如何以最簡(jiǎn)單的方式獲取傳感器數(shù)據(jù)？
傳感器作為各個(gè)領(lǐng)域最重要的設(shè)備之一，產(chǎn)品種類之多，應(yīng)用領(lǐng)域之廣，隨著“智能時(shí)代”的到來(lái)，傳感器的使用將發(fā)揮更加關(guān)鍵的作用。那么，要如何以最簡(jiǎn)單，最高效的方式使用這些種類繁多，操作復(fù)雜的傳感器呢?本文將為大家一一介紹。
傳感器作為一種檢測(cè)裝置，它的應(yīng)用早已滲透到諸如工業(yè)生產(chǎn)、宇宙探索、海洋探測(cè)、環(huán)境保護(hù)、資源調(diào)查、醫(yī)學(xué)診斷、生物工程、甚至文物保護(hù)等等極其之廣泛的領(lǐng)域?？梢院敛豢鋸埖卣f(shuō)，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以及各種復(fù)雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個(gè)現(xiàn)代化項(xiàng)目，都離不開(kāi)傳感器。
目前，市面上已經(jīng)存在大量各種類型，各種型號(hào)，不同廠家生產(chǎn)的各種傳感器，例如，溫度、濕度、電壓、電流、壓強(qiáng)、光照、加速度、角速度等等。它們的應(yīng)用場(chǎng)景、產(chǎn)品參數(shù)、使用方法都不盡相同，這往往使許多項(xiàng)目開(kāi)發(fā)人員在使用傳感器時(shí)舉步維艱：添加一個(gè)傳感器，就要編寫(xiě)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)，提供一套訪問(wèn)這個(gè)傳感器的接口。
通常情況下，在一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)中，傳感器往往不止一個(gè)，可能存在幾個(gè)或幾十個(gè)甚至更多不同種類的傳感器，若這些傳感器的使用接口都不相同，那么可想而知，軟件方面的工作量和復(fù)雜度又會(huì)有多大?無(wú)形中又增加了很大的開(kāi)發(fā)難度。不僅如此，若基于多種傳感器開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序想跨平臺(tái)復(fù)用，而底層各個(gè)傳感器的接口卻千奇百怪，那么，這樣的工作量和復(fù)雜度又會(huì)上升到什么程度?
為了解決這些問(wèn)題，AWorks定義了通用的傳感器接口，適用于各式各樣的傳感器，只要是掛載在AWorks系統(tǒng)中的傳感器，都可以通過(guò)相同的操作接口來(lái)訪問(wèn)。同時(shí)，只要是基于這些通用接口開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序，都不會(huì)與具體的硬件設(shè)備綁定，換句話說(shuō)，底層更換使用不同型號(hào)的傳感器，對(duì)應(yīng)用程序不會(huì)造成影響，應(yīng)用程序可以不做任何改動(dòng)。
從功能上看，傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)真實(shí)世界中某種物理信號(hào)(溫度、濕度、氣壓等)的采集，在使用傳感器時(shí)，最重要的操作就是從傳感器中獲取出相應(yīng)的數(shù)據(jù)。接下來(lái)，進(jìn)一步介紹如何通過(guò)接口獲取傳感器數(shù)據(jù)作。
1、傳感器通道ID
在介紹接口的使用方法之前，需要簡(jiǎn)單了解一個(gè)概念，AWorks之所以能夠?qū)崿F(xiàn)使用一套相同的接口訪問(wèn)所有類型的傳感器，是因?yàn)锳Works對(duì)系統(tǒng)中的傳感器進(jìn)行了統(tǒng)一的管理。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)各式各樣的傳感器進(jìn)行統(tǒng)一管理，在AWorks中，定義了“傳感器通道”的抽象概念，一路傳感器通道用于完成一路物理信號(hào)的采集，系統(tǒng)為每個(gè)傳感器通道分配了一個(gè)唯一的ID。例如，若此時(shí)系統(tǒng)中存在三個(gè)傳感器，分別為溫濕度傳感器HTS221(能為系統(tǒng)提供一路溫度和一路濕度通道)，三軸磁傳感器LIS3MDL(能位系統(tǒng)提供X，Y，Z軸三路磁數(shù)據(jù)通道和一路溫度通道)和光照傳感器BH1730(能為系統(tǒng)提供一路光照度采集通道)，則對(duì)應(yīng)的ID分配范例詳見(jiàn)表 1。
表1 傳感器通道id分配
按照以上的傳感器通道ID分配方式，理論上，系統(tǒng)中可以掛載無(wú)數(shù)個(gè)各種類型的傳感器，新加入的傳感器通道只需按照以上方式依次向后分配ID即可。通常情況下，該ID號(hào)的分配已經(jīng)由系統(tǒng)完成，無(wú)需我們自行分配，我們只需簡(jiǎn)單知道當(dāng)前系統(tǒng)中的有效ID號(hào)所對(duì)應(yīng)的傳感器通道類型即可。例如，當(dāng)前AWorks系統(tǒng)中存在的傳感器如表1所示，有三個(gè)傳感器，ID號(hào)為0~6，下文中函數(shù)接口ID的使用將以此為例。
2、獲取傳感器數(shù)據(jù)
基于以上對(duì)傳感器ID的描述，此時(shí)若想獲取傳感器的數(shù)據(jù)，只需在應(yīng)用程序中調(diào)用獲取傳感器數(shù)據(jù)的函數(shù)接口即可，獲取傳感器數(shù)據(jù)的函數(shù)接口如下：
其中，id即為傳感器通道ID號(hào)，p_val為存放對(duì)應(yīng)ID的傳感器數(shù)據(jù)。此處aw_sensor_val_t類型為一個(gè)結(jié)構(gòu)體，只需知道它是一個(gè)保存?zhèn)鞲衅鲾?shù)據(jù)的變量即可。
基于此，獲取系統(tǒng)中任意傳感器通道的數(shù)據(jù)只需調(diào)用該接口即可，例如，每隔500ms獲取一次溫度采樣數(shù)據(jù)的程序范例如下：
同樣，若想獲取光照度傳感器采樣數(shù)據(jù)，程序范例如下：
以此類推，只需要調(diào)用這一個(gè)相同的接口，便可以依次獲取系統(tǒng)中所有傳感器的數(shù)據(jù)。此時(shí)，或許有人會(huì)疑問(wèn)，系統(tǒng)中那么多傳感器，一個(gè)一個(gè)調(diào)用該接口，會(huì)不會(huì)顯得繁瑣?對(duì)于該問(wèn)題，AWorks系統(tǒng)當(dāng)然給出了答案，那就是提供同時(shí)獲取多通道或者所有通道傳感器數(shù)據(jù)的接口，該接口原型如下：
其中，p_ids為指向傳感器通道id列表的指針;num表示通道的數(shù)目，即id列表的大小;p_buf指向用于存儲(chǔ)各通道數(shù)據(jù)的緩存，緩存大小與num一致?；谠摻涌?，可以同時(shí)獲取多個(gè)或所有系統(tǒng)中傳感器的采樣數(shù)據(jù)，例如，每隔500ms獲取當(dāng)前表 1中所有的傳感器通道采樣數(shù)據(jù)的程序范例如下：
基于此，AWorks系統(tǒng)的傳感器接口已經(jīng)完美的實(shí)現(xiàn)了使用同種接口獲取所有傳感器采樣數(shù)據(jù)的功能。此時(shí)，或許有人又會(huì)提出疑問(wèn)，這兩個(gè)接口采用的似乎都是輪詢的方式獲取傳感器數(shù)據(jù)，若在效率要求較高的場(chǎng)合，調(diào)用該接口是不是不太好呢?再者說(shuō)，如今的許多傳感器都可以采用中斷觸發(fā)的方式獲取數(shù)據(jù)，這樣可以大大提高應(yīng)用程序的效率，那么能不能實(shí)現(xiàn)這種功能呢?當(dāng)然!AWorks同樣提供了這種接口，而且接口的調(diào)用非常方便，簡(jiǎn)潔。接下來(lái)將為你一一揭秘。
3、觸發(fā)方式獲取傳感器數(shù)據(jù)
如今大多數(shù)傳感器內(nèi)部都支持了通過(guò)中斷觸發(fā)的方式通知應(yīng)用程序獲取傳感器數(shù)據(jù)的功能，應(yīng)用程序只需檢測(cè)觸發(fā)類型做相應(yīng)的處理即可，這樣大大提高了應(yīng)用程序的執(zhí)行效率，避免了以查詢這種耗時(shí)的方式主動(dòng)獲取傳感器數(shù)據(jù)的操作。
傳感器具有的觸發(fā)方式一般由傳感器本身決定。例如，溫濕度傳感器HTS221具有的可配置觸發(fā)方式只有數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒觸發(fā);三軸磁傳感器LIS3MDL具有的可配置觸發(fā)方式有數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒觸發(fā)和上下門(mén)限值觸發(fā)。接下來(lái)將只以數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒觸發(fā)方式，講解如何高效的獲取傳感器數(shù)據(jù)。
在AWorks中，要實(shí)現(xiàn)通過(guò)觸發(fā)方式獲取傳感器通道數(shù)據(jù)，只需要兩步操作即可，第一步是配置傳感器通道的觸發(fā)回調(diào)函數(shù)，第二步則是打開(kāi)該通道的觸發(fā)。
首先，配置傳感器通道觸發(fā)模式的函數(shù)原型如下：
其中，id為傳感器通道的編號(hào)，flags參數(shù)為配置的觸發(fā)模式對(duì)應(yīng)的宏(此處只以數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒觸發(fā)舉例，其所對(duì)應(yīng)的宏在AWorks中定義為AW_SENSOR_TRIGGER_DATA_READY，直接傳入即可)，pfn_cb為觸發(fā)回調(diào)函數(shù)，p_arg為用戶觸發(fā)回調(diào)函數(shù)參數(shù)。觸發(fā)回調(diào)函數(shù)的類型為aw_sensor_trigger_cb_t，定義如下：
其中，p_arg為用戶觸發(fā)回調(diào)函數(shù)參數(shù)，trigger_src為存放的觸發(fā)類型。例如，此時(shí)要配置三軸磁傳感器LIS3MDL的X軸采集通道(表1通道2)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒觸發(fā)，程序范例如下：
當(dāng)以上程序完成通道的觸發(fā)方式的配置后，接下來(lái)，只需打開(kāi)該通道的觸發(fā)即可，該函數(shù)接口的定義如下：
該函數(shù)接口只需傳入id即可。注意，aw_sensor_trigger_on函數(shù)接口必須在aw_sensor_trigger_cfg接口之后調(diào)用，先后順序不能顛倒。
此時(shí)，要通過(guò)觸發(fā)方式獲取三軸磁傳感器LIS3MDL的X軸采集數(shù)據(jù)的完整程序范例如下：
通過(guò)以上的接口，完美的實(shí)現(xiàn)了一種接口訪問(wèn)所有傳感器數(shù)據(jù)的功能，并且這些接口可以在任何運(yùn)行AWorks操作系統(tǒng)的平臺(tái)上使用，且無(wú)論平臺(tái)中的傳感器類型和數(shù)目如何變化，只需要知道該平臺(tái)傳感器通道的ID信息，則都可以使用這些通用接口來(lái)進(jìn)行訪問(wèn)。只要是基于該通用接口開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序，只要是在AWorks系統(tǒng)中，應(yīng)用程序能實(shí)現(xiàn)“零”修改的移植。在軟件意義上，真正實(shí)現(xiàn)了“一次編程、終生使用、跨平臺(tái)”的歷史難題。
4、總結(jié)
AWorks是ZLG歷時(shí)12年開(kāi)發(fā)的下一代開(kāi)源嵌入式開(kāi)發(fā)平臺(tái)，將MCU和OS的共性高度抽象為統(tǒng)一接口，支持平臺(tái)組件“可插拔、可替換、可配置”，與硬件無(wú)關(guān)、與操作系統(tǒng)種類無(wú)關(guān)的方式設(shè)計(jì)，用戶只需修改相應(yīng)的頭文件，即可實(shí)現(xiàn)“一次編程、終生使用、跨平臺(tái)”。
并且ZLG推出了一系列搭載AWorks操作系統(tǒng)的Cortex-M0/3/4/7、Coterx-A7/8/9、ARM7/9、DSP等常用內(nèi)核的核心板。使用這些核心板，即可在AWorks平臺(tái)上快速完成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。
