Matrix - Temperature Sensor

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1 Introduction

Temperature Sensor

• The matrix-temperature_sensor module is used to measure temperature.
• 搭载了一颗非常流行的TO-92封装的DS18B20芯片。从DS18B20读出的信息或写入DS18B20的信息仅需要一根口线（单线接口）读写,温度变换功率来源于数据总线，总线本身也可以向所挂接的DS18B20供电。DSl820的电源可以由数据线本身提供而不需要外部电源，因为每一个DSl820在出厂时已经给定了唯一的序列号。
• 测量范围是-55摄氏度到+125摄氏度，可选9-bit或12-bit，在-10摄氏度到+85摄氏度时可以精确到0.5度，采用一线协议通讯。我们把DS18B20的3个针脚全部引出，V对应电源引脚，G对应地引脚，S对应数据引脚。

We utilitze the DS18B20 in this module. The DS18B20 can be powered from its data line. Each DS18B20 is assigned a unique ID. Its temperature range is -55 degree Celsius to +125 degree Celsius. The thermometer resolution is programmable from 9 to 12 bits. When the measured temperature is between -10 degree Celsius to +85 degree Celsius the accuracy can be at 0.5 degree. It uses the unique 1-wire interface which requires only one port pin for communication. Among all three DS18B20 pins V is power, G is ground and S is data.

2 特性

• -55摄氏度到+125摄氏度
• 一线协议
• 体积小巧， 带固定孔，方便嵌入到外壳
• 2.54mm排针接口，接线方便，通用性强
• PCB尺寸（mm）:8X24

• 引脚说明:

名称	描述
S	GPIO
V	电源5V
G	地

3 工作原理

DS18B20低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。

4 下载Matrix源码

Matrix配件相关的代码是完全开源的，统一由一个仓库进行管理：git://github.com/friendlyarm/matrix.git
该仓库里不同的分支代表着Matrix配件所支持的不同开发板。

• nanopi分支包含了Matrix对NanoPi的支持；
• tiny4412分支包含了Matrix对Tiny4412的支持；
• raspberrypi分支包含了Matrix对RaspberryPi的支持；

在主机PC上安装git，以Ubuntu14.04为例

$ sudo apt-get install git

克隆Matrix配件代码仓库

$ git clone git://github.com/friendlyarm/matrix.git

克隆完成后会得到一个matrix目录，里面存放着所有Matrix配件的代码。

5 与NanoPi连接使用

5.1 准备工作

在NanoPi上运行Debian系统，然后在主机PC上安装并使用相应的编译器。参考wiki：NanoPi
注意：必须使用nanopi-v4.1.y-matrix分支编译出来的内核。
下载NanoPi内核源代码并编译

$ git clone https://github.com/friendlyarm/linux-4.x.y.git
$ cd linux-4.x.y
$ git checkout nanopi-v4.1.y-matrix
$ make nanopi_defconfig
$ touch .scmversion
$ make

5.2 硬件连接

参考下图连接模块Matrix-Temperature_Sensor和NanoPi

连接说明：

Matrix-Temperature Sensor	NanoPi
S	Pin7
V	Pin4
G	Pin6

5.3 编译测试程序

进入Matrix代码仓库，切换到nanopi分支

$ cd matrix
$ git checkout nanopi

编译Matrix配件代码

$ make CROSS_COMPILE=arm-linux- clean
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux- install

注意：请确保你的主机PC当前使用的交叉编译器为NanoPi-Debian配套的arm-linux-gcc-4.4.3。
编译出来的库文件位于install/lib目录下，而测试程序则位于install/usr/bin目录下，模块Matrix-Temperature_Sensor对应的测试程序为matrix-temperature_sensor。

5.4 运行测试程序

拷贝库文件和测试程序到NanoPi的文件系统上

$ cp install/usr/bin/* nanopi_rootfs/usr/bin/
$ cp install/lib/* nanopi_rootfs/lib/ -d

然后启动NanoPi，在Debian的shell终端中执行如下命令运行模块Matrix-Temperature_Sensor的测试程序
注意：此模块并不支持热插拔，启动系统前需要确保硬件正常连接。

$ matrix-temperature_sensor

5.5 代码展示

int main(int argc, char ** argv)
{
    int devFD = -1;
    int pin = GPIO_PIN1;
    char *temperature = (char *) malloc(32);
    memset(temperature, 0, 32);
 
    if (argc == 2) {
        parseCmd(argc, argv, &pin);
    } else {
        printf("Using default pin GPIO_PIN1\n");
    }
 
    if ((devFD = ds18b20Init(pin)) == -1) {
        printf("Fail to init ds18b20\n");
        return -1;
    }
    if (ds18b20Read(temperature) > 0) {
        printf("Temperature = %s\n", temperature);
    } else {
        printf("Fail to get temperature\n");		
    }
    free(temperature);
    ds18b20DeInit(devFD);
    return 0;
}

6 与Tiny4412连接使用

6.1 准备工作

参考Tiny4412光盘里的《友善之臂Ubuntu使用手册》，在Tiny4412上运行UbuntuCore系统，然后在主机PC上安装并使用相应的编译器。
注意：只能使用Tiny4412SDK-1506的底板。

6.2 硬件连接

参考下图连接模块Matrix-Temperature_Sensor和Tiny4412

连接说明：

Matrix-Temperature Sensor	Tiny4412
S	GPIO1 S
V	GPIO1 5V
G	GPIO1 GND

6.3 编译测试程序

进入Matrix代码仓库，切换到tiny4412分支

$ cd matrix
$ git checkout tiny4412

编译Matrix配件代码

$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- clean
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-
$ make CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- install

注意：请确保你的主机PC当前使用的交叉编译器为Tiny4412-UbuntuCore配套的arm-linux-gnueabihf-gcc-4.7.3。
编译出来的库文件位于install/lib目录下，而测试程序则位于install/usr/bin目录下，模块Matrix-Temperature_Sensor对应的测试程序为matrix-temperature_sensor。

6.4 运行测试程序

拷贝库文件和测试程序到Tiny4412的UbuntuCore的文件系统上

$ cp install/usr/bin/* tiny4412_rootfs/usr/bin/
$ cp install/lib/* tiny4412_rootfs/lib/ -d

然后启动Tiny4412，在UbuntuCore的shell终端中执行如下命令运行模块Matrix-Temperature_Sensor的测试程序
注意：此模块并不支持热插拔，启动系统前需要确保硬件正常连接。

$ matrix-temperature_sensor

6.5 代码展示

int main(int argc, char ** argv)
{
    int devFD = -1;
    int pin = GPIO_PIN1;
    char *temperature = (char *) malloc(32);
    memset(temperature, 0, 32);
 
    if (argc == 2) {
        parseCmd(argc, argv, &pin);
    } else {
        printf("Using default pin GPIO_PIN1\n");
    }
 
    if ((devFD = ds18b20Init(pin)) == -1) {
        printf("Fail to init ds18b20\n");
        return -1;
    }
    if (ds18b20Read(temperature) > 0) {
        printf("Temperature = %s\n", temperature);
    } else {
        printf("Fail to get temperature\n");		
    }
    free(temperature);
    ds18b20DeInit(devFD);
    return 0;
}

9 相关资料

DS18B20.pdf