S-Modlue远红外气体传感器的驱动设计与实现

在气体分析类产品中，我们经常会用到远红外气体传感器。我们就在碳氢类气体成分分析中使用了S-Modlue远红外气体传感器。接下来，我们将讨论S-Modlue远红外气体传感器驱动的设计与实现。

1、功能概述

  S-MODULE EVO 使用非分散红外检测技术NDIR，集成稳定红外光源，配置可靠性能的光电探测器，确保了传感器检测的稳定性能。

  S-MODULE采用的是RS232串行通讯接口，但其通讯接口对外只有一个通讯引脚，所以实现的是半双工模式。串口参数为：2400波特率，7位数据位，1位停止位，偶校验。

  在应用层采用的则是Modbus ASCII协议。S-MODULE非分光红外气体模块支持03和06功能码。S-MODULE非分光红外气体模块支持的Modbus参数如下：

2、驱动设计与实现

  我们知道S-Module远红外气体传感器采用基于半双工RS232接口的Modbus ASCII通讯协议。接下来我们将基于它的协议规则设计并实现驱动程序。

2.1、对象定义

  在使用一个对象之前我们需要获得一个对象。同样的我们想要S-Modlue远红外气体传感器就需要先定义S-Modlue远红外气体传感器的对象。

2.1.1、对象的抽象

  我们要得到S-Modlue远红外气体传感器对象，需要先分析其基本特性。一般来说，一个对象至少包含两方面的特性：属性与操作。接下来我们就来从这两个方面思考一下S-Modlue远红外气体传感器的对象。

  先来考虑属性，作为属性肯定是用于标识或记录对象特征的东西。我们来考虑S-Modlue远红外气体传感器对象的属性。首先Modbus协议对象都有站地址用以标识不同的设备，所以我们将设备地址作为对象的一个属性。此外，状态信息、温度、浓度等实时信息表示了对象当前的工作状态，所以我们将这些参数也作为对象的属性。

  接着我们还需要考虑S-Modlue远红外气体传感器对象的操作问题。我们需要从S-Modlue远红外气体传感器获取数据和下发命令，就需要通过串口发送消息，但串口的处理与具体的平台相关，所以我们将其作为对象的操作。此外，在操作对象的过程中需要控制时序，所以延时操作函数必不可少，而延时操作函数往往依赖于具体的软硬件平台，所以将延时函数作为对象的操作。

  根据上述我们对S-Modlue远红外气体传感器的分析，我们可以定义S-Modlue远红外气体传感器的对象类型如下：

/*定义NDIR对象类型*/
typedef struct NdirObject {
 uint8_t moduleAddress;
 uint16_t status;
 uint32_t softVersion;
 float concentration;
 float temperature;
 void (*SendByte)(uint8_t data);
 void (*Delayms)(volatile uint32_t nTime);
}NdirObjectType;

2.1.2、对象初始化

  我们知道，一个对象仅作声明是不能使用的，我们需要先对其进行初始化，所以这里我们来考虑S-Modlue远红外气体传感器对象的初始化函数。一般来说，初始化函数需要处理几个方面的问题。一是检查输入参数是否合理；二是为对象的属性赋初值；三是对对象作必要的初始化配置。据此我们设计S-Modlue远红外气体传感器对象的初始化函数如下：

/*NDIR初始化配置函数*/
void NdirInitialization(NdirObjectType *ndir,  //NDIR对象
                        uint8_t moduleAddress, //模块地址
                        NdirSendByteType send, //发送数据操作函数
                        NdirDelaymsType delayms //毫秒延时操作函数
                       )
{
 if((ndir==NULL)||(send==NULL)||(delayms==NULL))
 {
  return;
 }
 ndir->SendByte=send;
 ndir->Delayms=delayms;
 
 ndir->moduleAddress=moduleAddress;
 
 ndir->concentration=0.0;
 ndir->temperature=0.0;
 
 ndir->status=0;
 ndir->softVersion=0;
}

2.2、对象操作

  我们已经完成了S-Modlue远红外气体传感器对象类型的定义和对象初始化函数的设计。但我们的主要目标是获取对象的信息，接下来我们还要实现面向S-Modlue远红外气体传感器的各类操作。

  对于S-Modlue远红外气体传感器对象来说，最基本的操作就是向其发送操作命令或数据消息。这是基于串口的Modbus ASCII协议的数据通讯，基于此我们可编写响应的数据发送操作函数如下：

/*发送数据给舒茨非分光红外气体检测模块（读写数据）*/
static void NDIRSendData(NdirObjectType *ndir,uint8_t *txData,uint16_t length)
{
 uint16_t sendDataAmount=0;
 uint8_t sendDataArray[17]; //不小于(length+1)*2+3
 uint8_t rawData[7];//含校验码
 for(int i=0;i6]=CheckSumCalc(txData,length);
 uint8_t objData[14];
 uint16_t cLength=ConvertHexArrayToASCIICharArray(rawData,length+1,objData);
 
 sendDataArray[sendDataAmount++]=':';
 for(int i=0;i0x0D;
 sendDataArray[sendDataAmount++]=0x0A;
 
 for(uint16_t sendDataIndex=0;sendDataIndex/*发送一个字节*/
  ndir->SendByte(sendDataArray[sendDataIndex]);
 }
}

3、驱动的使用

  我们已经实现了S-Module远红外气体传感器的驱动程序，但我们还需要验证一下它的正确性，所以在本节中我们就来设计一个简单的验证应用。

3.1、声明并初始化对象

  使用基于对象的操作我们需要先得到这个对象，所以我们先要使用前面定义的S-Modlue远红外气体传感器对象类型声明一个S-Modlue远红外气体传感器对象变量，具体操作格式如下：

  NdirObjectType ndir;

  声明了这个对象变量并不能立即使用，我们还需要使用驱动中定义的初始化函数对这个变量进行初始化。这个初始化函数所需要的输入参数如下：

NdirObjectType *ndir,  //NDIR对象
uint8_t moduleAddress, //模块地址
NdirSendByteType send, //发送数据操作函数
NdirDelaymsType delayms //毫秒延时操作函数

  对于这些参数，对象变量我们已经定义了。模块地址根据我们实际的使用情况输入就好了。主要的是我们需要定义几个函数，并将函数指针作为参数。这几个函数的类型如下：

/*发送一个字节操作函数指针类型*/
typedef void (*NdirSendByteType)(uint8_t data);
/*毫秒延时函数指针类型*/
typedef void (*NdirDelaymsType)(volatile uint32_t nTime);

  对于这几个函数我们根据样式定义就可以了，具体的操作可能与使用的硬件平台有关系。具体函数定义如下：

static void SendByteForNdir(uint8_t data)
{
 HAL_UART_Transmit(&ndirhuart,&data,1,1000);
}

  对于延时函数我们可以采用各种方法实现。我们采用的STM32平台和HAL库则可以直接使用HAL_Delay()函数。于是我们可以调用初始化函数如下：

/*上位通讯设备端口初始化配置*/
void Ndir_Init_Configuration(void)
{
 NDIR_USART_Init_Configuration();  //配置串口中断
 
 /*NDIR初始化配置函数*/
 NdirInitialization(&ndir,  //NDIR对象
                    0x02, //模块地址
                    SendByteForNdir, //发送数据操作函数
                    HAL_Delay //毫秒延时操作函数
                    );
 
 /*读软件版本*/
 ReadNDIRSoftVersion(&ndir,rxBuffer);
}

3.2、基于对象进行操作

  我们定义了对象变量并使用初始化函数给其作了初始化。接着我们就来考虑操作这一对象获取我们想要的数据。我们在驱动中已经封装了温度、浓度以及状态信息的操作函数，接下来我们使用这一驱动开发我们的应用实例。

/*NDIR数据操作*/
void Ndir_Comm_Process(void)
{
 /*从舒茨非分光红外气体检测模块读取浓度值*/
 ReadConcentrationData(&ndir,rxBuffer);
 
 /*从舒茨非分光红外气体检测模块读取内部温度值*/
 ReadTemperatureData(&ndir,rxBuffer);
 
 /*从舒茨非分光红外气体检测模块读取状态标志*/
 ReadNDIRStatusflags(&ndir,rxBuffer);
}

4、应用总结

  在我们的气体分析仪产品上，我们就是用来S-Module远红外气体传感器，也是基于我们的这一驱动实现的，通讯稳定，效果良好。

  在使用驱动程序时需要注意，驱动程序将解析程序封装到了数据发送函数中，可以直接调用数据读取函数就可以了，也可以单独调用解析函数来实现，具体工作方式可应需求实现。