接口1-Wire USB适配器与安卓

本应用笔记详细介绍了如何连接DS9490R、温度记录仪iButton器件和Android的USB On-the-Go（OTG）。审查每个部分之间的通信协议。我们回顾数据手册信息以及如何将其应用于终端系统。演示示例代码的示例 Android 应用程序也可供下载。

介绍

睤。智能手机无处不在。智能手机不仅仅是一部电话，而是一台功能强大的计算机，可以放在口袋里。由于智能手机中可用的计算能力和传感器不断增加，现在使用该手机作为其他设备的接口是切实可行的。本文介绍如何使用 Android 智能手机上的 USB 端口与没有计算机系统的从属设备进行通信。此处的示例使用1-Wire总线通过USB从Android到Thermochron iButton温度记录器进行通信。®®®®

系统布局

此应用程序的关键是智能手机上的USB端口。当智能手机使用USB移动（OTG）收发器时，USB主机功能可以通过其他从设备实现，例如鼠标，闪存驱动器，键盘或此处的Thermochron。最新版本的 Android 应用程序编程接口 （API） 在应用程序级别支持 USB 主机模式。此功能允许最终用户安装与 USB 外围设备“对话”的应用程序，而无需在用户的智能手机上生根或安装特殊驱动程序。

系统框图如图1所示。安卓智能手机必须使用 USB OTG 收发器。通常，手机连接到计算机并充当USB从站，但USB OTG收发器允许将手机转换为USB主站。这种角色转换需要一根特殊的OTG电缆来提供USB A型端口，并发出USB从站连接到智能手机的信号。

此应用程序是一个主从系统，以Android智能手机为主，Thermochron数据记录器作为从机。系统使用USB转1线/iButton（DS9490R）适配器将智能手机与数据记录器桥接。使用网络电缆/插座DS1402D-DR8作为1-Wire总线，只需要一条数据线。数据记录器是iButton温度记录器（DS1921G）。

图1.系统框图使用DS9490R 1-Wire适配器作为智能手机和应用器件之间的接口;DS1402D-DR8总线电缆连接到应用器件，此处为DS1921G温度时线iButton。

1-Wire总线的重要作用

1-Wire总线是单主系统与多从系统之间的接口。1-Wire输出为漏极开路，采用类似于I2C. 一些1-Wire从机可以由1-Wire总线寄生供电，当不发生通信时，该总线为从器件中的内部电容器充电。每个1-Wire从器件还具有一个工厂光刻的、唯一的64位注册号，因此每个从器件都可以在总线上轻松识别和监控。

1-Wire交易序列（图2）由复位脉冲（trst） 发送给奴隶。复位脉冲通过按住1-Wire总线预定的时间段，使所有从机进入已知状态。接下来，从机通过存在检测脉冲（tPD），在主站释放总线后将其拉下。

图2.1线时序图。

复位后，从设备可以接受针对每个从设备的各种ROM命令，这些命令由其注册号标识。匹配ROM的命令仅激活具有正确标识注册的单个从设备。搜索ROM用于发现总线上所有从站的注册号。因此，尽管我们在这里只显示一个从器件，但该应用可以有多个1-Wire兼容的从器件。

一旦选择了特定的ROM命令，那么设备特定的命令就可以由主节点发出，在我们的例子中是Android。使用像Thermochron这样的温度记录器作为从站，主机的命令可能涉及写入或读取其暂存器或存储器，或转换温度。

1-Wire接口没有时钟线，因此通信被分成多个时隙（t槽），每个都携带一点信息。在时隙开始时，主站会短暂地拉下总线以指示位的开始。传输零点时，主站或从站继续保持总线低电平。传输一个时，主站或从站释放总线。主站或从站按规定的时间读取总线（t样本） 之后，母版指示时隙的开始。

与1线适配器的USB通信

DS9490R是1线转USB适配器，具有四个USB端点：控制、中断、批量输入（）和批量输出（）。通常，控制端点用于向1-Wire适配器发送命令并设置传输类型。批量输入/输出用于数据传输，中断终结点用于接收状态寄存器和返回消息等时间敏感信息。epINepOUT

使用安卓作为 USB 主机

这里提出的设计是有先例的。Android API 从版本 3.1 开始，支持 USB 主机模式。曼努埃尔·迪·塞尔博1通过USB将Arduino微控制器板与Android手机连接。我们的应用修改了DiCerbo的工作，将基本概念扩展到DS9490R USB转1-Wire适配器，并将1-Wire适配器与Thermochron配合使用，而不是微控制器。

DiCerbo示例代码是该项目的基础。该代码首先请求用户允许访问连接到Android智能手机的USB设备。然后，程序搜索供应商和设备 ID，并设置 USB 终结点以进行通信。该代码提供 ，用于执行批量和控制传输的 USB 设备连接;它为批量输入和 .这与所有系统用于初始化USB并将低级USB命令写入从站的基本设置相同。

现在我们将演示如何使用Android在温度上执行温度转换并读取温度结果。每个事务步骤（表 1）都以 开头，后跟选择从设备，然后是最终特定于设备的命令。

表 1.1-Wire主机对温度数据记录器执行的命令
 

 

1线复位	匹配光盘	转换温度
1线复位	匹配光盘	读存储器/寄存器

 

1-Wire复位通过USB控制传输执行，Android API的控制传递函数原型如下所示。

 

// Performs a control transaction on endpoint zero for this device.
int controlTransfer(int requestType, int request, int value, int index, byte[] buffer, int length, int timeout)

控制传输用于启动 、 或 。参数在数据手册中描述。稍后，我们将说明如何使用此函数。

批量传输用于读/写内存。这里的端点将是 或 ，取决于我们是读取数据还是写入数据。终结点缓冲区存储要发送的数据，或者为空以存储接收的数据。长度是接收或发送的字节数。超时是以毫秒为单位的 USB 超时设置。

 

// Performs a bulk transaction on the given endpoint.
int bulkTransfer(UsbEndpoint endpoint, byte[] buffer, int length, int timeout)

此处显示了将转换温度命令 （0x44） 发送到温度时线的代码。如前所述，第一行1-Wire复位通过控制传输发送（表1）。这是 、 ，它转换温度序列。

 

// 1-Wire Reset 
1	conn.controlTransfer(0x40, 0x01, 0x0C4B, 0x0001, null, 0x0000, 0); 
// Match ROM, where romid is the iButton's registration number
2	romid = new byte[] {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00};
3	conn.bulkTransfer(epOUT, romid, 8, 0);
4	conn.controlTransfer(0x40, 0x01, 0x0065, 0x55, null, 0, 0);
// Convert Temperature for DS1921G
5	data = new byte[]{0x44};
6	conn.bulkTransfer(epOUT, data, data.length, 0); 
7	conn.controlTransfer(0x40, 0x01, 0x1075, data.length, null, 0, 0);

在上面的第4行中，匹配访问控制传输在0-Wire总线上发送一个、55x1、匹配访问ROM命令，后跟所需从站的ROM注册号。1-Wire Reset2索引参数设置为 0x55。match 访问命令要求用户将注册号预加载到 ，如代码的第 2 行和第 3 行所示。功能参数在DS2490数据资料中描述。

温度小时管的数据表将0x44标识为开始温度转换的代码。（表2）。转换温度命令通过使用块 I/O 操作写入0x44来执行。对于块 I/O 操作，将输出数据写入，如上面的第 6 行所示。然后，第 7 行中的控制传输执行块 I/O 命令。epOUT

表 2.温度存储器和控制命令（使用批量 I/O）
 

 

内存/控制命令	命令代码	描述
读内存	0xF0	从内部寄存器读取数据。按照寄存器地址的命令进行操作，首先使用 LSb。继续为每个字节读取0xff虚拟数据。
转换温度	0x44	开始温度转换。

 

下面的代码显示了通过USB批量I/O传输读取温度寄存器数据的顺序。温度时线的读取存储器命令代码0xF0（请参阅表 2）。接下来是 0x0211 的目标寄存器地址 （TA），该地址具有只读访问权限，并分为两个字节（第 8 行）。在1-Wire总线上写入和发送的数据全部环回主机，因为总线仅由一根线组成。然后，主站需要将虚拟数据（0xff）写入总线。从机响应并覆盖0xff数据，因为如前所述，1-Wire是一条漏极开路总线。净效应是数据与0xff的 AND。

这一系列命令被放到1-Wire总线（第9行和第10行）上，控制传输通过发送命令来执行命令。回读数据位于 USB 终结点 中。这是在第 12 行的批量传输命令复制到的。然后将生成的原始温度代码转换为第 13 行的相应温度值。epOUTepINtempdata

 

// 1-Wire Reset and Match ROM
// (omitted) ...
// Read Temperature Register/Memory Command
//          Read Memory, TA2, TA1, dummy data
8	command = new byte[] {(byte)0xf0, 0x11, 0x02, (byte)0xff, (byte)0xff};
9	conn.bulkTransfer(epOUT, command, command.length, 0); 
10	conn.controlTransfer(0x40, 0x01, 0x1075, command.length, null, 0, 0);
// Return Data from input endpoint
11	byte[] tempdata = new byte[5];
12	conn.bulkTransfer(epIN, tempdata, 5, 0);
// Temperature calculation
13	temperature = (int)(tempdata[4] & 0xff)/2.0 – 40;

我们的安卓应用程序示例

示例 Android 应用程序如图 3 所示。当用户运行程序并按“枚举”按钮时，将显示一个屏幕，询问访问 USB 设备的权限。用户点击确定后，应用程序将执行搜索并在下拉菜单中列出所有从站的64位注册号。当用户选择特定的注册号时，应用程序将执行上述例程，并显示来自温度时线的实时温度。枚举按钮和注册号的选择连接到生成一个 .这些任务是完成请求的操作并在完成后更新用户界面 （UI） 的线程。这些任务不会在 UI 线程中执行，以防止它在等待 iButton 响应时冻结。

在最终应用中，代码被抽象为一般的1-Wire操作，如、、、、和。此外，这些命令一起可以进一步抽象为 iButton 函数，例如 和 。这允许调用正确的函数。

图3.Android 应用程序，USB 权限（左）。特定温度时线iButton的温度测量由其注册号（右）标识。

示例应用包含用于将用户交互（如按下按钮）链接到1-Wire从机执行命令的UI代码。除DS1921G温度时线外，该应用还支持iButton温度记录仪（DS1922L/DS1922T）和iButton湿度记录器（DS1923）。如图3所示，每个器件的注册号分为三个字段：家族代码、序列号和循环冗余校验（CRC）。可以从每个注册号读取家族代码，以确定确切的设备型号。

结论

此示例应用程序的代码是使用 Eclipse 编程的，可供下载。访问整个项目文件后，可以轻松浏览和修改源代码。项目代码使用抽象函数间接使用低级 USB 命令。本文末尾的一般参考资料有助于理解Android USB API和1-Wire命令。这些资源广泛用于开发此示例应用程序。可能的修改可能会改变应用，使其可与其他5V 1-Wire从器件（如存储器）配合使用，或启用其他iButton功能。可定制的选项很多，最终结果取决于设计人员的系统要求。

审核编辑：郭婷