第二十八章 内部温度传感器实验
本章，我们将介绍ESP32-S3的内部温度传感器并使用它来读取温度值，然后在LCD模块上显示出来。本章分为如下几个小节：
28.1 IIC简介
28.2 硬件设计
28.3 程序设计
28.4 下载验证
28.1 内部温度传感器简介
温度传感器生成一个随温度变化的电压。内部ADC将传感器电压转化为一个数字量。温度传感器的测量范围为–20 °C 到110 °C。温度传感器适用于监测芯片内部温度的变化，该温度值会随着微控制器时钟频率或IO负载的变化而变化。一般来讲，芯片内部温度会高于外部温度。ESP32-S3温度传感器相关内容，请看《esp32-s3_technical_reference_manual_cn.pdf》技术手册39.4章节。
温度传感器的输出值需要使用转换公式转换成实际的温度值 (°C)。转换公式如下：
T(°C) = 0.4386 * VALUE –27.88 *offset –20.52
其中 VALUE 即温度传感器的输出值，offset 由温度偏移决定。温度传感器在不同的实际使用环境（测量温度范围）下，温度偏移不同，见下表所示。
28.2 硬件设计
28.2.1 例程功能
本章实验功能简介：通过ADC的通道读取ESP32-S3内部温度传感器的电压值，并将其转换为温度值，显示在SPILCD屏上。
28.2.2 硬件资源
1. XL9555
IIC_SDA-IO41
IIC_SCL-IO42
2. SPILCD
CS-IO21
SCK-IO12
SDA-IO11
DC-IO40（在P5端口，使用跳线帽将IO_SET和LCD_DC相连）
PWR- IO1_3（XL9555）
RST- IO1_2（XL9555）
3. 内部温度传感器
28.2.3 原理图
本章实验使用的ADC为ESP32-S3的片上资源，因此并没有相应的连接原理图。
28.3 程序设计
28.3.1 程序流程图
程序流程图能帮助我们更好的理解一个工程的功能和实现的过程，对学习和设计工程有很好的主导作用。下面看看本实验的程序流程图：
28.3.2 内部温度传感器函数解析
ESP-IDF提供了一套API来配置温度传感器。要使用此功能，需要导入必要的头文件：
#include "driver/temperature_sensor.h"
接下来，作者将介绍一些常用的ESP32-S3中的温度传感器函数，这些函数的描述及其作用如下：
1，设置测试温度的最大与最小值
该函数用于配置测试温度的大小范围，其函数原型如下：
esp_err_t temperature_sensor_install(const temperature_sensor_config_t *tsens_config,
temperature_sensor_handle_t *ret_tsens);
该函数的形参描述，如下表所示：
该函数的返回值描述，如下表所示：
该函数使用temperature_sensor_config_t类型的结构体变量传入，该结构体的定义如下：
完成上述结构体参数配置之后，可以将结构传递给 temperature_sensor_install() 函数，用以实例化温度传感器。
2，使能温度传感器
该函数用于使能温度传感器，其函数原型如下：
esp_err_t temperature_sensor_enable(temperature_sensor_handle_ttsens);
该函数的形参描述，如下表所示：
该函数的返回值描述，如下表所示：
3，获取传输的传感器数据
该函数用于获取传输的传感器数据，其函数原型如下：
esp_err_t temperature_sensor_get_celsius(temperature_sensor_handle_ttsens, float *out_celsius);
该函数的形参描述，如下表所示：
该函数的返回值描述，如下表所示：
4，失能温度传感器
该函数用于获取传输的传感器数据，其函数原型如下：
esp_err_t temperature_sensor_disable(temperature_sensor_handle_ttsens);
该函数的形参描述，如下表所示：
该函数的返回值描述，如下表所示：
28.3.3 内部温度传感器驱动解析
在IDF版18_internal_Temperature例程中，作者在18_internal_Temperature\components\BSP路径下新增了一个SENSOR文件夹，分别用于存放sensor.c、sensor.h这两个文件。其中，sensor.h文件负责声明温度传感器相关的函数和变量，而sensor.c文件则实现了温度传感器的驱动代码。下面，我们将详细解析这两个文件的实现内容。
1，sensor.h文件
/* 参数定义 */
#define SENSOR_RANGE_MIN 20 /* 要测试温度的最小值 */
#define SENSOR_RANGE_MAX 50 /* 要测试温度的最大值 */
2，sensor.c文件
在上述sensor.h文件中我们通过宏定义的方式定义了待测试温度的最大与最小值，该值在不超过理论值的基础上，开发者可以自行定义。
esp_err_t rev_flag;
temperature_sensor_handle_t temp_handle = NULL; /* 温度传感器句柄 */
/**
* @brief 初始化内部温度传感器
* @param无
* @retval 无
*/
voidtemperature_sensor_init(void)
{
temperature_sensor_config_t temp_sensor;
temp_sensor.range_min = SENSOR_RANGE_MIN; /* 要测试温度的最小值 */
temp_sensor.range_max = SENSOR_RANGE_MAX; /* 要测试温度的最大值 */
rev_flag |=temperature_sensor_install(&temp_sensor, &temp_handle);
ESP_ERROR_CHECK(rev_flag);
}
/**
* @brief 获取内部温度传感器温度值
* @param 无
* @retval 返回内部温度值
*/
shortsensor_get_temperature(void)
{
float temp;
/* 启用温度传感器 */
rev_flag |=temperature_sensor_enable(temp_handle);
/* 获取传输的传感器数据 */
rev_flag |=temperature_sensor_get_celsius(temp_handle, &temp);
/* 温度传感器使用完毕后，禁用温度传感器，节约功耗 */
rev_flag |=temperature_sensor_disable(temp_handle);
ESP_ERROR_CHECK(rev_flag);
return temp;
}
初始化内部温度传感器后，再将温度传感器使能以获取传感器数据，最终以返回值的形式将数据返回到数据处理的函数。
28.3.4 CMakeLists.txt文件
打开本实验BSP下的CMakeLists.txt文件，其内容如下所示：
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)
上述的红色SENSOR驱动需要由开发者自行添加，以确保温度传感器驱动能够顺利集成到构建系统中。这一步骤是必不可少的，它确保了温度传感器驱动的正确性和可用性，为后续的开发工作提供了坚实的基础。
28.3.5 实验应用代码
打开main/main.c文件，该文件定义了工程入口函数，名为app_main。该函数代码如下。
i2c_obj_t i2c0_master;
/**
* @brief 程序入口
* @param 无
* @retval 无
*/
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();
/* 初始化内部温度传感器 */
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;
/* 显示符号 */
lcd_show_string(30 + 10 * 8, 120, 16, 16, 16, "-", BLUE);
}
else
{
/* 无符号 */
lcd_show_string(30 + 10 * 8, 120, 16, 16, 16, " ", BLUE);
}
/* 显示整数部分 */
lcd_show_xnum(30 + 11 * 8, 120, temp, 2, 16, 0, BLUE);
/* 显示小数部分 */
lcd_show_xnum(30 + 14 * 8, 120, temp * 100 % 100, 2, 16, 0x80, BLUE);
/* LED闪烁,提示程序运行 */
LED_TOGGLE();
vTaskDelay(250);
}
}
main函数代码比较简单，主要是通过sensor_get_temperature()函数读取ESP32-S3内部温度值，最后在SPILCD上显示。
28.4 下载验证
将程序下载到开发板后，LCD显示的内容如下图所示：
大家可以看看你的温度值与实际是否相符合（因为芯片会发热，所以一般会比实际温度偏高）？
