SDP800差壓傳感器的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

檢測(cè)流量數(shù)據(jù)的方法有很多種，這一次我們就是使用SDP800差壓傳感器來測(cè)量流量數(shù)據(jù)。所以在這一篇中，我們將討論如何實(shí)現(xiàn)SDP800差壓傳感器的驅(qū)動(dòng)，并使用它實(shí)現(xiàn)流量數(shù)據(jù)的檢測(cè)。

1、功能概述

??SDP800差壓傳感器系列是Sensirion為大批量應(yīng)用設(shè)計(jì)的數(shù)字壓差傳感器系列。傳感器測(cè)量空氣和非腐蝕性氣體的壓力，具有極高的精度，沒有偏移。該傳感器覆蓋的壓力范圍高達(dá)±500 Pa，并提供卓越的精度。其結(jié)構(gòu)及引腳定義如下圖所示：

??SDP800系列差壓傳感器具有數(shù)字2線I2C 接口，這使得它很容易直接連接到微處理器。在I2C總線上每一臺(tái)設(shè)備都有一個(gè)地址，SDP800差壓傳感器不同的型號(hào)設(shè)備地址略有差異，具體如下表：

??雖然I2C接口基本有規(guī)范的通訊格式，但不同的設(shè)備在通訊報(bào)文的設(shè)置上還是有一下差異。這里SDP800差壓傳感器其通訊報(bào)文的格式如下：

??在這一報(bào)文格式中，除了地址和數(shù)據(jù)還有一個(gè)16位的命令。這些命令是廠商設(shè)定的，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)SDP800差壓傳感器的各種操作。這里我們只列出數(shù)據(jù)獲取的命令。

??對(duì)于SDP800差壓傳感器操作命令還有很多如配置、復(fù)位等我們?cè)诖瞬蛔髟斒觥?/p>

2、驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

??我們已經(jīng)簡(jiǎn)單的描述了SDP800差壓傳感器的基本情況。這一節(jié)我們將進(jìn)一步考慮SDP800差壓傳感器的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

2.1、對(duì)象定義

??首先我們來考慮SDP800差壓傳感器的對(duì)象定義。關(guān)于對(duì)象總是存在對(duì)象的屬性和操作，SDP800差壓傳感器對(duì)象我們也從這兩個(gè)方面來考慮。
??我們先來分析一下SDP800差壓傳感器對(duì)象的屬性問題。 SDP800差壓傳感器采用I2C接口，所以設(shè)備地址必不可少，而且每一個(gè)地址都唯一標(biāo)識(shí)一臺(tái)設(shè)備，所以我們將其設(shè)定為對(duì)象的屬性。此外，SDP800差壓傳感器的產(chǎn)品編號(hào)和產(chǎn)品序列號(hào)都是唯一標(biāo)識(shí)SDP800差壓傳感器設(shè)備，所以我們也將其設(shè)定為屬性。我們也希望記錄設(shè)備的狀態(tài)、測(cè)量的壓力、溫度以及差壓系數(shù)等。這些兩標(biāo)識(shí)了SDP800差壓傳感器設(shè)備的狀態(tài)，所以我們也將其作為對(duì)象的屬性。
??而對(duì)象的操作，SDP800差壓傳感器采用I2C接口，所以需要接收和發(fā)送數(shù)據(jù)、為了控制時(shí)序我們需要延時(shí)操作函數(shù)。而這些函數(shù)的實(shí)現(xiàn)都依賴于具體的軟硬件平臺(tái)，所以我們將它們?cè)O(shè)置為對(duì)象的操作，以便于通過回調(diào)函數(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)象平臺(tái)無關(guān)性。根據(jù)上述分析我們可以定義SDP800差壓傳感器的對(duì)象類型如下：

/* 定義SDP800對(duì)象類型 */
typedef struct SDP800Object{
    uint8_t devAddress;         //SDP800對(duì)象的地址
    uint8_t status;             //SDP800狀態(tài)信息
    uint8_t pn[4];              //SDP800對(duì)象的產(chǎn)品號(hào)
    uint8_t sn[8];              //SDP800對(duì)象的序列號(hào)
    float dpressure;            //差壓
    float temperature;          //溫度
    float dpFactor;             //差壓系數(shù)
    void (*Delayms)(volatile uint32_t nTime);       //延時(shí)操作指針
    void (*Receive)(struct SDP800Object *sdp,uint8_t *rData,uint16_t rSize);    //接收數(shù)據(jù)操作指針
    void (*Transmit)(struct SDP800Object *sdp,uint8_t *tData,uint16_t tSize);   //發(fā)送數(shù)據(jù)操作指針
}SDP800ObjectType;

??有了對(duì)象類型，我們就可以獲得對(duì)象變量，但對(duì)象變量需要初始化后才能進(jìn)行各種操作，所以我們需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)SDP800差壓傳感器對(duì)象變量初始化的函數(shù)。

/*SDP800對(duì)象初始化配置*/
SDP800ErrorType Sdp800Initialization(SDP800ObjectType *sdp,     //SDP800對(duì)象
                                     uint8_t i2cAddress,        //設(shè)備地址
                                     SDP800Receive recieve,     //接收函數(shù)指針
                                     SDP800Transmit transmit,   //發(fā)送函數(shù)指針
                                     SDP800Delayms delayms      //毫秒演示函數(shù)
                                         )
{
    SDP800ErrorType error=SDP800_ERROR_NONE;
    
    if((sdp==NULL)||(recieve==NULL)||(transmit==NULL)||(delayms==NULL))
    {
        return SDP800_ERROR_IVALID_PARAMETER;
    }
    
    sdp->Receive=recieve;
    sdp->Transmit=transmit;
    sdp->Delayms=delayms;
    
    sdp->temperature=0.0;
    sdp->dpressure=0.0;
    
    if((i2cAddress==0x25)||(i2cAddress==0x26))
    {
        sdp->devAddress=(i2cAddress<<1);
    }
    else if((i2cAddress==0x4A)||(i2cAddress==0x4C))
    {
        sdp->devAddress=i2cAddress;
    }
    else
    {
        sdp->devAddress=0;
        error|=SDP800_ERROR_IVALID_PARAMETER;
    }
    
    if(error==SDP800_ERROR_NONE)
    {
        error|=Sdp800ReadSerialNumber(sdp);
    }
    
    return error;
}

??在初始化函數(shù)中，我們對(duì)對(duì)象的屬性以及操作函數(shù)的指針變量都做了初始化，并讀取了設(shè)備的序列號(hào)。

2.2、對(duì)象操作

??我們定義了SDP800差壓傳感器的對(duì)像類型，也設(shè)計(jì)了對(duì)象變量的初始化函數(shù)。這一節(jié)我們來看一看我們所要實(shí)現(xiàn)的操作。

2.2.1、數(shù)據(jù)的獲取

??我們需要對(duì)SDP800差壓傳感器所做的首要操作就是獲取測(cè)量數(shù)據(jù)。根據(jù)不同的命令，SDP800差壓傳感器可以做單次測(cè)量，也可以做連續(xù)測(cè)量。這里我們采用連續(xù)測(cè)量的方式。連續(xù)測(cè)量設(shè)計(jì)到三類操作：開啟連續(xù)測(cè)量、讀取測(cè)量數(shù)據(jù)以及結(jié)束連續(xù)測(cè)量。根據(jù)通訊命令及報(bào)文格式要求，我們實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)連續(xù)讀取的代碼如下：

/*連續(xù)讀取測(cè)量值*/
SDP800ErrorType Sdp800ReadContinousMeasurement(SDP800ObjectType *sdp)
{
    SDP800ErrorType error=SDP800_ERROR_NONE;
    uint8_t rDatas[9];
    int16_t  diffPressureTicks;
    int16_t  temperatureTicks;
    uint16_t scaleFactorDiffPressure;
    
    sdp->Receive(sdp,rDatas,9);
    
    if((rDatas[0]==0xFF)&&(rDatas[1]==0xFF)&&(rDatas[2]==0xAC)
       &&(rDatas[3]==0xFF)&&(rDatas[4]==0xFF)&&(rDatas[5]==0xAC)
           &&(rDatas[6]==0xFF)&&(rDatas[7]==0xFF)&&(rDatas[8]==0xAC))
    {
        sdp->status=0;
        return SDP800_ERROR_ACK;
    }
    
    error|=CheckCRC8ForSDP800(&rDatas[0],2,rDatas[2]);
    error|=CheckCRC8ForSDP800(&rDatas[3],2,rDatas[5]);
    error|=CheckCRC8ForSDP800(&rDatas[6],2,rDatas[8]);
    
    if(error==SDP800_ERROR_NONE)
    {
        diffPressureTicks=rDatas[0]*256+rDatas[1];
        temperatureTicks=rDatas[3]*256+rDatas[4];
        scaleFactorDiffPressure=rDatas[6]*256+rDatas[7];
        
        sdp->temperature=(float)temperatureTicks/200.0;
        sdp->dpFactor=(float)scaleFactorDiffPressure;
        sdp->dpressure=(float)diffPressureTicks/sdp->dpFactor;
    }

    return error;
}

/*啟動(dòng)連續(xù)測(cè)量*/
SDP800ErrorType Sdp800StartContinousMeasurement(SDP800ObjectType *sdp,Sdp800TempCompType tempComp,Sdp800AveragingType averaging)
{
    SDP800ErrorType error=SDP800_ERROR_NONE;
    SDP800Command commands[2][2]={{COMMAND_START_MEASUREMENT_MF_AVERAGE,COMMAND_START_MEASUREMENT_MF_NONE},
    {COMMAND_START_MEASUREMENT_DP_AVERAGE,COMMAND_START_MEASUREMENT_DP_NONE}};
    
    switch (commands[tempComp][averaging])
    {
    case COMMAND_START_MEASUREMENT_MF_AVERAGE:
        {
            sdp->status=1;
            break;
        }
    case COMMAND_START_MEASUREMENT_MF_NONE:
        {
            sdp->status=2;
            break;
        }
    case COMMAND_START_MEASUREMENT_DP_AVERAGE:
        {
            sdp->status=3;
            break;
        }
        
    case COMMAND_START_MEASUREMENT_DP_NONE:
        {
            sdp->status=4;
            break;
        }
        
    default:
        {
            sdp->status=0;
            error=SDP800_ERROR_IVALID_PARAMETER;
            break;
        }
    }
    
    if(SDP800_ERROR_NONE==error)
    {
        Sdp800WriteCommand(sdp,commands[tempComp][averaging]);
        sdp->Delayms(20);
    }
    
    if(SDP800_ERROR_NONE!=error)
    {
        sdp->status=0;
    }
    
    return error;
}

/*停止連續(xù)測(cè)量*/
SDP800ErrorType Sdp800StopContinousMeasurement(SDP800ObjectType *sdp)
{
    Sdp800WriteCommand(sdp,COMMAND_STOP_CONTINOUS_MEASUREMENT);
    
    return SDP800_ERROR_NONE;
}

2.2.2、設(shè)備控制

??有一些命令是用來實(shí)現(xiàn)對(duì)SDP800差壓傳感器的控制的，如設(shè)備的復(fù)位、休眠及各種配置。這里我們主要用到SDP800差壓傳感器的軟件復(fù)位及休眠。

/*軟件復(fù)位*/
SDP800ErrorType Sdp800SoftReset(SDP800ObjectType *sdp)
{
    Sdp800WriteCommand(sdp,COMMAND_ENTER_SLEEP_MODE);
    // 等待 20 ms
    sdp->Delayms(20); 
    
    return SDP800_ERROR_NONE;
}

/*進(jìn)入休眠模式*/
SDP800ErrorType SDP800EnterSleepMode(SDP800ObjectType *sdp)
{
    Sdp800WriteCommand(sdp,COMMAND_ENTER_SLEEP_MODE);
    
    return SDP800_ERROR_NONE;
}

3、驅(qū)動(dòng)的使用

??我們?cè)O(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了SDP800差壓傳感器的驅(qū)動(dòng)程序。接下來，我們使用設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)基于SDP800差壓傳感器傳感器的流量檢測(cè)。

3.1、聲明并初始化對(duì)象

??在前面我們已經(jīng)定義了SDP800差壓傳感器對(duì)象類型。在這里，我們先聲明一個(gè)SDP800差壓傳感器對(duì)象變量。

SDP800ObjectType sdp;

??有了這個(gè)對(duì)象變量，我們還需要調(diào)用初始化函數(shù)對(duì)其進(jìn)行實(shí)例化。初始化函數(shù)具有讀個(gè)參數(shù)：

SDP800ObjectType *sdp,     //SDP800對(duì)象
uint8_t i2cAddress,        //設(shè)備地址
SDP800Receive recieve,     //接收函數(shù)指針
SDP800Transmit transmit,   //發(fā)送函數(shù)指針
SDP800Delayms delayms      //毫秒演示函數(shù)

??第一個(gè)參數(shù)是需要初始化的對(duì)象變量。第二個(gè)參數(shù)則是SDP800差壓傳感器的設(shè)備地址。而后面的三個(gè)參數(shù)則是函數(shù)指針，我們需要實(shí)現(xiàn)這三個(gè)函數(shù)，它們的原型定義如下：

//延時(shí)操作指針
typedef void (*SDP800Delayms)(volatile uint32_t nTime);
//接收數(shù)據(jù)操作指針
typedef void (*SDP800Receive)(struct SDP800Object *sdp,uint8_t *rData,uint16_t rSize);
//發(fā)送數(shù)據(jù)操作指針
typedef void (*SDP800Transmit)(struct SDP800Object *sdp,uint8_t *tData,uint16_t tSize);

??結(jié)合這三個(gè)函數(shù)的原型要求以及我們所使用平臺(tái)的具體特點(diǎn)，我們實(shí)現(xiàn)這幾個(gè)函數(shù)如下：

/*向DSP800下發(fā)指令，指令格式均為1個(gè)字節(jié)*/
static void WriteToSDP(SDP800ObjectType *sdp,uint8_t *wData,uint16_t wSize)
{
    HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c2,sdp->devAddress,wData,wSize,1000);
}
/*從DSP800讀取多個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的值*/
static void ReadFromSDP(SDP800ObjectType *sdp,uint8_t *rData,uint16_t rSize)
{
    HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c2,sdp->devAddress,rData, rSize, 1000);
}

??我們實(shí)現(xiàn)了這些函數(shù)后，我們就可以將這些變量及函數(shù)作為初始化函數(shù)的參數(shù)來對(duì)SDP800差壓傳感器對(duì)象變量進(jìn)行實(shí)例化，具體實(shí)現(xiàn)：

/*SDP800對(duì)象初始化配置*/
    SDP800ErrorType error=Sdp800Initialization(&sdp,     //SDP800對(duì)象
                                               0x4A,              //設(shè)備地址
                                               ReadFromSDP,       //接收函數(shù)指針
                                               WriteToSDP,        //發(fā)送函數(shù)指針
                                               HAL_Delay          //毫秒延時(shí)函數(shù)
                                                   );
    Sdp800StartContinousMeasurement(&sdp,SDP800_TEMPCOMP_MASS_FLOW,SDP800_AVERAGING_TILL_READ);

3.2、基于對(duì)象進(jìn)行操作

??初始化完成后，我們則可以使用該對(duì)象獲取測(cè)量數(shù)據(jù)并計(jì)算流量值。具體實(shí)現(xiàn)如下：

if(sdp.status==0)
    {
        Sdp800SoftReset(&sdp);
        Sdp800StartContinousMeasurement(&sdp,SDP800_TEMPCOMP_MASS_FLOW,SDP800_AVERAGING_TILL_READ);
    }
    else
    {
        Sdp800ReadContinousMeasurement(&sdp);
    }
    
    aPara.phyPara.temperature=sdp.temperature;
    dpFilter.newValue=sdp.dpressure;
    aPara.phyPara.dpressure=BandSmoothingFilter(&dpFilter);
    aPara.phyPara.dpressure=aPara.phyPara.dpressure<0.0?0.0:aPara.phyPara.dpressure;
    
    flow=sqrtf(aPara.phyPara.dpressure);
    flowFilter.newValue=Power3Polyfit(flow,aPara.phyPara.factorA,aPara.phyPara.factorB,aPara.phyPara.factorC,aPara.phyPara.factorD);
    aPara.phyPara.flowValue=BandSmoothingFilter(&flowFilter);
    aPara.phyPara.flowValue=aPara.phyPara.flowValue>0.25?aPara.phyPara.flowValue:0.0;

??在這一事例中，我們讀取了SDP800差壓傳感器的值，并根據(jù)差壓數(shù)據(jù)計(jì)算了流量數(shù)據(jù)。并實(shí)現(xiàn)了修正、濾波以及小信號(hào)切除等處理。

4、應(yīng)用總結(jié)

??在這一篇中，我們?cè)O(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了SDP800差壓傳感器的驅(qū)動(dòng)程序，而且使用我們?cè)O(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)具體示例。事實(shí)上，這個(gè)示例是從我們的實(shí)際項(xiàng)目中提煉出來的，實(shí)際的使用效果良好。

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