第二十八章 內部温度傳感器實驗
1）實驗平台：正點原子DNESP32S3開發板
2）章節摘自【正點原子】ESP32-S3使用指南—IDF版 V1.6
3）購買鏈接：https://detail.tmall.com/item.htm?&id=768499342659
4）全套實驗源碼+手冊+視頻下載地址：http://www.openedv.com/docs/boards/esp32/ATK-DNESP32S3.html
5）正點原子官方B站：https://space.bilibili.com/394620890
6）正點原子DNESP32S3開發板技術交流羣：132780729
本章，我們將介紹ESP32-S3的內部温度傳感器並使用它來讀取温度值，然後在LCD模塊上顯示出來。本章分為如下幾個小節：
28.1 IIC簡介
28.2 硬件設計
28.3 程序設計
28.4 下載驗證
28.1 內部温度傳感器簡介
温度傳感器生成一個隨温度變化的電壓。內部ADC將傳感器電壓轉化為一個數字量。温度傳感器的測量範圍為–20 °C 到110 °C。温度傳感器適用於監測芯片內部温度的變化，該温度值會隨着微控制器時鐘頻率或IO負載的變化而變化。一般來講，芯片內部温度會高於外部温度。ESP32-S3温度傳感器相關內容，請看《esp32-s3_technical_reference_manual_cn.pdf》技術手冊39.4章節。
温度傳感器的輸出值需要使用轉換公式轉換成實際的温度值 (°C)。轉換公式如下：
T(°C) = 0.4386 VALUE –27.88 offset –20.52
其中 VALUE 即温度傳感器的輸出值，offset 由温度偏移決定。温度傳感器在不同的實際使用環境（測量温度範圍）下，温度偏移不同，見下表所示。
表28.1.1 温度傳感器的温度偏移
28.2 硬件設計
28.2.1 例程功能
本章實驗功能簡介：通過ADC的通道讀取ESP32-S3內部温度傳感器的電壓值，並將其轉換為温度值，顯示在SPILCD屏上。
28.2.2 硬件資源
- XL9555
IIC_SDA-IO41
IIC_SCL-IO42
- SPILCD
CS-IO21
SCK-IO12
SDA-IO11
DC-IO40（在P5端口，使用跳線帽將IO_SET和LCD_DC相連）
PWR- IO1_3（XL9555）
RST- IO1_2（XL9555）
- 內部温度傳感器
28.2.3 原理圖
本章實驗使用的ADC為ESP32-S3的片上資源，因此並沒有相應的連接原理圖。
28.3 程序設計
28.3.1 程序流程圖
程序流程圖能幫助我們更好的理解一個工程的功能和實現的過程，對學習和設計工程有很好的主導作用。下面看看本實驗的程序流程圖：
圖28.3.1.1 温度傳感器實驗程序流程圖
28.3.2 內部温度傳感器函數解析
ESP-IDF提供了一套API來配置温度傳感器。要使用此功能，需要導入必要的頭文件：
#include "driver/temperature_sensor.h"
接下來，作者將介紹一些常用的ESP32-S3中的温度傳感器函數，這些函數的描述及其作用如下：
1，設置測試温度的最大與最小值
該函數用於配置測試温度的大小範圍，其函數原型如下：
esp_err_t temperature_sensor_install(const temperature_sensor_config_t *tsens_config,
temperature_sensor_handle_t *ret_tsens);該函數的形參描述，如下表所示：
表28.3.2.1 函數temperature_sensor_install()形參描述
該函數的返回值描述，如下表所示：
表28.3.2.2 函數temperature_sensor_install()返回值描述
該函數使用temperature_sensor_config_t類型的結構體變量傳入，該結構體的定義如下：
表28.3.2.3temperature_sensor_config_t結構體參數值描述
完成上述結構體參數配置之後，可以將結構傳遞給 temperature_sensor_install() 函數，用以實例化温度傳感器。
2，使能温度傳感器
該函數用於使能温度傳感器，其函數原型如下：
esp_err_t temperature_sensor_enable(temperature_sensor_handle_ttsens);該函數的形參描述，如下表所示：
表28.3.2.3 函數temperature_sensor_enable ()形參描述
該函數的返回值描述，如下表所示：
表28.3.2.4 函數temperature_sensor_enable ()返回值描述
3，獲取傳輸的傳感器數據
該函數用於獲取傳輸的傳感器數據，其函數原型如下：
esp_err_t temperature_sensor_get_celsius(temperature_sensor_handle_ttsens, float *out_celsius);該函數的形參描述，如下表所示：
表28.3.2.5 函數temperature_sensor_get_celsius ()形參描述
該函數的返回值描述，如下表所示：
表28.3.2.6 函數temperature_sensor_get_celsius ()返回值描述
4，失能温度傳感器
該函數用於獲取傳輸的傳感器數據，其函數原型如下：
esp_err_t temperature_sensor_disable(temperature_sensor_handle_ttsens);該函數的形參描述，如下表所示：
表28.3.2.7 函數temperature_sensor_disable ()形參描述
該函數的返回值描述，如下表所示：
表28.3.2.8 函數temperature_sensor_disable ()返回值描述
28.3.3 內部温度傳感器驅動解析
在IDF版18_internal_Temperature例程中，作者在18_internal_Temperature\components\BSP路徑下新增了一個SENSOR文件夾，分別用於存放sensor.c、sensor.h這兩個文件。其中，sensor.h文件負責聲明温度傳感器相關的函數和變量，而sensor.c文件則實現了温度傳感器的驅動代碼。下面，我們將詳細解析這兩個文件的實現內容。
1，sensor.h文件
/* 參數定義 */
#define SENSOR_RANGE_MIN 20 /* 要測試温度的最小值 */
#define SENSOR_RANGE_MAX 50 /* 要測試温度的最大值 */
2，sensor.c文件
在上述sensor.h文件中我們通過宏定義的方式定義了待測試温度的最大與最小值，該值在不超過理論值的基礎上，開發者可以自行定義。
esp_err_t rev_flag;
temperature_sensor_handle_t temp_handle = NULL; /* 温度傳感器句柄 */
/**
* @brief 初始化內部温度傳感器
* @param無
* @retval 無
*/
voidtemperature_sensor_init(void)
{
temperature_sensor_config_t temp_sensor;
temp_sensor.range_min = SENSOR_RANGE_MIN; /* 要測試温度的最小值 */
temp_sensor.range_max = SENSOR_RANGE_MAX; /* 要測試温度的最大值 */
rev_flag |=temperature_sensor_install(&temp_sensor, &temp_handle);
ESP_ERROR_CHECK(rev_flag);
}
/**
* @brief 獲取內部温度傳感器温度值
* @param 無
* @retval 返回內部温度值
*/
shortsensor_get_temperature(void)
{
float temp;
/* 啓用温度傳感器 */
rev_flag |=temperature_sensor_enable(temp_handle);
/* 獲取傳輸的傳感器數據 */
rev_flag |=temperature_sensor_get_celsius(temp_handle, &temp);
/* 温度傳感器使用完畢後，禁用温度傳感器，節約功耗 */
rev_flag |=temperature_sensor_disable(temp_handle);
ESP_ERROR_CHECK(rev_flag);
return temp;
}初始化內部温度傳感器後，再將温度傳感器使能以獲取傳感器數據，最終以返回值的形式將數據返回到數據處理的函數。
28.3.4 CMakeLists.txt文件
打開本實驗BSP下的CMakeLists.txt文件，其內容如下所示：
set(src_dirs
IIC
LCD
LED
SENSOR
SPI
XL9555)
set(include_dirs
IIC
LCD
LED
SENSOR
SPI
XL9555)
set(requires
driver)
idf_component_register(SRC_DIRS ${src_dirs}
INCLUDE_DIRS ${include_dirs} REQUIRES ${requires})
component_compile_options(-ffast-math -O3 -Wno-error=format=-Wno-format)
上述的紅色SENSOR驅動需要由開發者自行添加，以確保温度傳感器驅動能夠順利集成到構建系統中。這一步驟是必不可少的，它確保了温度傳感器驅動的正確性和可用性，為後續的開發工作提供了堅實的基礎。
28.3.5 實驗應用代碼
打開main/main.c文件，該文件定義了工程入口函數，名為app_main。該函數代碼如下。
i2c_obj_t i2c0_master;
/**
* @brief 程序入口
* @param 無
* @retval 無
*/
void app_main(void)
{
int16_t temp;
esp_err_t ret;
/* 初始化NVS */
ret = nvs_flash_init();
if (ret ==ESP_ERR_NVS_NO_FREE_PAGES ||ret == ESP_ERR_NVS_NEW_VERSION_FOUND)
{
ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_erase());
ret = nvs_flash_init();
}
/* 初始化LED */
led_init();
/* 初始化IIC0 */
i2c0_master = iic_init(I2C_NUM_0);
/* 初始化SPI2 */
spi2_init();
/* 初始化XL9555 */
xl9555_init(i2c0_master);
/* 初始化LCD */
lcd_init();
/* 初始化內部温度傳感器 */
temperature_sensor_init();
lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "ESP32", RED);
lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "Temperature TEST", RED);
lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
lcd_show_string(30, 120, 200, 16, 16, "TEMPERATE: 00.00C", BLUE);
while(1)
{
/* 得到温度值 */
temp =sensor_get_temperature();
if (temp < 0)
{
temp = -temp;
/* 顯示符號 */
lcd_show_string(30 + 10 * 8, 120, 16, 16, 16, "-", BLUE);
}
else
{
/* 無符號 */
lcd_show_string(30 + 10 * 8, 120, 16, 16, 16, " ", BLUE);
}
/* 顯示整數部分 */
lcd_show_xnum(30 + 11 * 8, 120, temp, 2, 16, 0, BLUE);
/* 顯示小數部分 */
lcd_show_xnum(30 + 14 * 8, 120, temp * 100 % 100, 2, 16, 0x80, BLUE);
/* LED閃爍,提示程序運行 */
LED_TOGGLE();
vTaskDelay(250);
}
}main函數代碼比較簡單，主要是通過sensor_get_temperature()函數讀取ESP32-S3內部温度值，最後在SPILCD上顯示。
28.4 下載驗證
將程序下載到開發板後，LCD顯示的內容如下圖所示：
圖28.5.1 內部温度傳感器實驗測試圖
大家可以看看你的温度值與實際是否相符合（因為芯片會發熱，所以一般會比實際温度偏高）？
