怎样读取基于RK3399Pro的AM2321单总线温湿度数据呢

AM2321单总线有哪些应用呢？
怎样读取基于RK3399Pro的AM2321单总线温湿度数据呢？

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罗标雄

2022-2-14 11:09:07

AM2321采用的是单总线控制。

AM2321单总线介绍

查看am2321的数据手册
单总线通信特殊说明

典型应用电路中建议连接线长度短于 30 米时用 5.1K 上拉电阻，大于 30 米时根据实际情况降低上拉电阻的阻值。
使用 3.3V 电压供电时连接线长度不得大于 30cm。否则线路压降会导致传感器供电不足，造成测量偏差。
读取传感器最小间隔时间为 2S；读取间隔时间小于 2S，可能导致温湿度不准或通信不成功等情况。
每次读出的温湿度数值是上一次测量的结果，欲获取实时数据，需连续读取两次，建议连续多次读取传感器，且每次读取传感器间隔大于 2 秒即可获得准确的数据。

单总线说明

AM2321 器件采用简化的单总线通信。单总线即只有一根数据线，系统中的数据交换、控制均由数据线完成。设备（微处理器）通过一个漏极开路或三态端口连至该数据线，以允许设备在不发送数据时能够释放总线，而让其它设备使用总线；单总线通常要求外接一个约 5.1kΩ的上拉电阻，这样，当总线闲置时，其状态为高电平。由于它们是主从结构，只有主机呼叫传感器时，传感器才会应答，因此主机访问传感器都必须严格遵循单总线序列，如果出现序列混乱，传感器将不响应主机。
单总线传送数据定义

SDA 用于微处理器与 AM2321 之间的通讯和同步,采用单总线数据格式，一次传送 40 位数据，高位先出。具体通信时序如下图1所示，通信格式如下表1单总线格式所示：

图1 通信时序

表1 单总线格式
单总线数据计算示例
示例一：接收到的 40 位数据为：
[tr]0000 00101001 00100000 00010000 11011010 0010[/tr]

湿度高 8 位计算：

湿度低 8 位

温度高 8 位

温度低 8 位

校验位

0000 0010+1001 0010 +0000 0001+0000 1101= 1010 0010（校验位）接收数据正确：
湿度： 0000 0010 1001 0010 = 0292H (十六进制)= 2× 256 + 9× 16 + 2 = 658=> 湿度 = 65.8%RH温度： 0000 0001 0000 1101 = 10DH(十六进制) = 1× 256 + 0× 16 + 13 = 269=> 温度= 26.9℃
单总线时序说明

主机从 AM2321 读取的温湿度数据总是前一次的测量值，如两次测量间隔时间很长，请连续读两次以第二次获得的值为实时温湿度值，同时两次读取间隔时间最小为 2S。
读写的流程图

程序代码编写

添加设备树

在设备树
arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3399pro-toybrick-prop-linux.dts
中添加

      gpio-am2321{
            status = "okay";
            compatible = "gpio-am2321";
            gpio-am2321 = <&gpio1 RK_PB2 GPIO_ACTIVE_LOW>;
      };

驱动编写

匹配设备节点

static const struct of_device_id of_gec_am2321_match[] = {
{ .compatible = "gpio-am2321", .data = NULL}, //compatible 兼容属性名，需与设备树节点的属性一致
{ /* NULL */},
};

static struct platform_driver gec3399_am2321_driver =
{
.probe = rk_am_probe,
.remove = rk_am_remove,
.driver  = {
      .name ="gpio-am2321",
      .of_match_table = of_gec_am2321_match,    //设备树设备匹配
   }

};
文件探索

static int rk_am_probe(struct platform_device *pdev)
{
int ret;
struct device_node *buz_node = pdev->dev.of_node;
printk(KERN_INFO "%sn", __func__);

printk(KERN_INFO"gpio-am2321 math succeen");

ret =  misc_register(&gec3399_am_misc); //注册字符设备
if(ret < 0){
      printk(KERN_INFO"misc register errorn");
      goto err_misc_register;
   }

gpio_am = of_get_named_gpio(buz_node,"gpio-am2321", 0); //从设备树获取GPIO号
if (!gpio_is_valid(gpio_am)) {
      printk("gpio-am2321: %d is invalidn",gpio_am);
      ret = -ENODEV;
      goto err_get_gpio;
}
printk(KERN_INFO"gpio-am2321 = %dn",gpio_am);
gpio_free(gpio_am);
ret = gpio_request(gpio_am,"ak8963c_DYDR"); //申请gpio_am引脚为GPIO模式
if(ret < 0){
      printk("gpio_request  gpio = ak8963c_DYDR errorn");
      goto err_get_gpio;
}

ret = gpio_direction_output(gpio_am,0);    //初始划蜂鸣器为关闭状态
if(ret < 0){
      printk("gpio direction input  gpio = ak8963c_DYDR errorn");
      goto err_gpio_direction;
}

printk( KERN_ALERT "am2321 dirve install succeen");
return 0;
err_gpio_direction:
gpio_free(gpio_am);
err_get_gpio:
misc_deregister(&gec3399_am_misc);
err_misc_register:
return ret;
}
杂项设备

static struct miscdevice gec3399_am_misc = {
.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,
.fops = &gec3399_am_fops,
.name = "am2321_drv",
}; //混杂设备结构体定义和初始化

文件操作集

static const struct file_operations gec3399_am_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.read    = am2321_read,
.release = gec3399_am_release,
}; //文件操作集结构体

读温湿度接口

static ssize_t am2321_read (struct file *file, char __user *buffer, size_t size, loff_t *offset)
{
int ret;
unsigned long flags;
unsigned short verify_sum = 0;
//int i;
debug("<0>""enter am2321_read functionnn");
debug("<0>""am2321_PIN level = %dn",read_pin_level());

/* 因为am2321的时序要求很高，所以在读温湿度的时候要让代码进入临界区，防止内核调度和抢占 */
local_irq_save(flags);
ret = am2321_start_signal();

if(ret ==1)  //如果收到应答
      am2321_read_data();
else
      return -1;

local_irq_restore(flags);

debug("<0>""%x %x %x %x %xn",data_buf[0],data_buf[1],data_buf[2],data_buf[3],data_buf[4]);

verify_sum = data_buf[0]+data_buf[1]+data_buf[2]+data_buf[3];

if(verify_sum == data_buf[4])
{
      /* 将读取的温湿度数据拷贝到用户空间 */
      ret = copy_to_user(buffer, data_buf, 4);
      if(ret < 0)
      {
         debug("<0>""copy to user errn");
         return -EAGAIN;
      }
}
else{
      printk("data is errorrn");
}

return 0;
}
开始信号

static bool am2321_start_signal(void)
{

int i = 0;
set_pin_level(1);
mdelay(50);
//第一步：拉低10ms
set_pin_level(0);
mdelay(1);
//第二步：拉高30us
set_pin_level(1);
udelay(30);
//第三步:等待am2321主动拉低
while(read_pin_level()==1)
{
   i++;
   udelay(1);
   if(i>500){
         debug("<0>""wait pin for low level  out time! %s %dn",__FUNCTION__,__LINE__);
         goto err0;
   }
}
//debug("<0>""(1)wait pin for low level  success! i=%dn",i);

i = 0;
//第四步：等待am2321拉高，不超过85us
while(read_pin_level()==0)
{
   i++;
   udelay(1);
   if(i>90){
         debug("<0>""wait pin for hight level  out time! %s %dn",__FUNCTION__,__LINE__);
         goto err0;
   }
}
//debug("<0>""(2)wait pin for hight level  success! i=%dn",i);

i = 0;
//第五步：等待am2321拉低，不超过85us
while(read_pin_level()==1)
{
   i++;
   udelay(1);
   if(i>500){
         debug("<0>""wait pin for data input  out time! %s %dn",__FUNCTION__,__LINE__);
         goto err0;
   }
}
//debug("<0>""(3)wait pin for data input  success! i=%dn",i);

return 1;
err0:
set_pin_level(1);
return 0;
}
温湿度数据读取一个byte字节

static bool am2321_read_byte(char *byte)
{
int time=0;
int i = 0;
for(i=0; i<8; i++)
{
      *byte = *byte << 1;
      //udelay(30);
      time=0;
      //等待高电平，开始读取数据
      while(read_pin_level()==0)
      {
         time++;
         udelay(1);
         if(time > 500)
         {
            debug("<0>""wait pin for hight level  out time! %s %dn",__FUNCTION__,__LINE__);
            return 0;
         }
      }
      //如果超过了30us后还是高电平，就是逻辑高电平，稳妥采取55us后读取。
      udelay(40);
      *byte |= read_pin_level();
      //等待一次数据读取结束
         time = 0;
         while(read_pin_level()==1)
         {
            time++;
            udelay(1);
            if(time > 500)
            {
               debug("<0>""wait pin for low level  out time! %s %dn",__FUNCTION__,__LINE__);
               return 0;
            }
      }
}
return 1;
}
上层测试代码

#include
#include
#include
#include
#include

/* 程序的入口函数 */
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd;
char buf[4]; /* 定义存放数据的数组 */
int length;
float tem,hum;

/* 以只读方式打开设备节点 */
fd = open("/dev/am2321_drv", O_RDONLY);
if(fd < 0)
{
      printf("open failed!n");
      return -1;
}

while(1)
{
      sleep(3);
      length = read(fd, buf, 4);  /* 读取温湿度数据 */

      /* 将数据从终端打印出来
      * buf[0] 湿度高8位部分
      * buf[1] 湿度低8位部分
      * buf[2] 温度高8位部分
      * buf[3] 温度低8位部分
      */
      hum = (float)((buf[0]<<8)|buf[1])/10;
      tem = (float)((buf[2]<<8)|buf[3])/10;

      printf("Temp: %xH ==> %.1f Humi: %xH ==> %.1fn", (buf[2]<<8)|buf[3],tem,(buf[0]<<8)|buf[1],hum);

}

/* 关闭DHT11设备节点 */
close(fd);
return 0;
}
Makefile编写

obj-m += am2321.o
KERNELDIR:=/file/RK3399Pro/rk3399pro_git_repo/kernel
PWD:=$(shell pwd)

default:
$(MAKE)  -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules

test:
aarch64-linux-gnu-gcc am2321_test.c -o am2321_test

clean:
rm -rf *.o *.order .*.cmd *.ko *.mod.c *.symvers *.tmp_versions
测试步骤

编译源码

在ubuntu中输入：
make
得到驱动目标文件am2321.ko
输入：
make test
得到测试目标文件：am2321_test

加载驱动

在开发板命令终端输入：
insmod am2321.ko
执行测试程序

在开发板命令终端输入：

chmod 777 am2321_test
./am2321_test

实验现象

读取温湿度数据

root@linaro-alip:~# ./test/am2321_test
[  686.323038] <0>enter am2321_read functionn
[  686.323482] <0>am2321_PIN level = 1
[  686.379139] <0>1 b5 1 19 d0
Temp: 119H ==> 28.1 Humi: 1b5H ==> 43.7

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