基于PXA310平臺的溫濕度傳感器設計
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4.1 溫濕度傳感器測試環(huán)境
在實驗室常溫下，測試程序多次調(diào)用驅(qū)動程序中讀溫濕度的函數(shù)接口獲得測試數(shù)據(jù)，來驗證設計的正確和可靠。并考慮實驗室內(nèi)常溫下，相對濕度與溫度具有非線性關系，計算濕度值時需要考慮溫度的補償關系，其關系如圖3 所示。
▲圖3 SORH 轉(zhuǎn)換到相對濕度
為補償濕度傳感器的非線性以獲取準確數(shù)據(jù)，并考慮實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 是相對濕度，SORH是傳感器返回的濕度值。進行12bit 濕度檢測時，參數(shù)取值如下表所示。
▲表1 濕度轉(zhuǎn)換系數(shù)與溫度補償系數(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行浮點數(shù)運算，將計算值通過串口輸出，達到測試驗證的目的。測試程序的實現(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; //相對濕度轉(zhuǎn)換公式
rh_true=(t-25)*(t1+t2*rh)+rh_line;
//相對濕度溫度補償
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); //關閉文件
return 0; //退出
}
測試完成后，考察驅(qū)動程序運行效率，即在驅(qū)動程序的tasklet_schedule 和copy_to_user 前分別對PXA310 的OSCR 時間計數(shù)寄存器進行時間讀取，計算此次溫濕度測量所用時間。計算公式如下所示。
Time=(OSCR2-OSCR1)/OSCR_FREQ
OSCR2 是喚醒線程后的時間，OSCR1 是進入任務隊列前的時間。OSCR_FREQ 是PXA310 內(nèi)部時鐘頻率3.25MHz.這樣就可以計算出每次溫濕度讀取消耗的時間，以此對比SHT10 開發(fā)文檔中理論測量時間值，確定實際驅(qū)動程序運行的效率。
5 實驗結(jié)果與分析
超級終端中插入驅(qū)動模塊，運行測試程序，可以在終端上看到測試結(jié)果(如圖4)。
▲圖4 超級終端測試結(jié)果
系統(tǒng)功能實現(xiàn)后，利用上述Time 計算公式計算驅(qū)動程序中溫濕度測量消耗的時間，實際測試結(jié)果如表3 所示。
▲表3 驅(qū)動程序中實際測量消耗的時間
上表的測試結(jié)果不僅和傳感器的響應速度有關，而且還與系統(tǒng)中其他運行的線程有關。當系統(tǒng)中有高一級任務到來或其他實時事件需要處理時，實際測量時間會大于上表中的測量時間，并且隨著任務的增加測量時間也會相應的增加，完成的時間也受到外界中斷的影響。內(nèi)核會在任務不繁忙時完成測量操作。上表測試結(jié)果并未受到系統(tǒng)中其他驅(qū)動程序和中斷的影響。對比開發(fā)手冊中理論測量時間可以看到，使用任務隊列的方法對改善系統(tǒng)處理能力與實時性效果明顯。此外，實現(xiàn)溫濕度傳感器驅(qū)動程序還需要清楚了解SHT10 讀寫時序，讀取溫度和濕度所需要的時間不同。如果應用程序中得出的溫濕度值超過預期值，就可以打開GPIO 驅(qū)動模塊，觸發(fā)系統(tǒng)板上的蜂鳴器達到預警效果。
6 結(jié)語
此設計方案已經(jīng)應用于嵌入式無聲交互控制系統(tǒng)的檢測，并且運行正常。實踐證明，該嵌入式Linux溫濕度傳感器設計方案可行有效，線程阻塞提高系統(tǒng)運行效率，在環(huán)境測量準確度和系統(tǒng)實時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，其在多任務、實時快速處理上具有一定的優(yōu)勢。
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