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日志

MAX31855芯片采集K型热电偶温度

已有 1768 次阅读2022-5-1 20:46

MAX31855芯片采集K型热电偶温度

本篇试用报告主要介绍如何通过Nanopi M2已经实现的SPI0驱动程序，实现用户模式下的SPI通讯，完成对K型热电偶温度数据的采集。

 

1.MAX31855介绍

MAX31855具有冷端补偿，将K、J、N、T或E型热电偶信号转换成数字量。器件输出14位带符号数据，通过SPITM兼容接口、以只读格式输出。转换器的温度分辨率为0.25℃，最高温度读数为+1800℃，最低温度读数为-270℃，对于K型热电偶，温度范围为-200℃至+700℃，保持±2℃精度。

硅天下科技常备型号: MAX31855KASA+T    SOP8        2500片/包

 

2.MAX31855引脚、通讯模式及温度算法

 

2.1MAX31855与MCU或MPU接线图：

 

 

2.2SPI通讯时序图：

 

驱动CS为低电平时，SO引脚将输出第一位数据。通过串口读取完整的冷端补偿热电偶温度，需要14个时钟周期。读取热电偶和参考端温度需要32个时钟周期(表2和表3)。在时钟下降沿读取输出位。第一位D31为热电偶温度符号位。D[30:18]位包含温度转换数据，顺序为MSB至LSB。D16位正常状态下为低电平，热电偶输入开路或对GND或VCC短路时变为高电平。参考端温度数据从D15开始。输出转换数据时， CS任何时候均可变为高电平。

根据以上描述，将上述时序、数据位的含义转换为后续的程序代码。

 

3. 硬件环境搭建

根据第一节对MAX31855引脚的功能描述，将K型热电偶、MAX31855、Nanopi M2用杜邦线连起来。

MAX31855实物图：

 

MAX31855连接K型热电偶：

 

 

 

Nanopi M2的SPI0接口如下(3.3V,GND,MISO,CLK,CS共5根线)：

 

 

K型热电偶、MAX31855和Nanopi M2硬件连接：

 

4. 基于QT的K型热电偶SPI接口数据采集软件开发

4.1 创建QT项目

在命令行输入如下命令：

su root

password:fa

qtcreator

启动QT软件开发环境，新建项目，项目名称我选为max31855_temperatureShow，软件类型设置widget,设计界面如图所示：

 

4.2 编写头文件

1）common.h

#ifndef _COMMON_H_

 #define _COMMON_H_

 

#define __DEBUG

 

#ifdef __DEBUG

    #define DEBUG(format, args...) \

        printf("FAHW-Lib: " format, ## args)

#else

    #define DEBUG(format, args...)

#endif

 

#include <string.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

#include <sys/ioctl.h>

#include <fcntl.h>

#include <linux/fs.h>

#include <errno.h>

#include <stdarg.h>

#include <stdio.h>

#include <pthread.h>

 

extern void clearLastError();

extern void setLastError(const char *fmt, ...);

 

#define EXPORT

extern int writeValueToFile(char* fileName, char* buff);

extern int writeIntValueToFile(char* fileName, int value);

extern int readValueFromFile(char* fileName, char* buff, int len);

extern int readIntValueFromFile(char* fileName);

 

 

#endif

 

2）libfahw-filectl.h

#ifndef __FRIENDLYARM_HARDWARE_FILECTRL_H__

#define __FRIENDLYARM_HARDWARE_FILECTRL_H__

 

int openHW(const char *devName, int flags);

int writeHW(int fd, const void *_data, size_t len);

int readHW(int fd, void *_data, size_t len);

int selectHW(int fd, int sec, int usec);

void closeHW(int fd);

int ioctlWithIntValue(int fd, int cmd, int value);

 

#endif

 

3）libfahw-spi.h

#ifndef __FRIENDLYARM_HARDWARE_SPI_H__

#define __FRIENDLYARM_HARDWARE_SPI_H__

 

 

// SPIBitOrder

#define LSBFIRST  (0)  ///< LSB First

#define MSBFIRST  (1)   ///< MSB First

 

// SPIMode

#define SPI_MODE0  (0)  ///< CPOL  (0, CPHA  (0

#define SPI_MODE1  (1)  ///< CPOL  (0, CPHA  (1

#define SPI_MODE2  (2)  ///< CPOL  (1, CPHA  (0

#define SPI_MODE3  (3)  ///< CPOL  (1, CPHA  (1

       

       

#define SPI_CPHA  (0x01)

#define SPI_CPOL  (0x02)

#define SPI_CS_HIGH  (0x04)

#define SPI_LSB_FIRST  (0x08)

#define SPI_3WIRE  (0x10)

#define SPI_LOOP  (0x20)

#define SPI_NO_CS  (0x40)

#define SPI_READY  (0x80)

 

// SPIClockDivider

#define SPI_CLOCK_DIV65536  (0)       ///< 65536  (256us  (4kHz

#define SPI_CLOCK_DIV32768  (32768)   ///< 32768  (126us  (8kHz

#define SPI_CLOCK_DIV16384  (16384)   ///< 16384  (64us  (15.625kHz

#define SPI_CLOCK_DIV8192   (8192)    ///< 8192  (32us  (31.25kHz

#define SPI_CLOCK_DIV4096   (4096)    ///< 4096  (16us  (62.5kHz

#define SPI_CLOCK_DIV2048   (2048)    ///< 2048  (8us  (125kHz

#define SPI_CLOCK_DIV1024   (1024)    ///< 1024  (4us  (250kHz

#define SPI_CLOCK_DIV512    (512)     ///< 512  (2us  (500kHz

#define SPI_CLOCK_DIV256    (256)     ///< 256  (1us  (1MHz

#define SPI_CLOCK_DIV128    (128)     ///< 128  (500ns  (= 2MHz

#define SPI_CLOCK_DIV64     (64)      ///< 64  (250ns  (4MHz

#define SPI_CLOCK_DIV32     (32)      ///< 32  (125ns  (8MHz

#define SPI_CLOCK_DIV16     (16)      ///< 16  (50ns  (20MHz

#define SPI_CLOCK_DIV8      (8)       ///< 8  (25ns  (40MHz

#define SPI_CLOCK_DIV4      (4)       ///< 4  (12.5ns 80MHz

#define SPI_CLOCK_DIV2      (2)       ///< 2  (6.25ns  (160MHz

#define SPI_CLOCK_DIV1      (1)       ///< 0  (256us  (4kHz

 

 

int setSPIWriteBitsPerWord( int spi_fd, int bits );

int setSPIReadBitsPerWord( int spi_fd, int bits );

int setSPIBitOrder( int spi_fd, int order);

int setSPIMaxSpeed(int spi_fd, unsigned int spi_speed);

int setSPIDataMode( int spi_fd, int mode);

int SPItransferOneByte( int spi_fd, unsigned char byteData, int spi_delay, int spi_speed, int spi_bits);

int SPItransferBytes(

         int spi_fd

         , unsigned char * writeData

         , int writeLen

         , unsigned char * readBuffer

         , int readLen

         , int spi_delay

         , int spi_speed

         , int spi_bits

         );   

int writeBytesToSPI(

         int spi_fd

         , unsigned char * writeData

         , int writeLen

         , int spi_delay

         , int spi_speed

         , int spi_bits

         );

int readBytesFromSPI(

         int spi_fd

         , unsigned char * readBuffer

         , int readLen

         , int spi_delay

         , int spi_speed

         , int spi_bits

         );

 

 

#define SPI0_PATH "/dev/spidev0.0"

 

#endif

重点关注上面红颜色的那一行，代表我们使用哪个接口的驱动程序。系统目前只实现SPI0的驱动，如图所示：

MAX31855芯片采集K型热电偶温度

本篇试用报告主要介绍如何通过Nanopi M2已经实现的SPI0驱动程序，实现用户模式下的SPI通讯，完成对K型热电偶温度数据的采集。

 

1.MAX31855介绍

MAX31855具有冷端补偿，将K、J、N、T或E型热电偶信号转换成数字量。器件输出14位带符号数据，通过SPITM兼容接口、以只读格式输出。转换器的温度分辨率为0.25℃，最高温度读数为+1800℃，最低温度读数为-270℃，对于K型热电偶，温度范围为-200℃至+700℃，保持±2℃精度。

硅天下科技常备型号: MAX31855KASA+T    SOP8        2500片/包

 

2.MAX31855引脚、通讯模式及温度算法

 

2.1MAX31855与MCU或MPU接线图：

 

 

2.2SPI通讯时序图：

 

驱动CS为低电平时，SO引脚将输出第一位数据。通过串口读取完整的冷端补偿热电偶温度，需要14个时钟周期。读取热电偶和参考端温度需要32个时钟周期(表2和表3)。在时钟下降沿读取输出位。第一位D31为热电偶温度符号位。D[30:18]位包含温度转换数据，顺序为MSB至LSB。D16位正常状态下为低电平，热电偶输入开路或对GND或VCC短路时变为高电平。参考端温度数据从D15开始。输出转换数据时， CS任何时候均可变为高电平。

根据以上描述，将上述时序、数据位的含义转换为后续的程序代码。

 

3. 硬件环境搭建

根据第一节对MAX31855引脚的功能描述，将K型热电偶、MAX31855、Nanopi M2用杜邦线连起来。

MAX31855实物图：

 

MAX31855连接K型热电偶：

 

 

 

Nanopi M2的SPI0接口如下(3.3V,GND,MISO,CLK,CS共5根线)：

 

 

K型热电偶、MAX31855和Nanopi M2硬件连接：

 

4. 基于QT的K型热电偶SPI接口数据采集软件开发

4.1 创建QT项目

在命令行输入如下命令：

su root

password:fa

qtcreator

启动QT软件开发环境，新建项目，项目名称我选为max31855_temperatureShow，软件类型设置widget,设计界面如图所示：

 

4.2 编写头文件

1）common.h

#ifndef _COMMON_H_

 #define _COMMON_H_

 

#define __DEBUG

 

#ifdef __DEBUG

    #define DEBUG(format, args...) \

        printf("FAHW-Lib: " format, ## args)

#else

    #define DEBUG(format, args...)

#endif

 

#include <string.h>

#include <unistd.h>

#include <stdlib.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

#include <sys/ioctl.h>

#include <fcntl.h>

#include <linux/fs.h>

#include <errno.h>

#include <stdarg.h>

#include <stdio.h>

#include <pthread.h>

 

extern void clearLastError();

extern void setLastError(const char *fmt, ...);

 

#define EXPORT

extern int writeValueToFile(char* fileName, char* buff);

extern int writeIntValueToFile(char* fileName, int value);

extern int readValueFromFile(char* fileName, char* buff, int len);

extern int readIntValueFromFile(char* fileName);

 

 

#endif

 

2）libfahw-filectl.h

#ifndef __FRIENDLYARM_HARDWARE_FILECTRL_H__

#define __FRIENDLYARM_HARDWARE_FILECTRL_H__

 

int openHW(const char *devName, int flags);

int writeHW(int fd, const void *_data, size_t len);

int readHW(int fd, void *_data, size_t len);

int selectHW(int fd, int sec, int usec);

void closeHW(int fd);

int ioctlWithIntValue(int fd, int cmd, int value);

 

#endif

 

3）libfahw-spi.h

#ifndef __FRIENDLYARM_HARDWARE_SPI_H__

#define __FRIENDLYARM_HARDWARE_SPI_H__

 

 

// SPIBitOrder

#define LSBFIRST  (0)  ///< LSB First

#define MSBFIRST  (1)   ///< MSB First

 

// SPIMode

#define SPI_MODE0  (0)  ///< CPOL  (0, CPHA  (0

#define SPI_MODE1  (1)  ///< CPOL  (0, CPHA  (1

#define SPI_MODE2  (2)  ///< CPOL  (1, CPHA  (0

#define SPI_MODE3  (3)  ///< CPOL  (1, CPHA  (1

       

       

#define SPI_CPHA  (0x01)

#define SPI_CPOL  (0x02)

#define SPI_CS_HIGH  (0x04)

#define SPI_LSB_FIRST  (0x08)

#define SPI_3WIRE  (0x10)

#define SPI_LOOP  (0x20)

#define SPI_NO_CS  (0x40)

#define SPI_READY  (0x80)

 

// SPIClockDivider

#define SPI_CLOCK_DIV65536  (0)       ///< 65536  (256us  (4kHz

#define SPI_CLOCK_DIV32768  (32768)   ///< 32768  (126us  (8kHz

#define SPI_CLOCK_DIV16384  (16384)   ///< 16384  (64us  (15.625kHz

#define SPI_CLOCK_DIV8192   (8192)    ///< 8192  (32us  (31.25kHz

#define SPI_CLOCK_DIV4096   (4096)    ///< 4096  (16us  (62.5kHz

#define SPI_CLOCK_DIV2048   (2048)    ///< 2048  (8us  (125kHz

#define SPI_CLOCK_DIV1024   (1024)    ///< 1024  (4us  (250kHz

#define SPI_CLOCK_DIV512    (512)     ///< 512  (2us  (500kHz

#define SPI_CLOCK_DIV256    (256)     ///< 256  (1us  (1MHz

#define SPI_CLOCK_DIV128    (128)     ///< 128  (500ns  (= 2MHz

#define SPI_CLOCK_DIV64     (64)      ///< 64  (250ns  (4MHz

#define SPI_CLOCK_DIV32     (32)      ///< 32  (125ns  (8MHz

#define SPI_CLOCK_DIV16     (16)      ///< 16  (50ns  (20MHz

#define SPI_CLOCK_DIV8      (8)       ///< 8  (25ns  (40MHz

#define SPI_CLOCK_DIV4      (4)       ///< 4  (12.5ns 80MHz

#define SPI_CLOCK_DIV2      (2)       ///< 2  (6.25ns  (160MHz

#define SPI_CLOCK_DIV1      (1)       ///< 0  (256us  (4kHz

 

 

int setSPIWriteBitsPerWord( int spi_fd, int bits );

int setSPIReadBitsPerWord( int spi_fd, int bits );

int setSPIBitOrder( int spi_fd, int order);

int setSPIMaxSpeed(int spi_fd, unsigned int spi_speed);

int setSPIDataMode( int spi_fd, int mode);

int SPItransferOneByte( int spi_fd, unsigned char byteData, int spi_delay, int spi_speed, int spi_bits);

int SPItransferBytes(

         int spi_fd

         , unsigned char * writeData

         , int writeLen

         , unsigned char * readBuffer

         , int readLen

         , int spi_delay

         , int spi_speed

         , int spi_bits

         );   

int writeBytesToSPI(

         int spi_fd

         , unsigned char * writeData

         , int writeLen

         , int spi_delay

         , int spi_speed

         , int spi_bits

         );

int readBytesFromSPI(

         int spi_fd

         , unsigned char * readBuffer

         , int readLen

         , int spi_delay

         , int spi_speed

         , int spi_bits

         );

 

 

#define SPI0_PATH "/dev/spidev0.0"

 

#endif

重点关注上面红颜色的那一行，代表我们使用哪个接口的驱动程序。系统目前只实现SPI0的驱动，如图所示：

 

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