RT-Thread实战笔记|TCS34725 RGB 颜色识别传感器详解

用户8913398

发布于 2021-08-13 13:08:19

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发布于 2021-08-13 13:08:19

rt-thread是什么？

RT-Thread 是一个集实时操作系统（RTOS）内核、中间件组件和开发者社区于一体的技术平台，组件完整丰富、高度可伸缩、简易开发、超低功耗、高安全性的物联网操作系统。RT-Thread 拥有良好的软件生态，支持市面上所有主流的编译工具如 GCC、Keil、IAR 等，工具链完善、友好，支持各类标准接口，如 POSIX、CMSIS、C++应用环境、Javascript 执行环境等，方便开发者移植各类应用程序。商用支持所有主流MCU架构，如 ARM Cortex-M/R/A, MIPS, X86, Xtensa, C-Sky, RISC-V，几乎支持市场上所有主流的 MCU 和 Wi-Fi 芯片。

小飞哥结缘RT_Thread是去年参加全连接大赛，获得了个优秀奖，参赛项目是无线重力感应遥控小车，项目完整资料已经开源，小伙伴们可以自行获取，话不多说，开淦！

IIC通讯协议简介

I2C（Inter Integrated Circuit）总线是 PHILIPS 公司开发的一种半双工、双向二线制同步串行总线。I2C 总线传输数据时只需两根信号线，一根是双向数据线 SDA（serial data），另一根是双向时钟线 SCL（serial clock）。SPI 总线有两根线分别用于主从设备之间接收数据和发送数据，而 I2C 总线只使用一根线进行数据收发。

I2C 和 SPI 一样以主从的方式工作，不同于 SPI 一主多从的结构，它允许同时有多个主设备存在，每个连接到总线上的器件都有唯一的地址，主设备启动数据传输并产生时钟信号，从设备被主设备寻址，同一时刻只允许有一个主设备。如下图所示：

如下图所示为 I2C 总线主要的数据传输格式：

当总线空闲时，SDA 和 SCL 都处于高电平状态，当主机要和某个从机通讯时，会先发送一个开始条件，然后发送从机地址和读写控制位，接下来传输数据（主机发送或者接收数据），数据传输结束时主机会发送停止条件。传输的每个字节为8位，高位在前，低位在后。数据传输过程中的不同名词详解如下所示：

开始条件：

SCL 为高电平时，主机将 SDA 拉低，表示数据传输即将开始,老规矩，还是波形说话，下面的波形就是对开始条件最好的描述：

从机地址：

主机发送的第一个字节为从机地址，高 7 位为地址，最低位为 R/W 读写控制位，1 表示读操作，0 表示写操作。一般从机地址有 7 位地址模式和 10 位地址模式两种，如果是 10 位地址模式，第一个字节的头 7 位是 11110XX 的组合，其中最后两位（XX）是 10 位地址的两个最高位，第二个字节为 10 位从机地址的剩下8位，如下图所示：

应答信号：

每传输完成一个字节的数据，接收方就需要回复一个 ACK（acknowledge）。写数据时由从机发送 ACK，读数据时由主机发送 ACK。当主机读到最后一个字节数据时，可发送 NACK（Not acknowledge）然后跟停止条件。

数据：

从机地址发送完后可能会发送一些指令，依从机而定，然后开始传输数据，由主机或者从机发送，每个数据为 8 位，数据的字节数没有限制。

重复开始条件：

在一次通信过程中，主机可能需要和不同的从机传输数据或者需要切换读写操作时，主机可以再发送一个开始条件。

停止条件：

在 SDA 为低电平时，主机将 SCL 拉高并保持高电平，然后在将 SDA 拉高，表示传输结束。

以上就是IIC协议的基本原理，看起来比较简单，实现起来也不难，MCU有硬件IIC的可以使用硬件IIC，没有的话，使用IO模拟即可。

RT-Thread IIC设备驱动使用

习惯于MCU BSP驱动开发的玩家来说，初识RT_Thread的设备驱动可能有点蒙，原因在于RT_thread代码结构大多是面向对象的，类linux风格，学习过linux开发的小伙伴来看rt-thread一定会倍感亲切的...

接下来就以IIC设备驱动代码来看，如何使用rt-thread的IIC驱动

访问IIC设备

一般情况下 MCU 的 I2C 器件都是作为主机和从机通讯，在 RT-Thread 中将 I2C 主机虚拟为 I2C总线设备，I2C 从机通过 I2C 设备接口和 I2C 总线通讯，相关接口如下所示：

函数	描述
rt_device_find()	根据 I2C 总线设备名称查找设备获取设备句柄
rt_i2c_transfer()	传输数据

查找IIC设备

在使用 I2C 总线设备前需要据 I2C 总线设备名称获取设备句柄，进而才可以操作 I2C 总线设备，查找设备函数如下所示：

rt_device_t rt_device_find(const char* name);

参数	描述
name	根据 I2C 总线设备名称查找设备获取设备句柄
返回	——
设备句柄	查找到对应设备将返回相应的设备句柄
RT_NULL	没有找到相应的设备对象

如何使用呢，以下面要做的RGB颜色识别传感器为例,参数“name”实际上就是我们要用到的IIC设备名称


#define RGBSensor_I2C_BUS_NAME      "i2c3"  /* 传感器连接的I2C总线设备名称 */
static struct rt_i2c_bus_device *i2c_bus = RT_NULL;     /* I2C总线设备句柄 */


static void rgbSensor_init(const char *name)
{
    /* 查找I2C总线设备，获取I2C总线设备句柄 */
    i2c_bus = (struct rt_i2c_bus_device *)rt_device_find(name);

    if (i2c_bus == RT_NULL)
    {
        rt_kprintf("can't find %s device failed!\n", name);
    }
    else
    {
        rt_kprintf("find %s device success!\n", name);
        rt_pin_mode(sensor_ledpin, PIN_MODE_OUTPUT);
        begin();
    }
}

数据传输

获取到 I2C 总线设备句柄就可以使用 rt_i2c_transfer() 进行数据传输。函数原型如下所示：

rt_size_t rt_i2c_transfer(struct rt_i2c_bus_device *bus,
                          struct rt_i2c_msg         msgs[],
                          rt_uint32_t               num);

参数	描述
bus	I2C 总线设备句柄
msgs[]	待传输的消息数组指针
num	消息数组的元素个数
返回	--
消息数组的元素个数	成功
错误码	失败

和 SPI 总线的自定义传输接口一样，I2C 总线的自定义传输接口传输的数据也是以一个消息为单位。参数 msgs[] 指向待传输的消息数组，用户可以自定义每条消息的内容，实现 I2C 总线所支持的 2 种不同的数据传输模式。如果主设备需要发送重复开始条件，则需要发送 2 个消息。

关于IIC通讯所有到的地址、读写控制、数据长度、数据等参数封装在一个结构体中：

struct rt_i2c_msg
{
    rt_uint16_t addr;    /* 从机地址 */
    rt_uint16_t flags;   /* 读、写标志等 */
    rt_uint16_t len;     /* 读写数据字节数 */
    rt_uint8_t  *buf;    /* 读写数据缓冲区指针 */
}

注意：

此函数会调用 rt_mutex_take(), 不能在中断服务程序里面调用，会导致 assertion 报错。

关于IIC的主要函数原型如上面，底层的东西就不需要关心了，有没有一种很方便（不知所措）的感觉，回想起以前自己编写的，起始信号、停止信号、超时判断，一点一点都要自己动手，简直了...但是初学者学学编写逻辑也挺好的，慢慢转向面向对象也挺好...

RGB颜色识别传感器实战

上面介绍了rtt IIC设备驱动的基本使用，小伙伴们是不是还有点迷糊，下面来实战，如何使用

颜色传感器简介

小飞哥在某宝买的，￥6，IIC通讯接口，板子虽小，还挺精致，原理图还是不错的，可以参考参考

红框中的双向电平转换电路是一个不错的低成本转换电路，完全可以借鉴应用到自己的产品中

接口说明

通讯协议

更多的传感器信息，请查看传感器datasheet

代码编写

硬件连接

rt-Thread studio配置

新建工程就不说了，小飞哥前面的文章有讲到过，采用模拟IIC，来看看如何配置组件，我选择的是IIC3，随自己心意就好，配置比较简单，配置完保存即可

经过上面章节的介绍，对rtt iic设备的使用有了一些简单的了解，下面来具体使用,先来看初始化过程

1、查找IIC设备是否注册


static void rgbSensor_init(const char *name)
{
    /* 查找I2C总线设备，获取I2C总线设备句柄 */
    i2c_bus = (struct rt_i2c_bus_device *)rt_device_find(name);

    if (i2c_bus == RT_NULL)
    {
        rt_kprintf("can't find %s device failed!\n", name);
    }
    else
    {
        rt_kprintf("find %s device success!\n", name);
        rt_pin_mode(sensor_ledpin, PIN_MODE_OUTPUT);
        begin();
    }
}

编译完，不出意外的话，应该会出现以下，恭喜你，完成了第一步...

接下来是对传感器的读写操作，先来封装两个读写寄存器函数

/* 写传感器寄存器 */
static rt_err_t write_reg(struct rt_i2c_bus_device *bus, rt_uint8_t reg, rt_uint32_t *data)
{
    rt_uint8_t buf[3];
    struct rt_i2c_msg msgs;
    rt_uint32_t buf_size = 1;

    buf[0] = TCS34725_COMMAND_BIT | reg;                   //cmd
    if (data != RT_NULL)
    {
        buf[1] = data[0];
        buf[2] = data[1];
        buf_size = 3;
    }

    msgs.addr = TCS34725_ADDRESS;
    msgs.flags = RT_I2C_WR;
    msgs.buf = buf;
    msgs.len = buf_size;

    /* 调用I2C设备接口传输数据 */
    if (rt_i2c_transfer(bus, &msgs, 1) == 1)
    {
        return RT_EOK;
    }
    else
    {
        return -RT_ERROR;
    }
}

/* 读传感器寄存器数据 */
static rt_err_t read_regs(struct rt_i2c_bus_device *bus,rt_uint8_t reg,rt_uint8_t len, rt_uint8_t *buf)
{
    struct rt_i2c_msg msgs;
    write_reg(i2c_bus,reg, RT_NULL);

    msgs.addr = TCS34725_ADDRESS;
    msgs.flags = RT_I2C_RD;
    msgs.buf = buf;
    msgs.len = len;

    /* 调用I2C设备接口传输数据 */
    if (rt_i2c_transfer(bus, &msgs, 1) == 1)
    {
        return RT_EOK;
    }
    else
    {
        return -RT_ERROR;
    }
}

接下来先来确认模块是不是连接成功，进行读ID操作，这也是确认MCU和模组连接的常用方法先来读ID试试，需要注意下，型号不同，器件ID有区别，小飞哥被坑了好一会才想起来查手册...所以大家一定要先看手册，看一些关键信息，避免因手册没看浪费时间

/**************************************************************************/
/*!
    Initializes I2C and configures the sensor (call this function before
    doing anything else)
*/
/**************************************************************************/
rt_uint8_t begin(void)
{
   rt_uint8_t sensor_id = 0;
  /* Make sure we're actually connected */
  read_regs(i2c_bus,TCS34725_ID,1,&sensor_id);

  if ((sensor_id != 0x4d) && (sensor_id != 0x10))
  {
     rt_kprintf("find sensor failed!\n");
    return 0;
  }
  rt_kprintf("sensor ID is:%0x!\n",sensor_id);
  rt_kprintf("find sensor success!\n");


  /* Set default integration time and gain */
  RT_setIntegrationTime(TCS34725_INTEGRATIONTIME_50MS);
  RT_setGain(TCS34725_GAIN_1X);

  /* Note: by default, the device is in power down mode on bootup */
  RT_enable();

  return 1;
}

顺利的话，是没问题的，设备连接OK的

获取原始数据，根据下图中的RGBC寄存器地址读取数据即可


/*******************************************************************************
 * @brief TCS34725获取各个通道数据
 *
 * @return 1 - 转换完成，数据可用
 *         0 - 转换未完成，数据不可用
*******************************************************************************/
rt_uint8_t RT_getRawData (COLOR_RGBC *rgbc)
{
    rt_uint8_t data[2] = {0};
    rt_uint8_t status = TCS34725_STATUS_AVALID;

    read_regs(i2c_bus,TCS34725_STATUS,1,&status);

    if(status & TCS34725_STATUS_AVALID)
    {
        read_regs(i2c_bus,TCS34725_CDATAL,2,data);
        rgbc->c = (data[1]<<8)|data[0];

        read_regs(i2c_bus,TCS34725_RDATAL,2,data);
        rgbc->r = (data[1]<<8)|data[0];

        read_regs(i2c_bus,TCS34725_GDATAL,2,data);
        rgbc->g = (data[1]<<8)|data[0];

        read_regs(i2c_bus,TCS34725_BDATAL,2,data);
        rgbc->b = (data[1]<<8)|data[0];

        return 1;
    }
    return 0;
}

如果感觉获取的颜色值跟实际差别很大，可以调节积分时间和增益倍数两个参数