如何以最簡單的方式獲取傳感器數(shù)據(jù)？
傳感器作為各個領域最重要的設備之一，產品種類之多，應用領域之廣，隨著“智能時代”的到來，傳感器的使用將發(fā)揮更加關鍵的作用。那么，要如何以最簡單，最高效的方式使用這些種類繁多，操作復雜的傳感器呢?本文將為大家一一介紹。
本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201903/398464.htm傳感器作為一種檢測裝置，它的應用早已滲透到諸如工業(yè)生產、宇宙探索、海洋探測、環(huán)境保護、資源調查、醫(yī)學診斷、生物工程、甚至文物保護等等極其之廣泛的領域?？梢院敛豢鋸埖卣f，從茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以及各種復雜的工程系統(tǒng)，幾乎每一個現(xiàn)代化項目，都離不開傳感器。
目前，市面上已經(jīng)存在大量各種類型，各種型號，不同廠家生產的各種傳感器，例如，溫度、濕度、電壓、電流、壓強、光照、加速度、角速度等等。它們的應用場景、產品參數(shù)、使用方法都不盡相同，這往往使許多項目開發(fā)人員在使用傳感器時舉步維艱：添加一個傳感器，就要編寫對應的驅動，提供一套訪問這個傳感器的接口。
通常情況下，在一個復雜的系統(tǒng)中，傳感器往往不止一個，可能存在幾個或幾十個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雜度又會有多大?無形中又增加了很大的開發(fā)難度。不僅如此，若基于多種傳感器開發(fā)的應用程序想跨平臺復用，而底層各個傳感器的接口卻千奇百怪，那么，這樣的工作量和復雜度又會上升到什么程度?
為了解決這些問題，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，都可以通過相同的操作接口來訪問。同時，只要是基于這些通用接口開發(fā)的應用程序，都不會與具體的硬件設備綁定，換句話說，底層更換使用不同型號的傳感器，對應用程序不會造成影響，應用程序可以不做任何改動。
從功能上看，傳感器實現(xiàn)了對真實世界中某種物理信號(溫度、濕度、氣壓等)的采集，在使用傳感器時，最重要的操作就是從傳感器中獲取出相應的數(shù)據(jù)。接下來，進一步介紹如何通過接口獲取傳感器數(shù)據(jù)作。
1、傳感器通道ID
在介紹接口的使用方法之前，需要簡單了解一個概念，AWorks之所以能夠實現(xiàn)使用一套相同的接口訪問所有類型的傳感器，是因為AWorks對系統(tǒng)中的傳感器進行了統(tǒng)一的管理。為了實現(xiàn)對各式各樣的傳感器進行統(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的采集，系統(tǒng)為每個傳感器通道分配了一個唯一的ID。例如，若此時系統(tǒng)中存在三個傳感器，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)，則對應的ID分配范例詳見表 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)中可以掛載無數(shù)個各種類型的傳感器，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號的分配已經(jīng)由系統(tǒng)完成，無需我們自行分配，我們只需簡單知道當前系統(tǒng)中的有效ID號所對應的傳感器通道類型即可。例如，當前AWorks系統(tǒng)中存在的傳感器如表1所示，有三個傳感器，ID號為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)
基于以上對傳感器ID的描述，此時若想獲取傳感器的數(shù)據(jù)，只需在應用程序中調用獲取傳感器數(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，p_val為存放對應ID的傳感器數(shù)據(jù)。此處aw_sensor_val_t類型為一個結構體，只需知道它是一個保存?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，只需要調用這一個相同的接口，便可以依次獲取系統(tǒng)中所有傳感器的數(shù)據(jù)。此時，或許有人會疑問，系統(tǒng)中那么多傳感器，一個一個調用該接口，會不會顯得繁瑣?對于該問題，AWorks系統(tǒng)當然給出了答案，那就是提供同時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?，可以同時獲取多個或所有系統(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，或許有人又會提出疑問，這兩個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合，調用該接口是不是不太好呢?再者說，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用程序的效率，那么能不能實現(xiàn)這種功能呢?當然!AWorks同樣提供了這種接口，而且接口的調用非常方便，簡潔。接下來將為你一一揭秘。
3、觸發(fā)方式獲取傳感器數(shù)據(jù)
如今大多數(shù)傳感器內部都支持了通過中斷觸發(fā)的方式通知應用程序獲取傳感器數(shù)據(jù)的功能，應用程序只需檢測觸發(fā)類型做相應的處理即可，這樣大大提高了應用程序的執(zhí)行效率，避免了以查詢這種耗時的方式主動獲取傳感器數(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)準備就緒觸發(fā)和上下門限值觸發(fā)。接下來將只以數(shù)據(jù)準備就緒觸發(fā)方式，講解如何高效的獲取傳感器數(shù)據(jù)。
在AWorks中，要實現(xiàn)通過觸發(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)回調函數(shù)，第二步則是打開該通道的觸發(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，flags參數(shù)為配置的觸發(fā)模式對應的宏(此處只以數(shù)據(jù)準備就緒觸發(fā)舉例，其所對應的宏在AWorks中定義為AW_SENSOR_TRIGGER_DATA_READY，直接傳入即可)，pfn_cb為觸發(fā)回調函數(shù)，p_arg為用戶觸發(fā)回調函數(shù)參數(shù)。觸發(fā)回調函數(shù)的類型為aw_sensor_trigger_cb_t，定義如下：
其中，p_arg為用戶觸發(fā)回調函數(shù)參數(shù)，trigger_src為存放的觸發(fā)類型。例如，此時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)準備就緒觸發(fā)，程序范例如下：
當以上程序完成通道的觸發(fā)方式的配置后，接下來，只需打開該通道的觸發(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接口之后調用，先后順序不能顛倒。
此時，要通過觸發(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：
通過以上的接口，完美的實現(xiàn)了一種接口訪問所有傳感器數(shù)據(jù)的功能，并且這些接口可以在任何運行AWorks操作系統(tǒng)的平臺上使用，且無論平臺中的傳感器類型和數(shù)目如何變化，只需要知道該平臺傳感器通道的ID信息，則都可以使用這些通用接口來進行訪問。只要是基于該通用接口開發(fā)的應用程序，只要是在AWorks系統(tǒng)中，應用程序能實現(xiàn)“零”修改的移植。在軟件意義上，真正實現(xiàn)了“一次編程、終生使用、跨平臺”的歷史難題。
4、總結
AWorks是ZLG歷時12年開發(fā)的下一代開源嵌入式開發(fā)平臺，將MCU和OS的共性高度抽象為統(tǒng)一接口，支持平臺組件“可插拔、可替換、可配置”，與硬件無關、與操作系統(tǒng)種類無關的方式設計，用戶只需修改相應的頭文件，即可實現(xiàn)“一次編程、終生使用、跨平臺”。
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等常用內核的核心板。使用這些核心板，即可在AWorks平臺上快速完成產品開發(fā)。
