第三十章 内部温度传感器实验
本章将介绍ESP32-P4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：
30.1 内部温度传感器介绍
30.2 硬件设计
30.3 程序设计
30.4 下载验证
30.1 内部温度传感器介绍
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–40℃到125℃。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-P4温度传感器相关内容，请看技术手册48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(℃)。转换公式如下：
T(℃) = 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。
表30.1.1 温度传感器的温度偏移
30.2 硬件设计
30.2.1 例程功能
通过对应接口函数读取ESP32-P4内部温度传感器的温度值，显示在LCD屏上。LED0闪烁用于提示程序正在运行。
30.2.2 硬件资源
1）LED灯
LED 0 - IO51
2）RGBLCD / MIPILCD（引脚太多，不罗列出来）
30.2.3 原理图
内部温度传感器属于ESP32-P4的片上资源，因此没有对应的连接原理图。
30.3 程序设计
30.3.1 内部温度传感器的IDF驱动
使用内部温度传感器相关功能函数，必须先导入以下头文件：
#include "driver/temperature_sensor.h"
接下来，作者将介绍一些常用的函数，这些函数的描述及其作用如下：
1，创建温度传感器函数temperature_sensor_install
该函数用于创建温度传感器模块，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);
函数形参：
表30.3.1.1 temperature_sensor_install函数形参描述
函数返回值：
ESP_OK表示创建成功。
tsens_config为指向内部温度传感器配置结构体指针。介绍temperature_sensor_config_t结构体中各个成员，如下代码所示：
typedef struct {
int range_min; /* 所测量温度范围的最小值 */
int range_max; /* 所测量温度范围的最大值 */
temperature_sensor_clk_src_t clk_src; /* 内部温度传感器时钟源 */
} temperature_sensor_config_t;
评估测量范围，进而对range_min和range_max成员设置，而clk_src时钟源成员直接选择TEMPERATURE_SENSOR_CLK_SRC_DEFAULT即可。在内部温度传感器驱动中，提供有默认配置宏TEMPERATURE_SENSOR_CONFIG_DEFAULT(min, max)，可以直接使用，取代对成员赋值。
ret_tsens为指向内部温度传感器句柄结构体指针，temperature_sensor_handle_t不需要了解。
2，启用温度传感器函数temperature_sensor_enable
该函数用于启用温度传感器，其函数原型如下：
esp_err_t temperature_sensor_enable(temperature_sensor_handle_t tsens);
函数形参：
表30.3.1.2 temperature_sensor_enable函数形参描述
函数返回值：
ESP_OK表示启用温度传感器成功。
ESP_ERR_INVALID_STATE表示温度传感器已经被启用。
3，获取测量的温度值函数temperature_sensor_get_celsius
该函数用于获取当前测量的温度值，其函数原型如下：
esp_err_t temperature_sensor_get_celsius( temperature_sensor_handle_t tsens, float *out_celsius);
函数形参：
表30.3.1.2 temperature_sensor_get_celsius函数形参描述
函数返回值：
ESP_OK表示温度数据测量成功。
ESP_ERR_INVALID_ARG表示错误参数。
ESP_ERR_INVALID_STATE表示温度传感器未启用。
ESP_FAIL表示传感器数据解析为环境温度失败（大多属于超出温度范围）。
30.3.2 程序流程图
图30.3.2.1 内部温度实验程序流程图
30.3.3 程序解析
在21_tsens例程中，作者在21_tsens\components\BSP路径下新建了1个文件夹SENSOR，并且需要更改CMakeLists.txt内容，以便在其他文件上调用。
1. SENSOR驱动代码
这里我们只讲解核心代码，详细的源码请大家参考光盘本实验对应源码。SENSOR驱动源码包括两个文件：sensor.c和sensor.h。
sensor.h主要用于声明sensor_inter_init等函数，以便在其他文件中调用，具体内容不再赘述。
下面我们再解析sensor.c的程序，首先介绍内部温度传感器初始化函数sensor_inter_init，代码如下：
/**
* @brief 初始化内部温度传感器
* @param 无
* @retval ESP_OK:初始化成功
*/
esp_err_t sensor_inter_init(void)
{
temperature_sensor_config_t temp_sensor_config =
TEMPERATURE_SENSOR_CONFIG_DEFAULT(10, 50); /* 设置测试温度范围10~50 */
/* 创建温度传感器模块 */
ESP_ERROR_CHECK(temperature_sensor_install(&temp_sensor_config,
&temp_handle));
ESP_ERROR_CHECK(temperature_sensor_enable(temp_handle)); /* 启动温度传感器 */
return ESP_OK;
}
在sensor_inter_init函数中，首先对temp_sensor_config结构体变量的成员进行赋值，采用的是TEMPATURE_SENSOR_CONFIG_DEFAULT宏函数，然后调用temperature_sensor_install配置测量范围。后续便可以调用temperature_sensor_enable函数启用温度传感器。
接下来，介绍一下温度数据获取函数sensor_inter_get_temperature，代码如下：
/**
* @brief 获取内部温度传感器温度值
* @param 无
* @retval 返回内部温度值
*/
float sensor_inter_get_temperature(void)
{
float temperature = 0;
/* 获取当前测量的温度值 */
ESP_ERROR_CHECK(temperature_sensor_get_celsius(temp_handle, &temperature));
return temperature;
}
该函数主要通过调用temperature_sensor_get_celsius函数实现的。这里的温度值是浮点类型，最终作为函数的返回值。
2. CMakeLists.txt文件
本例程的功能实现主要依靠SENSOR驱动。要在main函数中，成功调用SENSOR文件中的内容，就得需要修改BSP文件夹下的CMakeLists.txt文件，修改如下：
set(src_dirs
LED
LCD
SENSOR)
set(include_dirs
LED
LCD
SENSOR)
set(requires
driver
esp_lcd
esp_common)
idf_component_register( SRC_DIRS ${src_dirs} INCLUDE_DIRS ${include_dirs} REQUIRES ${requires})
component_compile_options(-ffast-math -O3 -Wno-error=format=-Wno-format)
3. main.c驱动代码
在main.c里面编写如下代码。
void app_main(void)
{
esp_err_t ret;
float tsens_temperature = 0;
uint32_t data_tmp = 0;
ret = nvs_flash_init(); /* 初始化NVS */
if(ret == ESP_ERR_NVS_NO_FREE_PAGES || ret == ESP_ERR_NVS_NEW_VERSION_FOUND)
{
ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_erase());
ESP_ERROR_CHECK(nvs_flash_init());
}
led_init(); /* LED初始化 */
lcd_init(); /* LCD屏初始化 */
sensor_inter_init(); /* 温度传感器初始化 */
lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "ESP32-P4", 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, 110, 200, 16, 16, "Temperature: 00.00C", BLUE);
while (1)
{
tsens_temperature = sensor_inter_get_temperature(); /* 得到温度值 */
if (tsens_temperature < 0)
{
tsens_temperature = -tsens_temperature;
lcd_show_char(126, 110, '-', 16, 0, BLUE); /* 显示负符号 */
}
else
{
lcd_show_char(126, 110, ' ', 16, 0, BLUE); /* 无符号 */
}
data_tmp = (uint32_t)tsens_temperature; /* 取整数部分 */
lcd_show_num(134, 110, data_tmp, 2, 16, BLUE); /* 显示整数部分 */
data_tmp = (tsens_temperature - data_tmp) * 100; /* 取2位小数部分 */
lcd_show_xnum(158, 110, data_tmp, 2, 16, 0x80, BLUE); /* 显示小数部分 */
LED0_TOGGLE();
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(200));
}
}
在app_main函数中，完成外设初始化后，进入到死循环，调用sensor_inter_get_temperature函数获取温度数据。获取到温度数据后，根据温度值判读正负，来显示温度符号，再显示整数和小数部分。LED0闪烁，以提示程序正在运行。
30.4 下载验证
将程序下载到开发板后，可以看到LED0不停闪烁，提示程序已经在运行了。LCD显示的内容如下图30.4.1所示。
图30.4.1 内部温度传感器实验程序运行效果图