面向AWorks框架和接口编程温度检测模块的软件详细资料概述
本文导读
AWorks作为一个物联网生态系统，底层需要大量的信号（温度、电压、电流……）采集模块，以实现对外部世界的感知。为此，ZLG致远电子自主研发了一系列硬件模块，本文介绍了其中的TPS0xR/T系列温度检测模块和EMM400x系列能效检测模块。本文为《面向AWorks框架和接口的编程（上）》第三部分软件篇——第14章——第1~2小节：温度检测模块——TPS0xR/T和能效检测模块EMM400x。
本章导读
AWorks平台作为IoT物联网生态系统，底层需要大量的基础硬件模块，以实现对外部世界的感知，如温度的采集、电压和电流的采集等等。为此，经过长期的调研、分析和开发，ZLG推出了一系列完全自主研发的通用模块，主要有：温度检测模块、能效检测模块、信号调理模块等。在实际应用中，这些信号采集模块都需要通过某种接口（例如: I²C、SPI、UART等）与控制器相连，当应用使用的模块过多时，MCU控制器本身提供的接口可能不够，基于此，ZLG还推出了一系列接口扩展模块，可以实现对MCU接口的扩展。
为了便于使用，使用户可以快速将模块应用到实际项目中。ZLG推出的一系列模块都提供了对应的AWorks驱动，使用户可以跳过从寄存器开始开发的步骤，直接基于接口使用这些模块。各类模块的使用方法类似，因而仅从每一类模块中选择一个典型模块进行介绍，它们的型号分别为：TPS02R（温度检测模块）、EMM400（能效检测模块）、TPS08U（信号调理模块）和
RTM11AT（接口扩展模块）。
14.1 温度检测模块——TPS0xR/T
TPS0xR/T系列温度检测模块是ZLG致远电子精心设计的隔离温度测量模块。TPS0xR/T包含了一系列型号，型号主要根据通道数目、通信接口（I²C或SPI）以及支持的传感器类型（PT100热电阻或热电偶）进行划分，选型表详见表14.1。
表14.1 TPS0xR/T系列热电阻、热电偶温度检测模块
表14.2 TPS0xT测温范围和精度与热电偶类型的关系
在AWorks中，TPS0xR/T系列模块的使用方法都是类似的，本节将以TPS02R模块为例，讲解该系列温度检测模块在AWorks中的使用方法。
14.1.1 TPS02R简介
TPS02R模块是一款隔离热电阻温度测量模块。只需接入 PT100 热电阻，即可完成温度的采集，采用标准I²C接口直接输出以℃为单位的温度数据。模块内置电气隔离，保障测量结果不受干扰。采用超小的体积设计，更易于集成到各种测温设备中。
1. 产品特性
TPS02R主要有以下特性：
两通道 PT100 热电阻测量，I²C通信接口；
-200℃ ~ 850℃测温范围；
0.01℃测温分辨率，±(0.02%+0.1℃)测温误差；
隔离耐压 2500VRMS；
工作环境 -40℃ ~ +85℃；
3.3V 供电电压；
温度报警输出；
隔离耐压 2500VRMS。
2. 引脚分布
TPS02R具有12个外部引脚，其引脚定义见图14.1，引脚功能描述见表14.3。
图14.1 TPS02R引脚图
表14.3 TPS02R引脚功能表
TPS02R的通信接口为标准的I²C接口，主控芯片可以通过I²C总线读取两路通道的温度值。需要特别注意的是，A0（#5）引脚决定了该模块的7位I²C从机地址。若该引脚接地，则从机地址为0x48；若该引脚连接到VCC或者直接悬空，则从机的地址为0x49。
TPS02R的ALERT引脚为报警信号输出引脚，ALERT引脚可以与一路温度值关联，当该路温度状态异常时（超过上限或低于下限温度值时）报警，以及时通知主控进行处理。
3. 应用电路
TPS02R为两通道的热电阻测量模块，其中RA1、RB1和RC1为通道1的接口，RA2、RB2和RC2为通道2的接口。若用户只用一个通道，比如通道1，则仅需将通道1的相关引脚（RA1、RB1和RC1）与一路三线制热电阻 PT100 相连。对于未使用到的通道2，为了避免影响到通道1的采集，应将RA2、RB2和RC2这三个引脚短接起来，详见图14.2（a）。也可以使用通道2，而不使用通道1，详见图14.2（b）。
图14.2 单路测温电路
若用户使用两路通道，则相应的应用电路详见图14.3。该电路为典型的双路测温电路，其中，将RA1、RB1和RC1与一路三线制热电阻 PT100 相连； 同时将RA2、RB2和RC2与另一路三线制热电阻 PT100 相连。
注意，在各个典型应用电路中，A0引脚均直接接地，因此，模块的7位I²C从机地址地址为0x48。
图14.3 双路测温电路
14.1.2 添加TPS02R硬件设备
通过对AWbus-lite的介绍可知，在AWorks中，所有硬件设备均由AWbus-lite统一管理，在使用某一硬件设备前，必须在硬件设备列表（详见程序清单12.1）中添加该硬件设备。一个硬件设备由struct awbl_devhcf类型的结构体常量进行描述。回顾该类型的定义，详见程序清单14.1。
程序清单14.1 struct awbl_devhcf类型定义（awbus_lite.h）
1. 设备名
设备名往往与驱动名一致，TPS02R的驱动名在对应的驱动头文件（awbl_tps02r.h）中定义，详见程序清单14.2。
程序清单14.2 TPS02R驱动名定义（awbl_tps02r.h）
基于此，设备名应为：AWBL_TPS02R_NAME。
2.设备单元号
设备单元号用于区分系统中几个相同的硬件设备，它们的设备名一样，复用同一份驱动。若当前系统仅使用了一个TPS02R模块，则设置为0即可。
3. 设备父总线的类型
TPS02R的通信接口为I²C，是一种I²C从机器件，其对应的父总线类型为：AWBL_BUSID_I²C。
4. 设备父总线的编号
设备父总线的编号取决于实际硬件中TPS02R的I²C接口与哪条I²C总线相连，每条I²C总线对应的编号在aw_prj_params.h文件中定义，例如，在i.MX28x硬件平台中，默认有3条I²C总线：硬件I²C0、I²C1和GPIOvwin I²C，它们对应的总线编号分别为0、1、2。详见程序清单14.3。
程序清单 14.3 I²C总线编号定义
若TPS02R连接在GPIO模拟I²C0上，则该设备的父总线编号为：GPIO_I²C0_BUSID。
5. 设备实例
在awbl_tps02r.h文件中，定义了TPS02R的设备类型为：struct awbl_tps02r_dev。基于该类型，可以定义一个设备实例，详见程序清单14.4。
程序清单14.4 定义TPS02R设备实例
其中，__g_tps02r_dev_0的地址即可作为p_dev的值。
6. 设备信息
在awbl_tps02r.h文件中，定义了TPS02R的设备信息类型为：struct awbl_tps02r_devinfo，其定义详见程序清单14.5。
程序清单14.5 struct awbl_tps02r_devinfo定义
其中，start_id表示为TPS02R设备分配的传感器通道起始id。为了区分各个传感器通道，需要为每个通道分配一个id。对于特定的传感器，其可以为系统提供的传感器通道数是固定不变的，例如，TPS02R可以为系统提供2路温度传感器通道：PT100通道1和PT100通道2。为了简单起见，用户仅需提供一个通道起始id，其它通道按顺序依次进行编号，TPS02R的2路温度通道ID即为start_id和(start_id+1)，若start_id为1，则TPS02R两个通道占用的ID即为1和2。通道ID用于区分系统中所有的传感器通道，不同传感器设备占用的传感器通道必须不同。为了便于传感器通道id的管理，避免重复分配，统一将设备提供的一系列传感器通道的起始id定义在
aw_pri_params.h文件中，例如，TPS02R提供的2路传感器通道的起始id可以定义为：
基于此，start_id的值可以设置为
SENSOR_TPS02R_0_START_ID，后续若需修改起始id，仅需修改对应的宏值即可。
alert_pin表示与TPS02R的ALERT引脚相连接的主控引脚号。TPS02R具有温度报警输出功能， ALERT引脚可以与某一路温度关联，当该路温度超过上限温度值或低于下限温度值时，TPS02R将通过ALERT引脚通知主控，以便使主控可以及时处理报警事件。若使用i.MX28x的PIO2_14与TPS02R的ALERT引脚相连，则alert_pin的值应设置为PIO2_14。特别地，若用户不需要使用报警功能，则只需将alert_pin设置为-1即可。
i2c_addr表示TPS02R的7位I²C从机地址。该值跟具体的应用电路有关，在典型应用电路中， TPS02R的A0引脚与GND想连接，因此，若直接使用典型应用电路，则从机地址为0x48，此时，将i2c_addr设置为0x48即可。
基于以上信息，可以定义完整的设备信息，范例详见程序清单14.6。
程序清单14.6 TPS02R设备信息定义范例
综合上述设备名、设备单元号、父总线类型、父总线编号、设备实例和设备信息，可以完成一个TPS02R硬件设备的描述，其定义详见程序清单14.7。
程序清单14.7 TPS02R硬件设备宏的详细定义（awbl_hwconf_tps02r_0.h）
其中，定义了硬件设备宏：
AWBL_HWCONF_TPS02R_0，为便于裁剪，使用了一个使能宏AW_DEV_EXTEND_TPS02R_0对其具体内容进行了控制，仅当使能宏被有效定义时，AWBL_HWCONF_TPS02R_0才表示一个有效的硬件设备。在硬件设备列表中，加入该宏即可完成设备的添加，详见程序清单14.8。
程序清单14.8 在硬件设备列表中添加设备
实际上，在模板工程的硬件设备列表中，
AWBL_HWCONF_TPS02R_0宏默认已添加，同时，定义该宏的文件
（awbl_hwconf_tps02r_0.h）也以配置模板的形式提供在模板工程中，无需用户从零开始自行开发。
14.1.3 使用TPS02R模块
TPS02R可以采集两路温度，因而可以为系统提供两路温度传感器通道。在添加TPS02R设备时，将TPS02R提供的传感器通道的起始id定义为：SENSOR_TPS02R_0_START_ID，该值默认为1，由此可见，TPS02R为系统提供的传感器通道资源详见表14.4。
表14.4 TPS02R为系统提供的传感器通道资源
基于此，应用程序即可使用“通用传感器接口”（详见表6.6）操作id为1和 2的传感器通道，从这些通道中获取温度值。例如，每隔一秒读取TPS02R通道1（id为1）或通道2（id为2） 的温度数据，并将温度值通过串口打印出来。范例程序详见程序清单14.9。
程序清单14.9 使用TPS02R的范例程序
由于TPS02R 精度可达到0.000122℃，因此，在打印温度时，显示了6位小数，为便于打印显示，打印前将温度单位转换为了
AW_SENSOR_UNIT_MICRO（即：-6）。
14.2 能效检测模块——EMM400x
EMM400x是ZLG致远电子精心设计的系列能效检测模块。EMM400x包含了一系列型号，型号主要根据通道数目进行划分，选型表详见表14.5。
表14.5 EMM400x系列能效检测模块选型表
在AWorks中，EMM400x系列模块的使用方法都是类似的，本节将以EMM400A模块为例，讲解该系列能效检测模块在AWorks中的使用方法。
14.2.1 EMM400A简介
EMM400A是ZLG致远电子针对板级电路推出的能效管理模块，集电量测量单元、DC-DC隔离电源、通讯信号隔离电路于一体，可独立完成市电电压、电流、有功功率和电能的测量，使主设备对用电设备做出有效管控。精度高达2%，内置2500V电器隔离电路，可有效隔离市电与板内弱电。该模块采用超小体积设计，在保证PCB紧凑型的同时，为用户提供最便捷的能效管理方案。该产品无需外围元器件，使用方便，接法简单。通讯方式使用的单串口通信，用户只需要接收数据，不需要发送数据以操作模块寄存器，大大节省了程序使用资源。
1. 产品特性
免校准单相电能计量；
数据传输方式：串口，波特率4800bps；
有效输入电压：80~260Vrms，精度2%；
有效输入电流：0.010~1.5Arms，精度2%；
输入有功功率：0.8~390W，精度 2%，绝对误差0.06W；
隔离耐压 2500VDC；
工作温度：-40℃~+85℃。
图14.4 EMM400A引脚定义
2. 引脚分布
EMM400为DIP-6封装，其引脚定义见图14.4，引脚功能描述见表14.6。
表14.6 EMM400A引脚功能描述
3. 应用电路
EMM400A外部接线详见图14.5。无需外围元器件，只需按照推荐电路进行接线：1脚接电网的零线，2脚接负载的低端，4脚接电网的火线；6脚接单片机的数字地，7脚接MCU的RX接收引脚，8脚接3.3V电源输入。
图14.5 EMM400A外围电路接法
在该推荐电路的使用中，外部电路的搭接应注意高压侧的布线安全，在高压线的高端和低端最好应满足EN60950上推荐电气间隙，即至少距离3mm；同时，PCB线路应设计得尽量宽、尽量短，使得线路阻抗尽量小，减小线损。
4. 通讯方式说明
EMM400作为单相多功能计量模块，其自身提供高频脉冲用于电能计量。EMM400使用串口进行通讯，用户可以通过串口直接读取电压、电流、有功功率的相关计算参数如校准系数、信号周期等。
串口相关参数固定为： 4800bps，8位数据位，1位偶校验，1位停止位。EMM400上电后，每隔50ms自动将包含电压系数、电压周期、电流系数、电流周期、功率系数、功率周期、校准次数、CF脉冲个数的数据包通过串口发送出去。一个数据包固定为24字节，数据包格式详见表14.7。
表14.7 EMM400数据包格式
获取到各个数据后，即可通过公式计算出电流、电压、视在功率、有功功率、无功功率、电量等数据。各计算公式及说明详见表14.8。
表14.8 EMM400相关数据计算公式
上述通讯协议和计算公式仅供了解，在实际应用中，AWorks已经提供了EMM400的驱动，无需用户通过串口获取各个计算参数再代入公式中运算，用户可以直接使用通用传感器接口获取电流、电压、视在功率、有功功率、无功功率、电量等数据。
14.2.2 添加EMM400硬件设备
在AWorks中，硬件设备由AWBus-lite统一管理，向AWBus-lite中添加一个硬件设备需要确认6点信息：设备名、设备单元号、父总线类型、父总线编号、设备实例和设备信息。
1. 设备名
设备名往往与驱动名一致，EMM400驱动名在EMM400的驱动头文件（awbl_emm400.h）中定义，详见程序清单14.10。
程序清单14.10 EMM400驱动名定义（awbl_emm400.h）
基于此，设备名应为：
AWBL_EMM400_NAME。
2. 设备单元号
设备单元号用于区分系统中几个相同的硬件设备，它们的设备名一样，复用同一份驱动。若系统仅使用了一个EMM400，则设置为0即可。
3. 设备父总线的类型
EMM400模块需要通过串口通信，在当前系统中，串口仅作为简单的数据传输模块，并没有视为一个独立的总线类型，因而EMM400视为由CPU直接控制，挂在PLB总线上。基于此，bus_type的值为AWBL_BUSID_PLB。
4. 设备父总线的编号
EMM400设备挂在PLB总线上，系统仅有一条PLB总线， bus_index的值只能为0。
5. 设备实例
在awbl_emm400.h文件中，定义了EMM400的设备类型为：struct awbl_emm400_dev。基于该类型，可以定义一个设备实例，详见程序清单14.11。
程序清单14.11 定义EMM400设备实例
其中，__g_emm400_dev0的地址即可作为p_dev的值。
6. 设备信息
设备信息的具体类型是由设备驱动定义的。在awbl_emm400.h文件中，定义了EMM400的设备信息类型为：awbl_emm400_devinfo_t，其定义详见程序清单14.12。
程序清单14.12 设备信息类型（awbl_emm400.h）
其中，start_id表示为EMM400A设备分配的传感器通道起始id。EMM400可以为系统提供6路的传感器通道， 它们按顺序分别用于获取电压有效值、电流有效值、视在功率、有功功率、无功功率和用电量。起始id标识了6个通道的起始id，EMM400占用的id范围即为：start_id ~ (start_id + 6 - 1)。例如，start_id为3，则占用的id范围为：3 ~ 8。为了便于传感器通道id的管理，统一将设备提供的一系列传感器通道的起始id在aw_pri_params.h中定义，例如，EMM400提供的6路传感器通道的起始id可以定义为：
基于此，start_id的值可以设置为
SENSOR_EMM400_0_START_ID，后续若需修改起始id，仅需修改对应的宏值即可。
com_id为与EMM400模块通信的的串口号，可用串口号与具体使用的硬件平台相关，在aw_prj_params.h文件中定义。例如，在i.MX28x硬件平台中，支持6个串口，包括一个调试串口和5个应用串口，它们的串口号定义详见程序清单14.13。
程序清单14.13 串口号定义
若使用AUART0与EMM400通信，则com_id的值为IMX28_AUART0_COMID。
至此，可以定义完整的设备信息，范例详见程序清单14.14。
程序清单14.14 EMM400设备信息定义范例
综合上述设备名、设备单元号、父总线类型、父总线编号、设备实例和设备信息，可以可以完成一个EMM400硬件设备的描述，其定义详见程序清单14.15。
程序清单14.15 EMM400硬件设备宏的详细定义（awbl_hwconf_emm400_0.h）
其中，定义了硬件设备宏：
AWBL_HWCONF_EMM400_0，为便于裁剪，使用了一个使能宏AW_DEV_EXTEND_EMM400_0对其具体内容进行了控制，仅当使能宏被有效定义时，AWBL_HWCONF_EMM400_0才表示一个有效的硬件设备。在硬件设备列表中，加入该宏即可完成设备的添加，详见程序清单14.16。
程序清单14.16 在硬件设备列表中添加设备
实际上，在模板工程的硬件设备列表中，
AWBL_HWCONF_EMM400_0宏默认已添加，同时，定义该宏的文件
（awbl_hwconf_emm400_0.h）也以配置模板的形式提供在模板工程中，无需用户从零开始自行开发。
14.2.3 使用EMM400模块
EMM400可以采集6路传感器信号：电压有效值、电流有效值、视在功率、有功功率、无功功率和用电量。在添加EMM400设备时，将EMM400提供的传感器通道的起始id定义为：SENSOR_EMM400_0_START_ID，该值默认为3，由此可见，EMM400为系统提供的传感器通道资源详见表14.9。
表14.9 EMM400为系统提供的传感器通道资源
基于此，应用程序即可使用“通用传感器接口”（详见表6.6）操作id为3 ~ 8的传感器通道，从这些通道中获取相应的传感器值。例如，每隔一秒打印一次所有通道的值，范例程序详见程序清单14.17。
程序清单14.17 使用EMM400的范例程序
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原文标题：AWorks软件篇 — 温度和能效检测模块
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