中斷讀取溫度數(shù)值
[導(dǎo)讀]?簡介：由于使用MicroPython，如果使用指令查詢方式讀取AM2302的數(shù)據(jù)，無法控制到非常精確讀取時間信息。利用ESP32MicroPython中的IO中斷，獲取AM2302的上升沿時間，利用ticks_cpu()對于上升沿進(jìn)行標(biāo)定。然后在通過比較兩個上升沿時間的差異，獲...
?簡 介： 由于使用MicroPython，如果使用指令查詢方式讀取AM2302的數(shù)據(jù)，無法控制到非常精確讀取時間信息。利用ESP32 MicroPython中的IO中斷，獲取AM2302的上升沿時間，利用ticks_cpu() 對于上升沿進(jìn)行標(biāo)定。然后在通過比較兩個上升沿時間的差異，獲取輸出0,1數(shù)據(jù)。
通過數(shù)據(jù)驗證測試，可以驗證這種方式可以比較方便完成AM2302的讀取。
「關(guān)鍵詞」：「AM2302」，「ESP32」，「MicroPython」?
01 溫濕度傳感器
一、AM2302
「AM2302」[1] 是一款具有單總線接口的溫濕度傳感器。接口協(xié)議與 「1-Wire」[2] 有區(qū)別。由于該款傳感器比較簡潔，它只發(fā)送轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。因此輸出數(shù)據(jù)格式比較簡單。
1、總線協(xié)議
(1) 硬件連接關(guān)系
其中上拉電阻，在傳輸線的距離小于20米時選擇 5k Ω；大于20米需要根據(jù)實際情況選擇合適的上拉電阻。
▲ 圖1.1.1 傳感器與MCU之間的連接關(guān)系
(2) 總線數(shù)據(jù)格式
▲ 圖1.1.2 總線數(shù)據(jù)格式
(3) 數(shù)據(jù)交互過程
主機通過發(fā)送一次開始信號（超過 500us低電平），從機AM2302變開始發(fā)送轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)了。
▲ 圖1.1.3.1 數(shù)據(jù)發(fā)送格式總線空閑的時候為高電平，一次數(shù)據(jù)傳輸通訊是由主機（MCU）拉低總線 1 10ms 之后釋放總線，延時 20 40us之后，主機便開始檢測從機（AM2302）的輸出響應(yīng)信號。
從機開始應(yīng)答開始部分，發(fā)送出一個80us低電平。
▲ 圖1.1.3.2 從機開始應(yīng)答開始部分，發(fā)送出一個80us低電平下面給出了 DHT發(fā)送數(shù)字1， 0 的波形。
▲ 圖1.1.3.3 發(fā)送數(shù)字信號1的波形▲ 圖1.1.3.4 發(fā)送數(shù)字0的波形
二、讀取方法
1、使用STM32查詢方法
由于單片機STM32運行速度比較快，因此可以通過軟件延時的方式來獲得AM2302的輸出波數(shù)據(jù)。
2、使用端口中斷
也可以利用單片機的端口中斷完成對于總線波形時刻的記錄，然后在通過對于中斷后時刻判斷輸出的數(shù)據(jù)位。
02 MicroPython讀取
如果在MicroPython環(huán)境下，MicroPython執(zhí)行比較緩慢，因此采用查詢方式獲得數(shù)據(jù)會存在困難。而直接使用 「ESP32 MicroPython 1-Wire」[3] 協(xié)議讀取AM2302會存在錯誤。這在 「ESP32 One-Wire驅(qū)動功能」[4] 測試中也反映直接使用ESP32 MicroPython 的1-wire 驅(qū)動讀取AM2302存在錯誤。
一、中斷讀取AM2302數(shù)據(jù)
1、基本原理
在 「微型角度編碼器 ：KYTB-1503-1024」[5] 測試了 ESP32 MicroPython 的端口相應(yīng)外部脈沖中斷的能力。可以看到ESP32最大的脈沖響應(yīng)速率為26kHz。比起AM2302的單個數(shù)據(jù)輸出周期小，因此可以借助ESP32 MicroPython 端口中斷讀取定時器的時間來記錄 AM2302輸出脈沖的寬窄內(nèi)容。
2、實驗配置
使用 「ESP32-S模塊轉(zhuǎn)接板設(shè)計與實現(xiàn)」[6] 模塊的輸出 GPIO2作為觸發(fā)AM2302總線的端口。
(1) 測試硬件平臺
▲ 圖2.1.1 測試平臺
(2) 測試代碼
(3) 測試波形
測量對應(yīng)的波形如下圖所示。由于ESP32輸出高平，使得AM2302相應(yīng)信號變成了高電平。因此，需要將ESP32設(shè)置成高阻形式來讀取AM2320響應(yīng)數(shù)據(jù)。
▲ 圖2.1.2 測量IO波形將ESP32的GPIO的模式修改成 OPEN_DRAIN，重新讀取總線數(shù)據(jù)波形。
▲ 圖2.1.3 將輸出模式改成 OPEN_DRAIN 之后得到的波形▲ 圖2.1.4 展開IO數(shù)據(jù)波形
3、記錄時間
使用ESP32的 time.tick_us(), time_tick_cpu() 獲得ESP32的高分辨率的時鐘數(shù)據(jù)。
(1) 測試代碼
4、數(shù)據(jù)分析
(1) 時間取值
▲ 圖2.1.4.1 讀取的時間遞增波形
(2) 時間差值
▲ 圖2.1.4.2 讀取的時間遞增波形
(3) 譯碼0-1
▲ 圖2.1.4.3 時間譯碼01 波形
(4) 確定起始數(shù)據(jù)位
從前慢讀取的數(shù)據(jù)來看，其中存在的脈沖個數(shù)為66，大約應(yīng)該具有的40bit的數(shù)據(jù)，這說明其中存在一些無需要的 0。
需要根據(jù)校驗和，來確定起始的位數(shù)。
下面校驗了從beginid cs 0 變化到9，可以看到從0,1,2,3 都可以完成校驗。
最后在根據(jù)輸出的數(shù)字合理的數(shù)值范圍，可以驗證等beginid=2時，對應(yīng)的數(shù)字帥帥正常的數(shù)值范圍。
▲ 圖2.1.4.4 分析數(shù)據(jù)位起始位置
二、連續(xù)讀取數(shù)據(jù)
1、完整的ESP32程序
2、讀取數(shù)據(jù)曲線
在下面數(shù)據(jù)中，首先使用手拿起AM2302傳感器，然后通過往其中吹氣增加其中的濕度以及溫度。可以看到這個參量發(fā)生著改變。
▲ 圖2.2.1 連續(xù)讀取的數(shù)值
※ 實驗結(jié)論 ※
雖然ESP32 的MicroPython環(huán)境具有1-wire驅(qū)動協(xié)議，但對于 AM2302的單線輸出數(shù)據(jù)波形，直接使用ESP32并不能夠讀取AM2302的數(shù)據(jù)。
由于使用MicroPython，如果使用指令查詢方式讀取AM2302的數(shù)據(jù)，無法控制到非常精確讀取時間信息。利用ESP32 MicroPython中的IO中斷，獲取AM2302的上升沿時間，利用ticks_cpu() 對于上升沿進(jìn)行標(biāo)定。然后在通過比較兩個上升沿時間的差異，獲取輸出0,1數(shù)據(jù)。
通過數(shù)據(jù)驗證測試，可以驗證這種方式可以比較方便完成AM2302的讀取。
下載文檔
