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【NanoPi M2试用体验】之通过spidev0.0驱动及MAX31855芯片采集K型热电偶温度（附工程文件）

2016-6-12 12:52:17 11074 热电偶 SPI

【NanopiM2试用】之通过spidev0.0驱动及MAX31855芯片采集K型热电偶温度（附工程文件）

我的数据采集服务器项目中，有一个采集K型热电偶反馈的温度数据，温度范围宽，最高温度为1350度。通常采集热电偶我们可以采用仪表放大器前端信号放大——A/D转换——冷端补偿——查表，得出热电偶信号所反映的热端温度，但是对于做原型机来说，显得有点儿麻烦。通过搜索查询，MAX31855这款芯片完全能够满足我的需求，该芯片内部自带一个环境温度传感器，可以自动进行冷端温度补偿，同时对于K型热电偶，最高转换温度可以达到1350度，对外接口为SPI，通讯模式为模式0，这样我完全可以通过Nanopi M2外扩的SPI0接口实现对MAX31855对热电偶转换后的温度进行采集。

本篇试用报告主要介绍如何通过Nanopi M2已经实现的SPI0驱动程序，实现用户模式下的SPI通讯，完成对K型热电偶温度数据的采集。

1. MAX31855引脚、通讯模式及温度算法

MAX31855具有冷端补偿，将K、J、N、T或E型热电偶信号转换成数字量。器件输出14位带符号数据，通过SPITM兼容接口、以只读格式输出。转换器的温度分辨率为0.25℃，最高温度读数为+1800℃，最低温度读数为-270℃，对于K型热电偶，温度范围为-200℃至+700℃，保持±2℃精度。

MAX31855与MCU或MPU接线图：

SPI通讯时序图：

驱动CS为低电平时，SO引脚将输出第一位数据。通过串口读取完整的冷端补偿热电偶温度，需要14个时钟周期。读取热电偶和参考端温度需要32个时钟周期(表2和表3)。在时钟下降沿读取输出位。第一位D31为热电偶温度符号位。D[30:18]位包含温度转换数据，顺序为MSB至LSB。D16位正常状态下为低电平，热电偶输入开路或对GND或VCC短路时变为高电平。参考端温度数据从D15开始。输出转换数据时， CS任何时候均可变为高电平。

根据以上描述，将上述时序、数据位的含义转换为后续的程序代码。

2. 硬件环境搭建

根据第一节对MAX31855引脚的功能描述，将K型热电偶、MAX31855、Nanopi M2用杜邦线连起来。

MAX31855实物图：

MAX31855连接K型热电偶：

Nanopi M2的SPI0接口如下(3.3V,GND,MISO,CLK,CS共5根线)：

K型热电偶、MAX31855和Nanopi M2硬件连接：

2. 基于QT的K型热电偶SPI接口数据采集软件开发

2.1 创建QT项目

在命令行输入如下命令：

su root

password:fa

qtcreator

启动QT软件开发环境，新建项目，项目名称我选为max31855_temperatureShow，软件类型设置widget,设计界面如图所示：

2.2 编写头文件

1）common.h

#ifndef _COMMON_H_

#define _COMMON_H_

#define __DEBUG

#ifdef __DEBUG

#define DEBUG(format, args...)

printf("FAHW-Lib: " format, ## args)

#else

#define DEBUG(format, args...)

#endif

#include

extern void clearLastError();

extern void setLastError(const char *fmt,...);

#define EXPORT

extern int writeValueToFile(char* fileName,char* buff);

extern int writeIntValueToFile(char*fileName, int value);

extern int readValueFromFile(char*fileName, char* buff, int len);

extern int readIntValueFromFile(char*fileName);

#define FILE_PATH_LENGTH (128)

#endif

2）libfahw-filectl.h

#ifndef __FRIENDLYARM_HARDWARE_FILECTRL_H__

#define __FRIENDLYARM_HARDWARE_FILECTRL_H__

int openHW(const char *devName, int flags);

int writeHW(int fd, const void *_data,size_t len);

int readHW(int fd, void *_data, size_tlen);

int selectHW(int fd, int sec, int usec);

void closeHW(int fd);

int ioctlWithIntValue(int fd, int cmd, intvalue);

#endif

3）libfahw-spi.h

#ifndef __FRIENDLYARM_HARDWARE_SPI_H__

#define __FRIENDLYARM_HARDWARE_SPI_H__

// SPIBitOrder

#define LSBFIRST (0) ///< LSB First

#define MSBFIRST (1) ///< MSB First

// SPIMode

#define SPI_MODE0 (0) ///< CPOL (0, CPHA (0

#define SPI_MODE1 (1) ///< CPOL (0, CPHA (1

#define SPI_MODE2 (2) ///< CPOL (1, CPHA (0

#define SPI_MODE3 (3) ///< CPOL (1, CPHA (1

#define SPI_CPHA (0x01)

#define SPI_CPOL (0x02)

#define SPI_CS_HIGH (0x04)

#define SPI_LSB_FIRST (0x08)

#define SPI_3WIRE (0x10)

#define SPI_LOOP (0x20)

#define SPI_NO_CS (0x40)

#define SPI_READY (0x80)

// SPIClockDivider

#define SPI_CLOCK_DIV65536 (0) ///< 65536 (256us (4kHz

#define SPI_CLOCK_DIV32768 (32768) ///< 32768 (126us (8kHz

#define SPI_CLOCK_DIV16384 (16384) ///< 16384 (64us (15.625kHz

#define SPI_CLOCK_DIV8192 (8192) ///< 8192 (32us (31.25kHz

#define SPI_CLOCK_DIV4096 (4096) ///< 4096 (16us (62.5kHz

#define SPI_CLOCK_DIV2048 (2048) ///< 2048 (8us (125kHz

#define SPI_CLOCK_DIV1024 (1024) ///< 1024 (4us (250kHz

#define SPI_CLOCK_DIV512 (512) ///< 512 (2us (500kHz

#define SPI_CLOCK_DIV256 (256) ///< 256 (1us (1MHz

#define SPI_CLOCK_DIV128 (128) ///< 128 (500ns (= 2MHz

#define SPI_CLOCK_DIV64 (64) ///< 64 (250ns (4MHz

#define SPI_CLOCK_DIV32 (32) ///< 32 (125ns (8MHz

#define SPI_CLOCK_DIV16 (16) ///< 16 (50ns (20MHz

#define SPI_CLOCK_DIV8 (8) ///< 8 (25ns (40MHz

#define SPI_CLOCK_DIV4 (4) ///< 4 (12.5ns 80MHz

#define SPI_CLOCK_DIV2 (2) ///< 2 (6.25ns (160MHz

#define SPI_CLOCK_DIV1 (1) ///< 0 (256us (4kHz

int setSPIWriteBitsPerWord( int spi_fd, intbits );

int setSPIReadBitsPerWord( int spi_fd, intbits );

int setSPIBitOrder( int spi_fd, int order);

int setSPIMaxSpeed(int spi_fd, unsigned intspi_speed);

int setSPIDataMode( int spi_fd, int mode);

int SPItransferOneByte( int spi_fd,unsigned char byteData, int spi_delay, int spi_speed, int spi_bits);

int SPItransferBytes(

int spi_fd

, unsigned char * writeData

, int writeLen

, unsigned char * readBuffer

, int readLen

, int spi_delay

, int spi_speed

, int spi_bits

);

int writeBytesToSPI(

int spi_fd

, unsigned char * writeData

, int writeLen

, int spi_delay

, int spi_speed

, int spi_bits

);

int readBytesFromSPI(

int spi_fd

, unsigned char * readBuffer

, int readLen

, int spi_delay

, int spi_speed

, int spi_bits

);

#define SPI0_PATH"/dev/spidev0.0"

#endif

重点关注上面红颜色的那一行，代表我们使用哪个接口的驱动程序。系统目前只实现SPI0的驱动，如图所示：

4）max31855.h

#ifndef __FRIENDLYARM_HARDWARE_MAX31855_H__

#define __FRIENDLYARM_HARDWARE_MAX31855_H__

struct MAX31855

{

floattmp_ref;

floattmp_Thermo;

};

extern int Max31855Init(unsigned charspimode, unsigned char spibits,unsigned int spispeed);

extern void Max31855DeInit(int devFD);

extern int Max31855ReadTemperature(intdevFD,unsigned char* buf);

#endif

5）spi_enum.h

#ifndef __SPI_ENUM__

#define __SPI_ENUM__

/// SPIBitOrder

/// Specifies the SPI data bit ordering

typedef enum

{

LSBFIRST= 0, ///< LSB First

MSBFIRST= 1 ///< MSB First

}SPIBitOrder;

/// SPIMode

/// Specify the SPI data mode

typedef enum

{

SPI_MODE0= 0, ///< CPOL = 0, CPHA = 0

SPI_MODE1= 1, ///< CPOL = 0, CPHA = 1

SPI_MODE2= 2, ///< CPOL = 1, CPHA = 0

SPI_MODE3= 3, ///< CPOL = 1, CPHA = 1

}SPIMode;

/// SPIClockDivider

/// Specifies the divider used to generatethe SPI clock from the system clock.

/// Figures below give the divider, clockperiod and clock frequency.

typedef enum

{

SPI_CLOCK_DIV65536= 0, ///< 65536 = 256us = 4kHz

SPI_CLOCK_DIV32768= 32768, ///< 32768 = 126us = 8kHz

SPI_CLOCK_DIV16384= 16384, ///< 16384 = 64us =15.625kHz

SPI_CLOCK_DIV8192 = 8192, ///< 8192 = 32us = 31.25kHz

SPI_CLOCK_DIV4096 = 4096, ///< 4096 = 16us = 62.5kHz

SPI_CLOCK_DIV2048 = 2048, ///< 2048 = 8us = 125kHz

SPI_CLOCK_DIV1024 = 1024, ///< 1024 = 4us = 250kHz

SPI_CLOCK_DIV512 = 512, ///< 512 = 2us = 500kHz

SPI_CLOCK_DIV256 = 256, ///< 256 = 1us = 1MHz

SPI_CLOCK_DIV128 = 128, ///< 128 = 500ns = = 2MHz

SPI_CLOCK_DIV64 =64, ///< 64 = 250ns = 4MHz

SPI_CLOCK_DIV32 = 32, ///< 32 = 125ns = 8MHz

SPI_CLOCK_DIV16 = 16, ///< 16 = 50ns = 20MHz

SPI_CLOCK_DIV8 = 8, ///< 8 = 25ns = 40MHz

SPI_CLOCK_DIV4 = 4, ///< 4 = 12.5ns 80MHz

SPI_CLOCK_DIV2 = 2, ///< 2 = 6.25ns = 160MHz

SPI_CLOCK_DIV1 = 1, ///< 0 = 256us = 4kHz

} SPIClockDivider;

#endif

6）spidev.h

#ifndef SPIDEV_H

#define SPIDEV_H

#include

#define SPI_CPHA 0x01

#define SPI_CPOL 0x02

#define SPI_MODE_0 (0|0)

#define SPI_MODE_1 (0|SPI_CPHA)

#define SPI_MODE_2 (SPI_CPOL|0)

#define SPI_MODE_3 (SPI_CPOL|SPI_CPHA)

#define SPI_CS_HIGH 0x04

#define SPI_LSB_FIRST 0x08

#define SPI_3WIRE 0x10

#define SPI_LOOP 0x20

#define SPI_NO_CS 0x40

#define SPI_READY 0x80

/*---------------------------------------------------------------------------*/

/* IOCTL commands */

#define SPI_IOC_MAGIC 'k'

struct spi_ioc_transfer {

__u64 tx_buf;

__u64 rx_buf;

__u32 len;

__u32 speed_hz;

__u16 delay_usecs;

__u8 bits_per_word;

__u8 cs_change;

__u32 pad;

};

/* not all platforms use or _IOC_TYPECHECK() ... */

#define SPI_MSGSIZE(N)

((((N)*(sizeof(struct spi_ioc_transfer))) < (1 << _IOC_SIZEBITS))

?((N)*(sizeof (struct spi_ioc_transfer))) : 0)

#define SPI_IOC_MESSAGE(N)_IOW(SPI_IOC_MAGIC, 0, char[SPI_MSGSIZE(N)])

/* Read / Write of SPI mode(SPI_MODE_0..SPI_MODE_3) */

#define SPI_IOC_RD_MODE _IOR(SPI_IOC_MAGIC, 1, __u8)

#define SPI_IOC_WR_MODE _IOW(SPI_IOC_MAGIC, 1, __u8)

/* Read / Write SPI bit justification */

#define SPI_IOC_RD_LSB_FIRST _IOR(SPI_IOC_MAGIC, 2, __u8)

#define SPI_IOC_WR_LSB_FIRST _IOW(SPI_IOC_MAGIC, 2, __u8)

/* Read / Write SPI device word length(1..N) */

#define SPI_IOC_RD_BITS_PER_WORD _IOR(SPI_IOC_MAGIC, 3, __u8)

#define SPI_IOC_WR_BITS_PER_WORD _IOW(SPI_IOC_MAGIC, 3, __u8)

/* Read / Write SPI device default maxspeed hz */

#define SPI_IOC_RD_MAX_SPEED_HZ _IOR(SPI_IOC_MAGIC, 4, __u32)

#define SPI_IOC_WR_MAX_SPEED_HZ _IOW(SPI_IOC_MAGIC, 4, __u32)

#endif /* SPIDEV_H */

2.3 编写.C文件

.c文件见附件

2.4 修改QT工程文件

将以上创建的头文件和C文件添加到QT项目工程，并修改项目工程如下：

widget.h文件如下设置：

widget.cpp的构造函数中设置如下：

定时器槽函数设置如下：

void Widget::RecvTimer()

{

int ret = Max31855ReadTemperature(devFD,buff);

unsigned short data = 0;

if(ret <0)

{

//printf("Read Temperatureform max31855 Failed!n");

QMessageBox::information(this,tr("系统信息"),tr("从max31855 读取温度值失败！"));

}

else

{

struct MAX31855 TMP;

if((buff[0] & 0x80) ==0x80) //符号位1,负温度

{

data = ((0x3fff -(((buff[0] << 8) + buff[1]) >> 2)) + 1);

TMP.tmp_Thermo = (0 - (data* 0.25)); //计算热电偶温度

}

else

{

data = (((buff[0] <<8) + buff[1]) >> 2);

TMP.tmp_Thermo = (data *0.25); //正热电偶

}

if((buff[2] & 0x80) ==0x80)

{

data = ((0xfff - (((buff[2]<< 8) + buff[3]) >> 4)) + 1);

TMP.tmp_ref = (0 - (data *0.0625));

}

else

{

data = (((buff[2] <<8) + buff[3]) >> 4);

TMP.tmp_ref = (data *0.0625); //冷端温度

}

//printf("ret=%d,buff[0]=%d,buff[1]=%d,buff[2]=%d,buff[3]=%dn",ret,buff[0],buff[1],buff[2],buff[3]);

//printf("tmp_Thermo=%f,temp_ref=%fn",TMP.tmp_Thermo,TMP.tmp_ref);

QString qs1 =QString("%1").arg(TMP.tmp_Thermo);

QString qs2 =QString("%1").arg(TMP.tmp_ref);

ui->lcdNumber_Thermo->display(qs1);

ui->lcdNumber_ref->display(qs2);

}

3 编译运行

按照上述步骤建立完QT项目工程后，点击“Run”按钮，系统启动运行界面，如果一切正常，温度采集界面如图所示：

MAX31855_QT源码.rar

430.44 KB , 下载次数: 101

MAX31855_cn.pdf

1018.24 KB , 下载次数: 42

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2016-6-12 12:52:17　　评论 淘帖0

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2017-3-10 14:20:35 评论举报 1^# yao940529562

0 很不错的创意啊

2017-5-2 12:22:14 评论举报 2^# lee_st

0 非常有必要支持的，

2017-5-2 12:22:24 评论举报 3^# lee_st

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