并输出高电平
- led = Pin(1,Pin.OUT,value = 1)
- # IIC初始化
- i2c0 = I2C(0, scl = Pin(42), sda = Pin(41), freq = 400000)
- # 初始化XL9555
- xl9555 = io_ex.init(i2c0)
-
- # 复位LCD
- xl9555.write_bit(io_ex.SLCD_RST,0)
- time.sleep_ms(100)
- xl9555.write_bit(io_ex.SLCD_RST,1)
- time.sleep_ms(100)
- # 初始化SPI
- spi = SPI(2,baudrate = 80000000, sck = Pin(12), mosi=Pin(11), miso=Pin(13))
- # 初始化LCD,lcd = 0为正点原子2.4寸屏幕;lcd = 1为正点原子1.3寸SPILCD屏幕;
- display = lcd.init(spi,dc = Pin(40,Pin.OUT),cs=Pin(21, Pin.OUT),dir=1,lcd=0)
- # 开启背光
- xl9555.write_bit(io_ex.SLCD_PWR,1)
- time.sleep_ms(100)
- # 显示实验信息
- display.string(30, 50, 240, 16, 16, "ESP32-S3",lcd.RED)
- display.string(30, 70, 200, 16, 16, "AP3216C TEST", lcd.RED)
- display.string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", lcd.RED)
- display.string(30, 110, 200, 16, 16, "ir:", lcd.RED)
- display.string(30, 130, 200, 16, 16, "ps:", lcd.RED)
- display.string(30, 150, 200, 16, 16, "als:", lcd.RED)
- # 初始化AP1632C
- ap3216 = ap3216c.init(i2c0)
- while True:
- # 获取数据
- data = tuple(ap3216.ap3216c_read())
- # 对数据进行换算
- ir = (data[1] << 8) | data[0]
- ps = (data[3] << 8) | data[2]
- als = (data[5] << 8) | data[4]
- # 延时换算结果
- display.num(110, 110,int(ir),5,16,lcd.BLUE)
- display.num(110, 130,int(ps),5,16,lcd.BLUE)
- display.num(110, 150,int(als),5,16,lcd.BLUE)
- led_state = led.value()
- led.value(not led_state)
- time.sleep_ms(500) # 延时500ms
复制代码 这示例代码首先初始化了LED灯并使其输出高电平,然后初始化了I2C总线设备,并使用I2C总线初始化了一个XL9555芯片。接着,通过这个芯片来复位LCD显示屏,并使用SPI总线设备初始化了一个LCD显示屏。然后开启LCD显示屏的背光,并在显示屏上显示一些信息。然后,代码初始化了AP3216C传感器,进入一个无限循环,在循环中不断从AP3216C传感器读取环境光强度(ALS)、接近距离(PS)和红外线强度(IR)数据,将数据进行换算,然后将换算结果显示在LCD显示屏上。同时,还会切换LED灯的状态。最后,代码延时500毫秒。
20.5 下载验证
将程序下载到开发板后,可以看到LED不停的闪烁,提示程序已经在运行了。LCD显示的内容如下图所示:
图20.5.1 光环境传感器实验测试图
我们可以用手遮挡/靠近AP3216C传感器,可以看到三个传感器的数据变化,说明我们的代码是工作正常的。 |
阿莫论坛20周年了!感谢大家的支持与爱护!!
曾经有一段真挚的爱情摆在我的面前,我没有珍惜,现在想起来,还好我没有珍惜……
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