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temp_sensor.rst

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温度传感器

:link_to_translation:en:[English]

简介

{IDF_TARGET_NAME} 内置传感器，用于测量芯片内部的温度。该温度传感器模组包含一个 8 位 Sigma-Delta 模拟-数字转换器 (ADC) 和一个数字-模拟转换器 (DAC)，可以补偿测量结果，减少温度测量的误差。

由于硬件限制，温度传感器存在预定义的测量范围及其对应误差，详见下表：

预定义测量范围 (°C) 测量误差 (°C)
50 ~ 125 < 3
20 ~ 100 < 2
-10 ~ 80 < 1
-30 ~ 50 < 2
-40 ~ 20 < 3

Note

温度传感器主要用于测量芯片内部的温度变化。芯片内部温度通常高于环境温度，并且受到微控制器的时钟频率或 I/O 负载、外部散热环境等因素影响。

功能概述

下文将分节概述温度传感器的功能：

  • temp-resource-allocation - 介绍了部分参数，设置这些参数可以获取温度传感器句柄；还介绍了在温度传感器完成工作后如何回收资源。
  • temp-enable-and-disable-temperature-sensor - 介绍如何启用及禁用温度传感器。

- temp-get-temperature-value - 介绍如何获取实时温度值。 :SOC_TEMPERATURE_SENSOR_INTR_SUPPORT: - temp-install-temperature-threshold-callback - 介绍如何注册温度阈值回调函数。 - temp-power-management - 介绍更改功耗模式（如 Light-sleep 模式）对温度传感器造成的影响。 :SOC_TEMPERATURE_SENSOR_INTR_SUPPORT: - temp-iram-safe - 介绍在禁用 cache 时如何提高温度传感器的性能。 - temp-thread-safety - 介绍如何使驱动程序具备线程安全性。 :SOC_TEMPERATURE_SENSOR_SUPPORT_ETM: - temperature-sensor-etm-event-and-task - 介绍哪些事件和任务可以连接到 ETM 通道。

资源分配

{IDF_TARGET_NAME} 只有一个内置温度传感器硬件。:cpptemperature_sensor_handle_t 表示温度传感器模块，该变量也是不同函数之间的纽带。通过使用相同的 :cpptemperature_sensor_handle_t 变量，可以在不同的函数调用中访问和修改温度传感器属性，以控制和管理温度传感器。该变量会作为温度 API 的参数，携带有关硬件和配置的信息，你只需创建类型为 :cpptemperature_sensor_handle_t 的指针，并将其传递给所需 API。

请在安装内置温度传感器模块前评估测量环境的温度范围。例如，如果在室内测量，环境温度可能在 10 °C ~ 30 °C；如果在灯泡中测量，环境温度则可能在 60 °C ~ 110 °C。在环境温度范围的基础上，请先根据以下值定义配置结构体 :cpptemperature_sensor_config_t，再安装内置温度传感器：

  • :cpprange_min：所测量温度范围的最小值。
  • :cpprange_max：所测量温度范围的最大值。

设置好温度范围后，将配置结构体传递给 :cpptemperature_sensor_install，该函数将创建温度传感器模块并返回句柄。

如前文所述，不同测量范围对应不同测量误差。然而你无需自行比对测量误差，乐鑫提供了一个内部机制，可以根据所给温度范围选择最小误差。

温度传感器使用完毕后，请调用 :cpptemperature_sensor_uninstall 释放相应资源。

创建温度传感器句柄

  • 第 1 步：评估测量范围。本示例的温度范围为 20 °C ~ 50 °C。
  • 第 2 步：配置测量范围，获取温度传感器句柄。
temperature_sensor_handle_t temp_handle = NULL;
temperature_sensor_config_t temp_sensor_config = TEMPERATURE_SENSOR_CONFIG_DEFAULT(20, 50);
ESP_ERROR_CHECK(temperature_sensor_install(&temp_sensor_config, &temp_handle));

启用及禁用温度传感器

  1. 调用 :cpptemperature_sensor_enable 启用温度传感器。此时，内部温度传感器回路开始工作，驱动程序从初始化状态转为启用状态。
  2. 调用 :cpptemperature_sensor_disable 禁用温度传感器。

获取测量的温度值

通过 :cpptemperature_sensor_enable 启用温度传感器后，可以调用 :cpptemperature_sensor_get_celsius 获取当前测量的温度值。

// 启用温度传感器
ESP_ERROR_CHECK(temperature_sensor_enable(temp_handle));
// 获取传输的传感器数据
float tsens_out;
ESP_ERROR_CHECK(temperature_sensor_get_celsius(temp_handle, &tsens_out));
printf("Temperature in %f °C\n", tsens_out);
// 温度传感器使用完毕后，禁用温度传感器，节约功耗
ESP_ERROR_CHECK(temperature_sensor_disable(temp_handle));

SOC_TEMPERATURE_SENSOR_INTR_SUPPORT

安装温度阈值回调函数

{IDF_TARGET_NAME} 支持自动触发温度传感器，持续监测内部温度，内部温度达到给定阈值时将触发中断。因此，可以安装中断回调函数执行所需操作，如报警、重启等。下文介绍了如何准备阈值回调函数。

  • 函数 :cpptemperature_sensor_event_callbacks_t::on_threshold 在中断服务程序 (ISR) 的上下文中调用，请确保该函数不会涉及 block 操作。为此，可以检查调用 API 的后缀，确保仅从函数内调用具有 ISR 后缀的 FreeRTOS API 等。函数原型在 :cpptemperature_thres_cb_t 中声明。

通过参数 user_arg 可以将自定义上下文保存到 :cpptemperature_sensor_register_callbacks 中，用户数据将直接传递给回调函数。

IRAM_ATTR static bool temp_sensor_monitor_cbs(temperature_sensor_handle_t tsens, const temperature_sensor_threshold_event_data_t *edata, void *user_data)
{
    ESP_DRAM_LOGI("tsens", "Temperature value is higher or lower than threshold, value is %d\n...\n\n", edata->celsius_value);
    return false;
}

// 配置回调函数
temperature_sensor_abs_threshold_config_t threshold_cfg = {
    .high_threshold = 50,
    .low_threshold = -10,
};
// 设置监控阈值
temperature_sensor_set_absolute_threshold(temp_sensor, &threshold_cfg);
// 注册中断回调函数
temperature_sensor_event_callbacks_t cbs = {
    .on_threshold = temp_sensor_monitor_cbs,
};
// 安装温度回调函数
temperature_sensor_register_callbacks(temp_sensor, &cbs, NULL);

not SOC_TEMPERATURE_SENSOR_INTR_SUPPORT

电源管理

由于温度传感器不使用 APB 时钟，无论是否激活 CONFIG_PM_ENABLE 启用电源管理，温度传感器仍可以继续工作。

SOC_TEMPERATURE_SENSOR_INTR_SUPPORT

IRAM 安全

默认情况下，禁用 cache 时，写入/擦除 flash 等原因将导致温度传感器中断延迟，事件回调函数也将延迟执行。在实时应用程序中，应避免此类情况。

因此，可以启用 Kconfig 选项 CONFIG_TEMP_SENSOR_ISR_IRAM_SAFE，该选项：

  1. 支持在禁用 cache 时启用所需中断
  2. 支持将 ISR 使用的所有函数存放在 IRAM 中

启用该选项可以保证 cache 禁用时的中断运行，但会占用更多的 IRAM。

not SOC_TEMPERATURE_SENSOR_INTR_SUPPORT

线程安全

温度传感器中并未添加任何确保线程安全的额外保护，因为温度传感器通常只在一个任务中调用。如果要在不同任务中使用该驱动程序，请设置额外的锁进行保护。

SOC_TEMPERATURE_SENSOR_SUPPORT_ETM

ETM 事件和任务

温度传感器能够生成事件，这些事件可以与 :doc:ETM </api-reference/peripherals/etm> 模块进行交互。:cpp:type:temperature_sensor_etm_event_type_t 中列出了所有支持的事件。可以调用 :cpp:func:temperature_sensor_new_etm_event 来获取相应的 ETM 事件句柄。:cpp:type:temperature_sensor_etm_task_type_t 中列出了所有支持的任务。可以调用 :cpp:func:temperature_sensor_new_etm_task 来获取相应的 ETM 任务句柄。

Note

  • 对于 :cpptemperature_sensor_etm_event_type_t::event_type 的 :cppTEMPERATURE_SENSOR_EVENT_OVER_LIMIT 取决于首先设置的阈值类型。如果是通过 :cpptemperature_sensor_set_absolute_threshold 设置了绝对阈值，那么 :cppTEMPERATURE_SENSOR_EVENT_OVER_LIMIT 将指代绝对阈值。同样，如果是通过 :cpptemperature_sensor_set_delta_threshold 设置了增量阈值，那么 :cppTEMPERATURE_SENSOR_EVENT_OVER_LIMIT 将指代增量阈值。

有关如何将事件和任务连接到 ETM 通道的详细信息，请参阅 :doc:ETM </api-reference/peripherals/etm> 文档。

意外情况

  1. 从芯片获取的温度值通常与环境温度不同，因为温度传感器内置于芯片，从某种程度来说，温度传感器测量的是芯片内的温度。

  2. 安装温度传感器失败时，如果驱动程序打印的错误信息为 the boundary you gave cannot meet the range of internal temperature sensor，说明内置温度传感器温度测量范围的限制影响了安装过程，该错误通常由以下几种不正确的 :cpptemperature_sensor_config_t 配置造成：

    1. 超出温度测量范围，如 200 °C ~ 300 °C。
    2. 超过了预定义测量范围的界限，如 40 °C ~ 110 °C。

应用示例

* 读取温度传感器测量值：peripherals/temperature_sensor/temp_sensor。 :SOC_TEMPERATURE_SENSOR_INTR_SUPPORT: * 监测温度传感器测量值：peripherals/temperature_sensor/temp_sensor_monitor。

API 参考

inc/temperature_sensor.inc

inc/temperature_sensor_types.inc

SOC_TEMPERATURE_SENSOR_SUPPORT_ETM

inc/temperature_sensor_etm.inc