esp开发与应用（DS18B20温度传感器）

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前面我们讨论的几个模块，比如说蜂鸣器，比如说液晶屏，这些都是输出模块。但是好像没有讨论到输入模块。因为输出模块比较好理解，就是处理完的结果通过一些接口送出来，比如说串口、屏幕、蜂鸣器、led等等，让外界知道当前处理结果是什么样的。那输入呢，输入主要就是感知外部世界，可以是湿度、温度、转速、压力等变量。从这个角度说，前面讨论过的boot按键输入，虽然形式上也是一种输入，但是从实际效用来说，更多的是作为一种人机交互使用的。

1、DS18B20模块

这个模块和蜂鸣器一样，也是三个pin。这种三pin的模块，一般就是电源、地、信号。只不过和蜂鸣器单向输入不同，18B20的signal pin既有输入，也有输出，这是差异的地方。

2、电压

电压部分的话，直接使用3.3v就好了，不像屏幕或者电机，一般都要5v左右。甚至于像有的步进电机，还需要12v的输入。

3、寻找匹配的gpio口

既然温度模块是一个pin，那么与之对应的esp32模块，也找到一个pin就好了。这里不失一般性，我们找到了一个gpio 13的管脚。

4、利用ai工具进行编程

ai编程的关键，主要就是需求描述清楚。比如可以这样说，我们使用的是esp32模块，现在需要读取ds18b20模块，这个模块有3个pin，一个是3.3v，一个gnd，还有一个signal pin对接esp32模块的gpio 13，现在需要编写一段代码，定时打印当前的环境温度数值。通过这样的方式，就可以让ai打印出相应的代码了。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "driver/gpio.h"
#include "esp_rom_sys.h"

// DS18B20 configuration
#define DS18B20_PIN          13          // Data pin connected to GPIO13
#define DS18B20_CONVERT_T    0x44        // Convert temperature command
#define DS18B20_READ_SCRATCH 0xBE        // Read scratchpad command
#define DS18B20_SKIP_ROM     0xCC        // Skip ROM command

// Set GPIO pin as output
static void ds18b20_set_output(void)
{
    gpio_set_direction(DS18B20_PIN, GPIO_MODE_OUTPUT);
}

// Set GPIO pin as input with pull-up
static void ds18b20_set_input(void)
{
    gpio_set_direction(DS18B20_PIN, GPIO_MODE_INPUT);
    gpio_set_pull_mode(DS18B20_PIN, GPIO_PULLUP_ONLY);
}

// Write one bit to DS18B20
static void ds18b20_write_bit(uint8_t bit)
{
    ds18b20_set_output();
    gpio_set_level(DS18B20_PIN, 0);
    
    if (bit)
    {
        // Write 1: pull low for 1-15us, then release
        esp_rom_delay_us(10);
        ds18b20_set_input();
        esp_rom_delay_us(55);
    }
    else
    {
        // Write 0: pull low for 60-120us
        esp_rom_delay_us(60);
        ds18b20_set_input();
        esp_rom_delay_us(5);
    }
}

// Write one byte to DS18B20
static void ds18b20_write_byte(uint8_t byte)
{
    for (int i = 0; i < 8; i++)
    {
        ds18b20_write_bit(byte & 0x01);
        byte >>= 1;
    }
}

// Read one bit from DS18B20
static uint8_t ds18b20_read_bit(void)
{
    uint8_t bit = 0;
    
    ds18b20_set_output();
    gpio_set_level(DS18B20_PIN, 0);
    esp_rom_delay_us(2);
    ds18b20_set_input();
    esp_rom_delay_us(10);
    
    if (gpio_get_level(DS18B20_PIN))
    {
        bit = 1;
    }
    
    esp_rom_delay_us(50);
    return bit;
}

// Read one byte from DS18B20
static uint8_t ds18b20_read_byte(void)
{
    uint8_t byte = 0;
    for (int i = 0; i < 8; i++)
    {
        byte |= (ds18b20_read_bit() << i);
    }
    return byte;
}

// DS18B20 reset and presence detect
static uint8_t ds18b20_reset(void)
{
    uint8_t presence = 0;
    
    ds18b20_set_output();
    gpio_set_level(DS18B20_PIN, 0);
    esp_rom_delay_us(480);
    
    ds18b20_set_input();
    esp_rom_delay_us(60);
    
    if (!gpio_get_level(DS18B20_PIN))
    {
        presence = 1;
    }
    
    esp_rom_delay_us(420);
    return presence;
}

// Read temperature from DS18B20
float ds18b20_read_temperature(void)
{
    uint8_t scratchpad[9] = {0};
    int16_t temp_raw = 0;
    float temperature = 0.0f;
    
    // Reset and check presence
    if (!ds18b20_reset())
    {
        printf("DS18B20 not found!\n");
        return -999.0;
    }
    
    // Skip ROM
    ds18b20_write_byte(DS18B20_SKIP_ROM);
    
    // Start temperature conversion
    ds18b20_write_byte(DS18B20_CONVERT_T);
    
    // Wait for conversion (max 750ms for 12-bit resolution)
    vTaskDelay(800 / portTICK_PERIOD_MS);
    
    // Reset again
    ds18b20_reset();
    
    // Skip ROM
    ds18b20_write_byte(DS18B20_SKIP_ROM);
    
    // Read scratchpad
    ds18b20_write_byte(DS18B20_READ_SCRATCH);
    
    // Read 9 bytes from scratchpad
    for (int i = 0; i < 9; i++)
    {
        scratchpad[i] = ds18b20_read_byte();
    }
    
    // Calculate temperature
    temp_raw = (scratchpad[1] << 8) | scratchpad[0];
    temperature = temp_raw / 16.0;
    
    return temperature;
}

// Initialize DS18B20
void ds18b20_init(void)
{
    gpio_config_t io_conf =
    {
        .pin_bit_mask = (1ULL << DS18B20_PIN),
        .mode = GPIO_MODE_INPUT_OUTPUT,
        .pull_up_en = GPIO_PULLUP_ENABLE,
        .pull_down_en = GPIO_PULLDOWN_DISABLE,
        .intr_type = GPIO_INTR_DISABLE
    };
    gpio_config(&io_conf);
    
    printf("DS18B20 initialized on GPIO%d\n", DS18B20_PIN);
}

void app_main(void)
{
    float temperature = 0.0f;
    int temp_int = 0;
    int temp_dec = 0;

    printf("DS18B20 Temperature Sensor Driver\n");
    printf("Data pin: GPIO%d\n", DS18B20_PIN);
    
    // Initialize DS18B20
    ds18b20_init();
    
    while (1)
    {
        // Read temperature
        temperature = ds18b20_read_temperature();
        
        // Print temperature
        if (temperature != -999.0)
        {
            // Convert float to integer parts to avoid float printf issues
            temp_int = (int)temperature;
            temp_dec = (int)((temperature - temp_int) * 100);
            if (temp_dec < 0) temp_dec = -temp_dec;
            
            printf("Temperature: %d.%02d C\n", temp_int, temp_dec);
        }
        else
        {
            printf("Failed to read temperature!\n");
        }
        
        // Wait 1 second before next reading
        vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS);
    }
}

5、编译代码和调试代码

实际开发的时候，我们也会发现一些问题。比如有的时候生成的代码，并不能编译通过，这种情况下要么手动改写，要么重新生成。还有的时候，代码需要进行微调处理，比如打印格式不正确等等。这些工作都说明，我们用ai的前提，是需要自己对嵌入式本身有一个基本了解，至少知道问题出在什么地方，这样才方便后面进行改进和优化。

另外，修改代码的时候一定要做好版本管理，很多时候ai生成的代码并不能一下子就能满足要求，它也需要自己不停改进。

实际测试的时候，可以一开始看看有没有数据正常打印出来，如果可以的话，再把手指按上去，看看温度有没有升高，这一切都ok的话，基本上代表温度传感器已经用起来了。如果没有，就要回去检查下原因了，看看是硬件的原因，还是软件的原因。

6、其他的传感器模块和温度模块高度相似

**温度模块，让我们第一次可以通过传感器可以获得真实世界的数据。**并且，其他类似的模块也是差不多这个套路。即，三个pin，一个电源，一个地，还有一个信号线，这根信号线既负责输入，也负责输出。

此时，加上前面的屏幕、蜂鸣器，以及后面会学习的继电器、电机等模块，这就让mcu主控开始有了价值。这个价值，就是让mcu主控可以去构建某一个，或者是某一种类型的自动化设备，通过这个设备可以大大降低人的工作量，从而提高生活的品质。我想，这就是mcu或者soc的价值所在。