中断读取温度数值
时间：2021-10-15 16:40:06
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[导读]❝简介：由于使用MicroPython，如果使用指令查询方式读取AM2302的数据，无法控制到非常精确读取时间信息。利用ESP32MicroPython中的IO中断，获取AM2302的上升沿时间，利用ticks_cpu()对于上升沿进行标定。然后在通过比较两个上升沿时间的差异，获...
❝简 介： 由于使用MicroPython，如果使用指令查询方式读取AM2302的数据，无法控制到非常精确读取时间信息。利用ESP32 MicroPython中的IO中断，获取AM2302的上升沿时间，利用ticks_cpu() 对于上升沿进行标定。然后在通过比较两个上升沿时间的差异，获取输出0,1数据。
通过数据验证测试，可以验证这种方式可以比较方便完成AM2302的读取。
「关键词」：「AM2302」，「ESP32」，「MicroPython」❞
01 温湿度传感器
一、AM2302
「AM2302」[1] 是一款具有单总线接口的温湿度传感器。接口协议与 「1-Wire」[2] 有区别。由于该款传感器比较简洁，它只发送转换后的数据。因此输出数据格式比较简单。
1、总线协议
(1) 硬件连接关系
其中上拉电阻，在传输线的距离小于20米时选择 5k Ω；大于20米需要根据实际情况选择合适的上拉电阻。
▲ 图1.1.1 传感器与MCU之间的连接关系
(2) 总线数据格式
▲ 图1.1.2 总线数据格式
(3) 数据交互过程
主机通过发送一次开始信号（超过 500us低电平），从机AM2302变开始发送转换数据了。
▲ 图1.1.3.1 数据发送格式总线空闲的时候为高电平，一次数据传输通讯是由主机（MCU）拉低总线 1 10ms 之后释放总线，延时 20 40us之后，主机便开始检测从机（AM2302）的输出响应信号。
从机开始应答开始部分，发送出一个80us低电平。
▲ 图1.1.3.2 从机开始应答开始部分，发送出一个80us低电平下面给出了 DHT发送数字1， 0 的波形。
▲ 图1.1.3.3 发送数字信号1的波形▲ 图1.1.3.4 发送数字0的波形
二、读取方法
1、使用STM32查询方法
由于单片机STM32运行速度比较快，因此可以通过软件延时的方式来获得AM2302的输出波数据。
2、使用端口中断
也可以利用单片机的端口中断完成对于总线波形时刻的记录，然后在通过对于中断后时刻判断输出的数据位。
02 MicroPython读取
如果在MicroPython环境下，MicroPython执行比较缓慢，因此采用查询方式获得数据会存在困难。而直接使用 「ESP32 MicroPython 1-Wire」[3] 协议读取AM2302会存在错误。这在 「ESP32 One-Wire驱动功能」[4] 测试中也反映直接使用ESP32 MicroPython 的1-wire 驱动读取AM2302存在错误。
一、中断读取AM2302数据
1、基本原理
在 「微型角度编码器 ：KYTB-1503-1024」[5] 测试了 ESP32 MicroPython 的端口相应外部脉冲中断的能力。可以看到ESP32最大的脉冲响应速率为26kHz。比起AM2302的单个数据输出周期小，因此可以借助ESP32 MicroPython 端口中断读取定时器的时间来记录 AM2302输出脉冲的宽窄内容。
2、实验配置
使用 「ESP32-S模块转接板设计与实现」[6] 模块的输出 GPIO2作为触发AM2302总线的端口。
(1) 测试硬件平台
▲ 图2.1.1 测试平台
(2) 测试代码
(3) 测试波形
测量对应的波形如下图所示。由于ESP32输出高平，使得AM2302相应信号变成了高电平。因此，需要将ESP32设置成高阻形式来读取AM2320响应数据。
▲ 图2.1.2 测量IO波形将ESP32的GPIO的模式修改成 OPEN_DRAIN，重新读取总线数据波形。
▲ 图2.1.3 将输出模式改成 OPEN_DRAIN 之后得到的波形▲ 图2.1.4 展开IO数据波形
3、记录时间
使用ESP32的 time.tick_us(), time_tick_cpu() 获得ESP32的高分辨率的时钟数据。
(1) 测试代码
4、数据分析
(1) 时间取值
▲ 图2.1.4.1 读取的时间递增波形
(2) 时间差值
▲ 图2.1.4.2 读取的时间递增波形
(3) 译码0-1
▲ 图2.1.4.3 时间译码01 波形
(4) 确定起始数据位
从前慢读取的数据来看，其中存在的脉冲个数为66，大约应该具有的40bit的数据，这说明其中存在一些无需要的 0。
需要根据校验和，来确定起始的位数。
下面校验了从beginid cs 0 变化到9，可以看到从0,1,2,3 都可以完成校验。
最后在根据输出的数字合理的数值范围，可以验证等beginid=2时，对应的数字帅帅正常的数值范围。
▲ 图2.1.4.4 分析数据位起始位置
二、连续读取数据
1、完整的ESP32程序
2、读取数据曲线
在下面数据中，首先使用手拿起AM2302传感器，然后通过往其中吹气增加其中的湿度以及温度。可以看到这个参量发生着改变。
▲ 图2.2.1 连续读取的数值
※ 实验结论 ※
虽然ESP32 的MicroPython环境具有1-wire驱动协议，但对于 AM2302的单线输出数据波形，直接使用ESP32并不能够读取AM2302的数据。
由于使用MicroPython，如果使用指令查询方式读取AM2302的数据，无法控制到非常精确读取时间信息。利用ESP32 MicroPython中的IO中断，获取AM2302的上升沿时间，利用ticks_cpu() 对于上升沿进行标定。然后在通过比较两个上升沿时间的差异，获取输出0,1数据。
通过数据验证测试，可以验证这种方式可以比较方便完成AM2302的读取。
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