本文導(dǎo)讀

AWorks作為一個物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)，底層需要大量的信號（溫度、電壓、電流……）采集模塊，以實現(xiàn)對外部世界的感知。為此，ZLG致遠(yuǎn)電子自主研發(fā)了一系列硬件模塊，本文介紹了其中的TPS0xR/T系列溫度檢測模塊和EMM400x系列能效檢測模塊。本文為《面向AWorks框架和接口的編程（上）》第三部分軟件篇——第14章——第1~2小節(jié)：溫度檢測模塊——TPS0xR/T和能效檢測模塊EMM400x。

本章導(dǎo)讀

AWorks平臺作為IoT物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)，底層需要大量的基礎(chǔ)硬件模塊，以實現(xiàn)對外部世界的感知，如溫度的采集、電壓和電流的采集等等。為此，經(jīng)過長期的調(diào)研、分析和開發(fā)，ZLG推出了一系列完全自主研發(fā)的通用模塊，主要有：溫度檢測模塊、能效檢測模塊、信號調(diào)理模塊等。在實際應(yīng)用中，這些信號采集模塊都需要通過某種接口（例如: I2C、SPI、UART等）與控制器相連，當(dāng)應(yīng)用使用的模塊過多時，MCU控制器本身提供的接口可能不夠，基于此，ZLG還推出了一系列接口擴(kuò)展模塊，可以實現(xiàn)對MCU接口的擴(kuò)展。

為了便于使用，使用戶可以快速將模塊應(yīng)用到實際項目中。ZLG推出的一系列模塊都提供了對應(yīng)的AWorks驅(qū)動，使用戶可以跳過從寄存器開始開發(fā)的步驟，直接基于接口使用這些模塊。各類模塊的使用方法類似，因而僅從每一類模塊中選擇一個典型模塊進(jìn)行介紹，它們的型號分別為：TPS02R（溫度檢測模塊）、EMM400（能效檢測模塊）、TPS08U（信號調(diào)理模塊）和

RTM11AT（接口擴(kuò)展模塊）。

14.1 溫度檢測模塊——TPS0xR/T

TPS0xR/T系列溫度檢測模塊是ZLG致遠(yuǎn)電子精心設(shè)計的隔離溫度測量模塊。TPS0xR/T包含了一系列型號，型號主要根據(jù)通道數(shù)目、通信接口（I2C或SPI）以及支持的傳感器類型（PT100熱電阻或熱電偶）進(jìn)行劃分，選型表詳見表14.1。

表14.1 TPS0xR/T系列熱電阻、熱電偶溫度檢測模塊

表14.2 TPS0xT測溫范圍和精度與熱電偶類型的關(guān)系

在AWorks中，TPS0xR/T系列模塊的使用方法都是類似的，本節(jié)將以TPS02R模塊為例，講解該系列溫度檢測模塊在AWorks中的使用方法。

14.1.1 TPS02R簡介

TPS02R模塊是一款隔離熱電阻溫度測量模塊。只需接入 PT100 熱電阻，即可完成溫度的采集，采用標(biāo)準(zhǔn)I2C接口直接輸出以℃為單位的溫度數(shù)據(jù)。模塊內(nèi)置電氣隔離，保障測量結(jié)果不受干擾。采用超小的體積設(shè)計，更易于集成到各種測溫設(shè)備中。

1. 產(chǎn)品特性

TPS02R主要有以下特性：

兩通道 PT100 熱電阻測量，I2C通信接口；

-200℃ ~ 850℃測溫范圍；

0.01℃測溫分辨率，±(0.02%+0.1℃)測溫誤差；

隔離耐壓 2500VRMS；

工作環(huán)境 -40℃ ~ +85℃；

3.3V 供電電壓；

溫度報警輸出；

隔離耐壓 2500VRMS。

2. 引腳分布

TPS02R具有12個外部引腳，其引腳定義見圖14.1，引腳功能描述見表14.3。

圖14.1 TPS02R引腳圖

表14.3 TPS02R引腳功能表

TPS02R的通信接口為標(biāo)準(zhǔn)的I2C接口，主控芯片可以通過I2C總線讀取兩路通道的溫度值。需要特別注意的是，A0（#5）引腳決定了該模塊的7位I2C從機地址。若該引腳接地，則從機地址為0x48；若該引腳連接到VCC或者直接懸空，則從機的地址為0x49。

TPS02R的ALERT引腳為報警信號輸出引腳，ALERT引腳可以與一路溫度值關(guān)聯(lián)，當(dāng)該路溫度狀態(tài)異常時（超過上限或低于下限溫度值時）報警，以及時通知主控進(jìn)行處理。

3. 應(yīng)用電路

TPS02R為兩通道的熱電阻測量模塊，其中RA1、RB1和RC1為通道1的接口，RA2、RB2和RC2為通道2的接口。若用戶只用一個通道，比如通道1，則僅需將通道1的相關(guān)引腳（RA1、RB1和RC1）與一路三線制熱電阻 PT100 相連。對于未使用到的通道2，為了避免影響到通道1的采集，應(yīng)將RA2、RB2和RC2這三個引腳短接起來，詳見圖14.2（a）。也可以使用通道2，而不使用通道1，詳見圖14.2（b）。

圖14.2 單路測溫電路

若用戶使用兩路通道，則相應(yīng)的應(yīng)用電路詳見圖14.3。該電路為典型的雙路測溫電路，其中，將RA1、RB1和RC1與一路三線制熱電阻 PT100 相連； 同時將RA2、RB2和RC2與另一路三線制熱電阻 PT100 相連。

注意，在各個典型應(yīng)用電路中，A0引腳均直接接地，因此，模塊的7位I2C從機地址地址為0x48。

圖14.3 雙路測溫電路

14.1.2 添加TPS02R硬件設(shè)備

通過對AWbus-lite的介紹可知，在AWorks中，所有硬件設(shè)備均由AWbus-lite統(tǒng)一管理，在使用某一硬件設(shè)備前，必須在硬件設(shè)備列表（詳見程序清單12.1）中添加該硬件設(shè)備。一個硬件設(shè)備由struct awbl_devhcf類型的結(jié)構(gòu)體常量進(jìn)行描述。回顧該類型的定義，詳見程序清單14.1。

程序清單14.1 struct awbl_devhcf類型定義（awbus_lite.h）

1. 設(shè)備名

設(shè)備名往往與驅(qū)動名一致，TPS02R的驅(qū)動名在對應(yīng)的驅(qū)動頭文件（awbl_tps02r.h）中定義，詳見程序清單14.2。

程序清單14.2 TPS02R驅(qū)動名定義（awbl_tps02r.h）

基于此，設(shè)備名應(yīng)為：AWBL_TPS02R_NAME。

2.設(shè)備單元號

設(shè)備單元號用于區(qū)分系統(tǒng)中幾個相同的硬件設(shè)備，它們的設(shè)備名一樣，復(fù)用同一份驅(qū)動。若當(dāng)前系統(tǒng)僅使用了一個TPS02R模塊，則設(shè)置為0即可。

3. 設(shè)備父總線的類型

TPS02R的通信接口為I2C，是一種I2C從機器件，其對應(yīng)的父總線類型為：AWBL_BUSID_I2C。

4. 設(shè)備父總線的編號

設(shè)備父總線的編號取決于實際硬件中TPS02R的I2C接口與哪條I2C總線相連，每條I2C總線對應(yīng)的編號在aw_prj_params.h文件中定義，例如，在i.MX28x硬件平臺中，默認(rèn)有3條I2C總線：硬件I2C0、I2C1和GPIO模擬I2C，它們對應(yīng)的總線編號分別為0、1、2。詳見程序清單14.3。

程序清單 14.3 I2C總線編號定義

若TPS02R連接在GPIO模擬I2C0上，則該設(shè)備的父總線編號為：GPIO_I2C0_BUSID。

5. 設(shè)備實例

在awbl_tps02r.h文件中，定義了TPS02R的設(shè)備類型為：struct awbl_tps02r_dev?；谠擃愋停梢远x一個設(shè)備實例，詳見程序清單14.4。

程序清單14.4 定義TPS02R設(shè)備實例

其中，__g_tps02r_dev_0的地址即可作為p_dev的值。

6. 設(shè)備信息

在awbl_tps02r.h文件中，定義了TPS02R的設(shè)備信息類型為：struct awbl_tps02r_devinfo，其定義詳見程序清單14.5。

程序清單14.5 struct awbl_tps02r_devinfo定義

其中，start_id表示為TPS02R設(shè)備分配的傳感器通道起始id。為了區(qū)分各個傳感器通道，需要為每個通道分配一個id。對于特定的傳感器，其可以為系統(tǒng)提供的傳感器通道數(shù)是固定不變的，例如，TPS02R可以為系統(tǒng)提供2路溫度傳感器通道：PT100通道1和PT100通道2。為了簡單起見，用戶僅需提供一個通道起始id，其它通道按順序依次進(jìn)行編號，TPS02R的2路溫度通道ID即為start_id和(start_id+1)，若start_id為1，則TPS02R兩個通道占用的ID即為1和2。通道ID用于區(qū)分系統(tǒng)中所有的傳感器通道，不同傳感器設(shè)備占用的傳感器通道必須不同。為了便于傳感器通道id的管理，避免重復(fù)分配，統(tǒng)一將設(shè)備提供的一系列傳感器通道的起始id定義在

aw_pri_params.h文件中，例如，TPS02R提供的2路傳感器通道的起始id可以定義為：

基于此，start_id的值可以設(shè)置為

SENSOR_TPS02R_0_START_ID，后續(xù)若需修改起始id，僅需修改對應(yīng)的宏值即可。

alert_pin表示與TPS02R的ALERT引腳相連接的主控引腳號。TPS02R具有溫度報警輸出功能， ALERT引腳可以與某一路溫度關(guān)聯(lián)，當(dāng)該路溫度超過上限溫度值或低于下限溫度值時，TPS02R將通過ALERT引腳通知主控，以便使主控可以及時處理報警事件。若使用i.MX28x的PIO2_14與TPS02R的ALERT引腳相連，則alert_pin的值應(yīng)設(shè)置為PIO2_14。特別地，若用戶不需要使用報警功能，則只需將alert_pin設(shè)置為-1即可。

i2c_addr表示TPS02R的7位I2C從機地址。該值跟具體的應(yīng)用電路有關(guān)，在典型應(yīng)用電路中， TPS02R的A0引腳與GND想連接，因此，若直接使用典型應(yīng)用電路，則從機地址為0x48，此時，將i2c_addr設(shè)置為0x48即可。

基于以上信息，可以定義完整的設(shè)備信息，范例詳見程序清單14.6。

程序清單14.6 TPS02R設(shè)備信息定義范例

綜合上述設(shè)備名、設(shè)備單元號、父總線類型、父總線編號、設(shè)備實例和設(shè)備信息，可以完成一個TPS02R硬件設(shè)備的描述，其定義詳見程序清單14.7。

程序清單14.7 TPS02R硬件設(shè)備宏的詳細(xì)定義（awbl_hwconf_tps02r_0.h）

其中，定義了硬件設(shè)備宏：

AWBL_HWCONF_TPS02R_0，為便于裁剪，使用了一個使能宏AW_DEV_EXTEND_TPS02R_0對其具體內(nèi)容進(jìn)行了控制，僅當(dāng)使能宏被有效定義時，AWBL_HWCONF_TPS02R_0才表示一個有效的硬件設(shè)備。在硬件設(shè)備列表中，加入該宏即可完成設(shè)備的添加，詳見程序清單14.8。

程序清單14.8 在硬件設(shè)備列表中添加設(shè)備

實際上，在模板工程的硬件設(shè)備列表中，

AWBL_HWCONF_TPS02R_0宏默認(rèn)已添加，同時，定義該宏的文件

（awbl_hwconf_tps02r_0.h）也以配置模板的形式提供在模板工程中，無需用戶從零開始自行開發(fā)。

14.1.3 使用TPS02R模塊

TPS02R可以采集兩路溫度，因而可以為系統(tǒng)提供兩路溫度傳感器通道。在添加TPS02R設(shè)備時，將TPS02R提供的傳感器通道的起始id定義為：SENSOR_TPS02R_0_START_ID，該值默認(rèn)為1，由此可見，TPS02R為系統(tǒng)提供的傳感器通道資源詳見表14.4。

表14.4 TPS02R為系統(tǒng)提供的傳感器通道資源

基于此，應(yīng)用程序即可使用“通用傳感器接口”（詳見表6.6）操作id為1和 2的傳感器通道，從這些通道中獲取溫度值。例如，每隔一秒讀取TPS02R通道1（id為1）或通道2（id為2） 的溫度數(shù)據(jù)，并將溫度值通過串口打印出來。范例程序詳見程序清單14.9。

程序清單14.9 使用TPS02R的范例程序

由于TPS02R 精度可達(dá)到0.000122℃，因此，在打印溫度時，顯示了6位小數(shù)，為便于打印顯示，打印前將溫度單位轉(zhuǎn)換為了

AW_SENSOR_UNIT_MICRO（即：-6）。

14.2 能效檢測模塊——EMM400x

EMM400x是ZLG致遠(yuǎn)電子精心設(shè)計的系列能效檢測模塊。EMM400x包含了一系列型號，型號主要根據(jù)通道數(shù)目進(jìn)行劃分，選型表詳見表14.5。

表14.5 EMM400x系列能效檢測模塊選型表

在AWorks中，EMM400x系列模塊的使用方法都是類似的，本節(jié)將以EMM400A模塊為例，講解該系列能效檢測模塊在AWorks中的使用方法。

14.2.1 EMM400A簡介

EMM400A是ZLG致遠(yuǎn)電子針對板級電路推出的能效管理模塊，集電量測量單元、DC-DC隔離電源、通訊信號隔離電路于一體，可獨立完成市電電壓、電流、有功功率和電能的測量，使主設(shè)備對用電設(shè)備做出有效管控。精度高達(dá)2%，內(nèi)置2500V電器隔離電路，可有效隔離市電與板內(nèi)弱電。該模塊采用超小體積設(shè)計，在保證PCB緊湊型的同時，為用戶提供最便捷的能效管理方案。該產(chǎn)品無需外圍元器件，使用方便，接法簡單。通訊方式使用的單串口通信，用戶只需要接收數(shù)據(jù)，不需要發(fā)送數(shù)據(jù)以操作模塊寄存器，大大節(jié)省了程序使用資源。

1. 產(chǎn)品特性

免校準(zhǔn)單相電能計量；

數(shù)據(jù)傳輸方式：串口，波特率4800bps；

有效輸入電壓：80~260Vrms，精度2%；

有效輸入電流：0.010~1.5Arms，精度2%；

輸入有功功率：0.8~390W，精度 2%，絕對誤差0.06W；

隔離耐壓 2500VDC；

工作溫度：-40℃~+85℃。

圖14.4 EMM400A引腳定義

2. 引腳分布

EMM400為DIP-6封裝，其引腳定義見圖14.4，引腳功能描述見表14.6。

表14.6 EMM400A引腳功能描述

3. 應(yīng)用電路

EMM400A外部接線詳見圖14.5。無需外圍元器件，只需按照推薦電路進(jìn)行接線：1腳接電網(wǎng)的零線，2腳接負(fù)載的低端，4腳接電網(wǎng)的火線；6腳接單片機的數(shù)字地，7腳接MCU的RX接收引腳，8腳接3.3V電源輸入。

圖14.5 EMM400A外圍電路接法

在該推薦電路的使用中，外部電路的搭接應(yīng)注意高壓側(cè)的布線安全，在高壓線的高端和低端最好應(yīng)滿足EN60950上推薦電氣間隙，即至少距離3mm；同時，PCB線路應(yīng)設(shè)計得盡量寬、盡量短，使得線路阻抗盡量小，減小線損。

4. 通訊方式說明

EMM400作為單相多功能計量模塊，其自身提供高頻脈沖用于電能計量。EMM400使用串口進(jìn)行通訊，用戶可以通過串口直接讀取電壓、電流、有功功率的相關(guān)計算參數(shù)如校準(zhǔn)系數(shù)、信號周期等。

串口相關(guān)參數(shù)固定為： 4800bps，8位數(shù)據(jù)位，1位偶校驗，1位停止位。EMM400上電后，每隔50ms自動將包含電壓系數(shù)、電壓周期、電流系數(shù)、電流周期、功率系數(shù)、功率周期、校準(zhǔn)次數(shù)、CF脈沖個數(shù)的數(shù)據(jù)包通過串口發(fā)送出去。一個數(shù)據(jù)包固定為24字節(jié)，數(shù)據(jù)包格式詳見表14.7。

表14.7 EMM400數(shù)據(jù)包格式

獲取到各個數(shù)據(jù)后，即可通過公式計算出電流、電壓、視在功率、有功功率、無功功率、電量等數(shù)據(jù)。各計算公式及說明詳見表14.8。

表14.8 EMM400相關(guān)數(shù)據(jù)計算公式

上述通訊協(xié)議和計算公式僅供了解，在實際應(yīng)用中，AWorks已經(jīng)提供了EMM400的驅(qū)動，無需用戶通過串口獲取各個計算參數(shù)再代入公式中運算，用戶可以直接使用通用傳感器接口獲取電流、電壓、視在功率、有功功率、無功功率、電量等數(shù)據(jù)。

14.2.2 添加EMM400硬件設(shè)備

在AWorks中，硬件設(shè)備由AWBus-lite統(tǒng)一管理，向AWBus-lite中添加一個硬件設(shè)備需要確認(rèn)6點信息：設(shè)備名、設(shè)備單元號、父總線類型、父總線編號、設(shè)備實例和設(shè)備信息。

1. 設(shè)備名

設(shè)備名往往與驅(qū)動名一致，EMM400驅(qū)動名在EMM400的驅(qū)動頭文件（awbl_emm400.h）中定義，詳見程序清單14.10。

程序清單14.10 EMM400驅(qū)動名定義（awbl_emm400.h）

基于此，設(shè)備名應(yīng)為：

AWBL_EMM400_NAME。

2. 設(shè)備單元號

設(shè)備單元號用于區(qū)分系統(tǒng)中幾個相同的硬件設(shè)備，它們的設(shè)備名一樣，復(fù)用同一份驅(qū)動。若系統(tǒng)僅使用了一個EMM400，則設(shè)置為0即可。

3. 設(shè)備父總線的類型

EMM400模塊需要通過串口通信，在當(dāng)前系統(tǒng)中，串口僅作為簡單的數(shù)據(jù)傳輸模塊，并沒有視為一個獨立的總線類型，因而EMM400視為由CPU直接控制，掛在PLB總線上。基于此，bus_type的值為AWBL_BUSID_PLB。

4. 設(shè)備父總線的編號

EMM400設(shè)備掛在PLB總線上，系統(tǒng)僅有一條PLB總線， bus_index的值只能為0。

5. 設(shè)備實例

在awbl_emm400.h文件中，定義了EMM400的設(shè)備類型為：struct awbl_emm400_dev?；谠擃愋停梢远x一個設(shè)備實例，詳見程序清單14.11。

程序清單14.11 定義EMM400設(shè)備實例

其中，__g_emm400_dev0的地址即可作為p_dev的值。

6. 設(shè)備信息

設(shè)備信息的具體類型是由設(shè)備驅(qū)動定義的。在awbl_emm400.h文件中，定義了EMM400的設(shè)備信息類型為：awbl_emm400_devinfo_t，其定義詳見程序清單14.12。

程序清單14.12 設(shè)備信息類型（awbl_emm400.h）

其中，start_id表示為EMM400A設(shè)備分配的傳感器通道起始id。EMM400可以為系統(tǒng)提供6路的傳感器通道， 它們按順序分別用于獲取電壓有效值、電流有效值、視在功率、有功功率、無功功率和用電量。起始id標(biāo)識了6個通道的起始id，EMM400占用的id范圍即為：start_id ~ (start_id + 6 - 1)。例如，start_id為3，則占用的id范圍為：3 ~ 8。為了便于傳感器通道id的管理，統(tǒng)一將設(shè)備提供的一系列傳感器通道的起始id在aw_pri_params.h中定義，例如，EMM400提供的6路傳感器通道的起始id可以定義為：

基于此，start_id的值可以設(shè)置為

SENSOR_EMM400_0_START_ID，后續(xù)若需修改起始id，僅需修改對應(yīng)的宏值即可。

com_id為與EMM400模塊通信的的串口號，可用串口號與具體使用的硬件平臺相關(guān)，在aw_prj_params.h文件中定義。例如，在i.MX28x硬件平臺中，支持6個串口，包括一個調(diào)試串口和5個應(yīng)用串口，它們的串口號定義詳見程序清單14.13。

程序清單14.13 串口號定義

若使用AUART0與EMM400通信，則com_id的值為IMX28_AUART0_COMID。

至此，可以定義完整的設(shè)備信息，范例詳見程序清單14.14。

程序清單14.14 EMM400設(shè)備信息定義范例

綜合上述設(shè)備名、設(shè)備單元號、父總線類型、父總線編號、設(shè)備實例和設(shè)備信息，可以可以完成一個EMM400硬件設(shè)備的描述，其定義詳見程序清單14.15。

程序清單14.15 EMM400硬件設(shè)備宏的詳細(xì)定義（awbl_hwconf_emm400_0.h）

其中，定義了硬件設(shè)備宏：

AWBL_HWCONF_EMM400_0，為便于裁剪，使用了一個使能宏AW_DEV_EXTEND_EMM400_0對其具體內(nèi)容進(jìn)行了控制，僅當(dāng)使能宏被有效定義時，AWBL_HWCONF_EMM400_0才表示一個有效的硬件設(shè)備。在硬件設(shè)備列表中，加入該宏即可完成設(shè)備的添加，詳見程序清單14.16。

程序清單14.16 在硬件設(shè)備列表中添加設(shè)備

實際上，在模板工程的硬件設(shè)備列表中，

AWBL_HWCONF_EMM400_0宏默認(rèn)已添加，同時，定義該宏的文件

（awbl_hwconf_emm400_0.h）也以配置模板的形式提供在模板工程中，無需用戶從零開始自行開發(fā)。

14.2.3 使用EMM400模塊

EMM400可以采集6路傳感器信號：電壓有效值、電流有效值、視在功率、有功功率、無功功率和用電量。在添加EMM400設(shè)備時，將EMM400提供的傳感器通道的起始id定義為：SENSOR_EMM400_0_START_ID，該值默認(rèn)為3，由此可見，EMM400為系統(tǒng)提供的傳感器通道資源詳見表14.9。

表14.9 EMM400為系統(tǒng)提供的傳感器通道資源

基于此，應(yīng)用程序即可使用“通用傳感器接口”（詳見表6.6）操作id為3 ~ 8的傳感器通道，從這些通道中獲取相應(yīng)的傳感器值。例如，每隔一秒打印一次所有通道的值，范例程序詳見程序清單14.17。

程序清單14.17 使用EMM400的范例程序