江西理工大学应用科学学院
嵌入式系统开发技术
课程设计
专    业：    电子信息工程     
班    级：    电信121         
        学    号：  08060312109       
姓    名：        贺佳         
设计题目：Linux温度传感器驱动程序
                                                  2015年11月24日

姓  名
贺佳
班  级
电信121
学  号
08060312109
课设题目
基于嵌入式Linux温湿度传感器驱动程序
指导教师
王苏敏
评分项目
满分分值
得分
设计文档（30分）
文档格式
封面
2
页面布局
4
目录格式
3
图表质量
2
页眉页脚
2
文档内容
内容完整性
6
内容逻辑性
5
内容正确性
6
程序代码（30分）
程序功能
15
编程规范
7
编程文档
8
答辩（20分）
课题陈述
7
问题答辩
10
是否超时
3
考勤（20分）
20
总评成绩
指导教师评语
签名：              年    月    日
教研室意见
签名：              年    月    日

基于嵌入式Linux温湿度传感器驱动程序
2.需求分析
在工业控制和工业生产领域中, 传感器对于工业控制和生产环境的监控作用不言而喻。传统的传感器监控系统大都采用单片机控制, 其监控的准确度和实时性不太令人满意。本文寻到一套切实可行的传感器设计方案,其利用温湿度传感器芯片,,基于PXA310硬件平台和操作系统,能有效监控现场温湿度Linux变化。在周围环境发生变化, 不能满足工作要求时,可以获取监控数据并提出预警, 提高生产和工作环境检测的可靠性及实时性。
温度设计传感器电路设计
比较了一些传感器应用设计方案后 ，选用SHTl O 芯片为嵌入式温湿度传感器的 printf输出格式linux核心部件。它外围电路简 便，相比其他传感器芯片（DSl 8820）有其独到优势［1］。 STHlO 每秒可进行 3 次温湿度测量 ，数据精度 14 bit 并且工作稳定。其测量采用 CMOSens 专利［2］ ，所以在 测量效率和精度上要好于 0518820。0518820  采用 单单、线控制方案（ l-wire） ，
大约每秒测量一次，9 位数 字式温度数据；只提供温度测量
需求概述
SHTlO  是一款高度集成的温湿度传感器芯片 ，提供全量程标定数字输出 。传感器包括一个电窑 性聚合 体湿度敏感元件和一个用能隙材料制成的温度 敏感元 件，他们与 个 14 位 AI D 转换器以及一个串行接 口电路设计在同一个芯片上面。其通过标定得到校 准 系数以程序形式储存在芯片 OTP 内存中，并利用两 线制串行接口与 内部电压调整 ，使外国系统集成变得 快速而简单。。其在生产环境检测要 求严格时，就显得精度和功能有些不足.SHTl O  芯片 电源 3.3V 。传感器上 电后，等待 门ms  来完成 “休眠” 状态。通信复位和启动传输命 令后，发送  组测量命令（ '00000101 ’ 表示相对湿 度 RH,  '000000 门’ 表示温度 T） ，控制器要等待测 量结束。这个过程需要大约 ll/5 5 / 210ms  ，分别对 应 8/12 /14bit  测量。SHTlO  通过下拉 DATA  至低 电平，表示测量结束。控制器触发 SCK  时钟前，必须等待这个 “数据备妥” 信号才能将测量数据正确读 入。 测量和通讯结束后 ，SHTlO  自动转入休眠模式。数据 传送采用两线制串行接 口（与 12（ 接口不兼容）。
3.总体设计
SHTl O 采用 LCC 封装，其DATA 和 SCK 号｜ 脚分
别连接到 PXA310 的 GP1078 和 GP.气 79。PXA3 lO
通过模拟时序方式实现对外 国温湿度传感器的控制和 数据读写操作。由于 SHTl O 对于温湿度灵敏度很高 ，在系统集成时应尽量远离发热源（如 MCU、LCD 等）， 否则测量结果会有所偏离 ；为 SHTlO 布线时，周围应 尽量铺地减少周围器件对其 的干扰。SHTlO 电路原理 图如图 1 所示。
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图 1  SHTl O 电路原理图
Linux温湿度传感器驱动程序 实现
单片机控制的传感器设备中 ，单片机通常是单线 程运行。在进行温湿度测量时 ，单片机需要等待测试 结果返回，其方法阻碍了其他测试和操作的罔步执行。 在嵌入式 Lim』X 系统中，
驱动程序将测试任务送入任 务队列，交出CPU 控制权，继而进行其他实时任务运 行，待内核空闲再进λ任务队列完成传感器的测量 ， 以此提高系统执行的效率和实时性。
Linux 温湿度传感器设备加载
温湿度传感器使用Linux 内核的 Miscdevice 数据结构在驱动程序初始化时将设备注册到内核 。 Miscdevice 是字符设备 ，其主设备号为 10，设备及 设备接口函数定义如下所示。
static struct file_operations shtl O_fops = { owner:THIS_MODULE,    // 所 属  的 设 备 模块
read:  shtl O_ read,                        //数据读取操作
static  struct  miscdevice my_shtl O ={
.minor=4,            //设备号为4
.name="SHTl O"          //设备名称为SHTl O
.fops=&shtl O_fops,        //设备可用相关操作
驱动程序加载设备时将调用 
内核的注册函数。在Linux2.4 和 2.6 内核申，几乎所有 Linux 驱动程序都依靠如下函数加载模块.
static int    init shtl
O_init(void)
misc_register(&my_shtl  O);  //注册设备SHTl O
return O;              //返回成功操作0
驱动程序初始化完成后 ，上层应用程序可以调用 shtl O_fops 中的 shtl O_read 函数进行温湿度的读 取操作。
Linux  温湿度传感器设备操作
进行数据读取前，首先要在驱动程序 甲开辟 4 个 字节的数据空间，用于存放温度和湿度测量值 。这里 定义全局变量数据缓冲区为 unsigned char bu例。
读取 SHTl O 温湿度数据前 ，需要进行端 口初始化 和 SHTlO 复位操作，然后将任务送于任务队列 并阻塞 线程［SJ ，当任务完成返回后再唤醒线 程，将读到数据 传递给上层应用程序做进一步处理 。程序流程图和实 现函数如图 2 所示。
            内核空间数据送往用户空间处理   
图 2    驱动程序流程图
static int measure_ shtl O(u8 checksum,u8 mode)
unsigned  char error=O;              ／／设备无应答 ，标识清 O
int i=O;                              ／／用来指示数据存放位置
start_trans();                      ／／模拟时序，启动传输
switch(mode)                        ／／选择 测 量 方式
case    TEMP:error+ =write_ byte    (MEASURE_ TEMP);
i= l;break;                          ／／测量温度 ，指示存放位置
case    HUMl:error+=w「ite_byte(MEASURE_ HUMI);
break;                                ／／测量湿度
while(]){                          ／／等待 SHTlO 应答 ，退出
if(read_data0==0) break;
if(i){                              ／／查看 i，存放数据
buf[O]=read_byte(ACK);        ／／将测量温度数据 存放于
buf[l ]=read_byte(ACK);          / /buf[O］和 buf[1],并应答
else{
buf[2]=read_byte(ACK);          ／／将测量湿度数据 存放于
buf[3]=read_byte(ACK);                / / buf[2］矛日 buf[3]并应答
｝                                ／／最后读效验  ，无应答
checksum= read_byte(noACK);
return  error;                        ／／返回错误标识
上 述函数中 start_trans;  write_byte;  read_data;    read_byte 分别利用 PXA310 sl脚模拟时序 完成启动传输、写字节，读一位数据和读字节的操作。
static    ssize_t    sht lO_read(struct    file吁ile,char *buffer,size_t count,loff_t *ppos）
porUnit();                            ／／初始化 PXA310 端口
reset_sht100;                        ／／复位 SHTl O
tasklet_schedule(&shtl O_tasklet);          ／／将任务送于任务队列
wait_for_completion(&comp);                ／／阻塞线程 ，等待完成
copy_to_user(buffer, (char *)&buf,sizeof(buf));    ／／将读到的数据返 回用户
return O;                                      ／／空间，退出
内 核 tasklet_sched ule（） 调 度 执 行 指 定 的tasklet ，在获得运行机会之前 只会调度一次 ，如果在 运 行 时被 调 度 ，则 完 成 后 会 被 再 次 运 行 ［6)  0 wait_for_completion （）这个函数进行    个不可打断 的等待，如果有代码调用它 ，并且没有完成这个任务 ， 结果会是一个不可杀死的进程 。copy_to_user （）将内 核空间数据传向上层用户空间 ，并让上层测试程序做 进一步处理。