MS5837压力传感器的驱动设计与实现

绝对压力的检测是常见的需求。在我们的系统中也常常会遇到。而MS5837压力传感器也是我们进场会采用的方案。在这篇里我们将讨论并实现MS5837压力传感器的驱动。

1 、功能概述

　　MS5837压力传感器是一种可用于电路板上，适用于检测10-1200mbar压力范围的传感器，灵敏度非常高，理论上能够检测到0.01mbar的压力变化，实际使用过程中测试并无明显的变化。

　　MS5837压力传感器采用I2C总线通讯，与MCU可以实现I2C通讯。硬件连接方式如下：

　　MS5837压力传感器拥有5类基本命令：复位、读取出厂校准值、数据1转换（压力值数据）、数据2转换（温度值数据）和读取ADC的转换结果。具体分配如下：

　　因为MS5837的地址是固定的，所以一个I2C总线只能挂1个MS5837模块。其设备地址固定为：0xEC。

2 、驱动设计与实现

　　我们已经了解了MS5837的基本功能和操作方式。接下来我们就根据前面的分析实现MS5837的驱动。

2.1 、对象定义

　　在使用该对象之前，我们需要定义对象，我们根据MS5837的属性和操作来定义对象。

2.1.1 、对象类型抽象

　　为了方便操作与复用，我们使用基于对象的操作。这里我们先来抽象MS5837压力传感器对象的类型，该类型包含了MS5837的必要属性和对MS5837基本操作。

　　我们先来分析MS5837压力传感器对象的属性。MS5837压力传感器使用的是I2C通讯接口，需要一个地址分辨总线上的不同设备，所以我们将I2C设备地址作为MS5837压力传感器对象的一个属性。此外，在计算MS5837压力传感器测量的压力、温度值时需要使用6个校准参数，而且这些参数每台设备都是不一样的，所以我们将这些参数作为属性来保存其值。

　　接下来我们再来分析MS5837压力传感器对象的操作。我们使用MS5837压力传感器时，需要向其写命令和从其读数据，而读写操作都依赖于具体的硬件平台，所以我们将写数据和读数据作为对象的操作。此外，为控制时序，我们需要延时操作，而延时行为的实现亦依赖于具体的软硬件平台，所以我们将延时也作为对象的操作。

　　根据上述我们对MS5837压力传感器对象的分析，我们可以抽象MS5837压力传感器的对象类型为：

1 /* 定义MS5837对象类型 */
 2 typedef struct MS5837Object {
 3       uint8_t devAddress;                 //设备地址
 4       uint16_t caliData[6];        //校准数据
 5       float temperature;
 6       float pressure;
 7       void (*Write)(struct MS5837Object *ms，uint8_t command);/*向MS5837下发指令，指令格式均为1个字节*/
 8       void (*Read)(struct MS5837Object *ms，uint8_t *rData，uint16_t rSize);/*从MS5837读取多个字节数据的值*/
 9       void (*Delayms)(volatile uint32_t nTime);     //毫秒秒延时函数
10 }MS5837ObjectType;

2.1.2 、对象初始化

　　在使用之前，我们先要使用对象类型声明对象，但声明的对象只是一个变量，该对象变量在使用前必须初始化，所以我们定义了对象初始化函数。

1 /* 初始化MS5837对象 */
 2 void MS5837Initialization(MS5837ObjectType *ms,MS5837Write write,MS5837Read read,MS5837Delayms delay)
 3 {
 4     if((ms==NULL)||(write==NULL)||(read==NULL)||(delay==NULL))
 5        {
 6               return;  
 7        }
 8       
 9        ms->Write=write;
10        ms->Read=read;
11        ms->Delayms=delay;
12       
13        ms->devAddress=0b11101100;
14        ms->pressure=0.0;
15        ms->temperature=0.0;
16       
17        ResetForMs5837(ms);
18       
19        GetCalibrationData(ms);
20 }

2.2 、对象操作

　　完成了对象的声明与初始化之后，我们就可以使用对象变量来操作对象了。关于MS5837的操作主要有：设备复位、校准值获取、转换值的读取。下面将一一实现。

2.2.1 、复位操作

　　复位操作在MS5837压力传感器有电时就可执行，但一般会在上电之后需要复位一下，以保持内存中的校准参数值是正确的。此外，当I2C的SDA引脚因未知原因出现阻塞时，复位能消除这种不确定性。复位操作只需要发送一条命令，其时序图如下：

1 /*复位MS5837操作*/
2 void ResetForMs5837(MS5837ObjectType *ms)
3 {
4   uint8_t command=COMMAND_RESET;
5 
6   /*下发复位命令*/
7   ms->SendCommand(ms，command);
8 }

2.2.2 、读取校准值

　　校准值是出厂时厂家校准的各种系数，每台设备都有差异，是固定不变的，只需要一次读取就可以了，共有6个系数，均为16为整数。首先发送读系数的命令，然后读取就可以了，每次读取1个，分6次读取。过程数据流如下图所示：

1 /*读取MS5837内存寄存器的数据*/
 2 static uint16_t ReadPromFromMs5837(MS5837ObjectType *ms,uint8_t command)
 3 {
 4   /*下发读取指定内存单元的命令*/
 5   ms->Write(ms,command);
 6  
 7   /*接收读取的指定内存单元的值*/
 8   uint8_t promValue[2];
 9   ms->Read(ms,promValue,2);
10  
11   uint16_t result=(uint16_t)promValue[0];
12   result=(result<<8)+(uint16_t)promValue[1];
13  
14   return result;
15 }

2.2.3 、读取转换值

　　读取转换结果值是我们的目的，可以读取温度和压力两个量，不过一次只能读一个。首先发送命令设定采集压力还是温度，并设定精度。然后发送读取的命令，最后读取对应的值。再使用校准系数计算出最终的物理值。

1 /*读取MS5837ADC的转换值*/
 2 static uint32_t ReadConversionFromMs5837(MS5837ObjectType *ms,uint8_t command)
 3 {
 4   /*下发转化对象及精度配置命令*/
 5      
 6   ms->Write(ms,command);
 7  
 8   ms->Delayms(10);
 9  
10   /*下发读取ADC的命令*/
11   ms->Write(ms,COMMAND_ADC_READ);
12  
13   ms->Delayms(10);
14  
15   /*接收读取的ADC转换结果*/
16   uint8_t adcValue[3];
17   ms->Read(ms,adcValue,3);
18  
19   uint32_t result=(uint32_t)adcValue[0];
20   result=(result<<8)+(uint32_t)adcValue[1];
21   result=(result<<8)+(uint32_t)adcValue[2];
22  
23   return result;
24 }

　　这里获取的只是ADC的数字码值。我们想要得到温度和压力的物理量值还需要使用校准值，通过厂家提供的公式计算得到。

3 、驱动的使用

　　在前面我们描述了MS5837压力传感器的基本情况，在此基础上设计并实现了MS5837压力传感器对象的驱动程序。这一节我们将设计一个简单的应用来验证驱动设计是否符合要求。

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MS5837压力传感器对象类型声明一个MS5837压力传感器对象变量，具体操作格式如下：

　　MS5837ObjectType ms5837;

　　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：

　　MS5837ObjectType *ms，MS5837对象

　　MS5837Write write，向MS5837写数据函数指针

　　MS5837Read read，从MS5837读数据函数指针

　　MS5837Delayms delayms，毫秒延时函数指针

　　对于这些参数，对象变量我们已经定义了。我们需要重点关注几个函数指针，首先要定义这几个函数，并将函数指针作为参数。这几个函数的类型如下：

1 /*向MS5837下发指令，指令格式均为1个字节*/
2 typedef void (*MS5837Write)(struct MS5837Object *ms,uint8_t command);
3 
4 /*从MS5837读取多个字节数据的值*/
5 typedef void (*MS5837Read)(struct MS5837Object *ms,uint8_t *rData,uint16_t rSize);
6 
7 /*毫秒秒延时函数*/
8 typedef void (*MS5837Delayms)(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。片选操作函数用于多设备需要软件操作时，如采用硬件片选可以传入NULL即可。具体函数定义如下：

1 /*通过I2C1接口下发命令*/
 2 static void SendCommandToMS5837(MS5837ObjectType *ms,uint8_t command)
 3 {
 4   HAL_I2C_Master_Transmit(&ms5837hi2c,ms->devAddress,&command,1,1000);
 5 }
 6  
 7 /*通过I2C1接口读取数据*/
 8 static void GetDatasFromMS5837(MS5837ObjectType *ms,uint8_t *rData,uint16_t rSize)
 9 {
10   HAL_I2C_Master_Receive(&ms5837hi2c,ms->devAddress,rData,rSize,1000);
11 }

　　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：

　　MS5837Initialization(&ms5837,SendCommandToMS5837,GetDatasFromMS5837,HAL_Delay);

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。我们在驱动中已经将获取数据并转换为转换值的比例值，接下来我们使用这一驱动开发我们的应用实例。

1 /*获取压力变送器数据*/
 2 void MS5837GetMeasureData(void)
 3 {
 4        float pressure=0.0;
 5        float temperature=0.0;
 6       
 7        GetMS5837ConversionValue(&ms5837,MS5837_OSR8192,MS5837_OSR8192);
 8       
 9        pressure=ms5837.pressure;
10        temperature=ms5837.temperature;
11 }

4 、应用总结

　　我们已经实现了MS5837压力传感器的驱动程序，也设计了一个简单的应用来验证这一驱动程序。验证的结果与我们预期一样，得到了我们需要的数据。我们也曾将这一驱动应用于实际项目，效果也是令人满意的。

　　使用驱动是需要注意，MS5837压力传感器虽然采用了I2C接口，但它的地址是固定的，所以一条总线上只能有一台MS5837压力传感器。所以在驱动中地址是固化在驱动程序中不可修改的。

源码下载： https://github.com/foxclever/ExPeriphDriver