基于PXA310平臺(tái)的溫濕度傳感器設(shè)計(jì)
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4.1 溫濕度傳感器測試環(huán)境
在實(shí)驗(yàn)室常溫下，測試程序多次調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序中讀溫濕度的函數(shù)接口獲得測試數(shù)據(jù)，來驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確和可靠。并考慮實(shí)驗(yàn)室內(nèi)常溫下，相對(duì)濕度與溫度具有非線性關(guān)系，計(jì)算濕度值時(shí)需要考慮溫度的補(bǔ)償關(guān)系，其關(guān)系如圖3 所示。
▲圖3 SORH 轉(zhuǎn)換到相對(duì)濕度
為補(bǔ)償濕度傳感器的非線性以獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，并考慮實(shí)際溫度與測試參考溫度(25℃)不同，使用如下公式修正讀數(shù)。
RHlinear 是溫度修正系數(shù)，RHtrue 是相對(duì)濕度，SORH是傳感器返回的濕度值。進(jìn)行12bit 濕度檢測時(shí)，參數(shù)取值如下表所示。
▲表1 濕度轉(zhuǎn)換系數(shù)與溫度補(bǔ)償系數(shù)
由于能隙材料研發(fā)的溫度傳感器具有極好線性，14bit 溫度值參考如下公式。Temperature = d1+d2 x SOT
溫度轉(zhuǎn)換系數(shù)取值如下表所示，SOT 是傳感器返回的溫度值。
▲表2 溫度轉(zhuǎn)換系數(shù)
利用上述溫濕度轉(zhuǎn)換公式和系數(shù)可以得出溫濕度測量值。4.2 溫濕度傳感器測試途徑與效率驗(yàn)證
在測試程序中，考慮上述測量環(huán)境下溫濕度之間的非線性，調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序的sht10_read 函數(shù)將讀到的溫濕度數(shù)據(jù)返回上層測試程序進(jìn)行浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，將計(jì)算值通過串口輸出，達(dá)到測試驗(yàn)證的目的。測試程序的實(shí)現(xiàn)如下所示。
static void calc_sht10(float *humi, float*temp)
{
float rh=*humi;
float t=*temp;
float rh_line;
float rh_true;
t=t*d2+d1; //溫度轉(zhuǎn)換公式
rh_line=C3*rh*rh+C2*rh+C1; //相對(duì)濕度轉(zhuǎn)換公式
rh_true=(t-25)*(t1+t2*rh)+rh_line;
//相對(duì)濕度溫度補(bǔ)償
if(rh_true>100)rh_true=100; //超出范圍
if(rh_true<0.1)rh_true=0.1;
printf("Humidity is: %.2f%RH",rh_true);
printf("Temperature is: %.2fC",t);
}
int main(int argc, char *argv[]) //主函數(shù)
{
int fd;
float temp,humi; //溫濕度數(shù)據(jù)
char buffer[4]; //數(shù)據(jù)緩沖
fd = open("/dev/sht10", 0); //打開文件
if (fd < 0) { //打開失敗，退出
perror("open device /dev/sht10");
exit(1);
}
read(fd,buffer,sizeof(buffer));// 讀取溫濕度值
temp=(float)((buffer[0]《8)|buffer[1]);
humi=(float)((buffer[2]《8)|buffer[3]);
calc_sht10(&humi, &temp); //溫濕度數(shù)值轉(zhuǎn)換
close(fd); //關(guān)閉文件
return 0; //退出
}
測試完成后，考察驅(qū)動(dòng)程序運(yùn)行效率，即在驅(qū)動(dòng)程序的tasklet_schedule 和copy_to_user 前分別對(duì)PXA310 的OSCR 時(shí)間計(jì)數(shù)寄存器進(jìn)行時(shí)間讀取，計(jì)算此次溫濕度測量所用時(shí)間。計(jì)算公式如下所示。
Time=(OSCR2-OSCR1)/OSCR_FREQ
OSCR2 是喚醒線程后的時(shí)間，OSCR1 是進(jìn)入任務(wù)隊(duì)列前的時(shí)間。OSCR_FREQ 是PXA310 內(nèi)部時(shí)鐘頻率3.25MHz.這樣就可以計(jì)算出每次溫濕度讀取消耗的時(shí)間，以此對(duì)比SHT10 開發(fā)文檔中理論測量時(shí)間值，確定實(shí)際驅(qū)動(dòng)程序運(yùn)行的效率。
5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
超級(jí)終端中插入驅(qū)動(dòng)模塊，運(yùn)行測試程序，可以在終端上看到測試結(jié)果(如圖4)。
▲圖4 超級(jí)終端測試結(jié)果
系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)后，利用上述Time 計(jì)算公式計(jì)算驅(qū)動(dòng)程序中溫濕度測量消耗的時(shí)間，實(shí)際測試結(jié)果如表3 所示。
▲表3 驅(qū)動(dòng)程序中實(shí)際測量消耗的時(shí)間
上表的測試結(jié)果不僅和傳感器的響應(yīng)速度有關(guān)，而且還與系統(tǒng)中其他運(yùn)行的線程有關(guān)。當(dāng)系統(tǒng)中有高一級(jí)任務(wù)到來或其他實(shí)時(shí)事件需要處理時(shí)，實(shí)際測量時(shí)間會(huì)大于上表中的測量時(shí)間，并且隨著任務(wù)的增加測量時(shí)間也會(huì)相應(yīng)的增加，完成的時(shí)間也受到外界中斷的影響。內(nèi)核會(huì)在任務(wù)不繁忙時(shí)完成測量操作。上表測試結(jié)果并未受到系統(tǒng)中其他驅(qū)動(dòng)程序和中斷的影響。對(duì)比開發(fā)手冊中理論測量時(shí)間可以看到，使用任務(wù)隊(duì)列的方法對(duì)改善系統(tǒng)處理能力與實(shí)時(shí)性效果明顯。此外，實(shí)現(xiàn)溫濕度傳感器驅(qū)動(dòng)程序還需要清楚了解SHT10 讀寫時(shí)序，讀取溫度和濕度所需要的時(shí)間不同。如果應(yīng)用程序中得出的溫濕度值超過預(yù)期值，就可以打開GPIO 驅(qū)動(dòng)模塊，觸發(fā)系統(tǒng)板上的蜂鳴器達(dá)到預(yù)警效果。
6 結(jié)語
此設(shè)計(jì)方案已經(jīng)應(yīng)用于嵌入式無聲交互控制系統(tǒng)的檢測，并且運(yùn)行正常。實(shí)踐證明，該嵌入式Linux溫濕度傳感器設(shè)計(jì)方案可行有效，線程阻塞提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，在環(huán)境測量準(zhǔn)確度和系統(tǒng)實(shí)時(shí)性方面得到了令人滿意的效果。由于此方案基于Linux 操作系統(tǒng)和PXA310 平臺(tái)，其在多任務(wù)、實(shí)時(shí)快速處理上具有一定的優(yōu)勢。
評(píng)論