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【从零开始】Air780EPM的LuatOS二次开发——OneWire协议调试注意事项！

news 来源：原创 2025/8/11 21:39:40

当涉及到与传感器、执行器等外部设备交互时，OneWire协议的高效调试成为决定项目成败的关键环节。OneWire协议（单总线协议）以其仅需一根数据线即可实现设备通信的极简特性，被广泛应用于温度传感器、身份识别模块等场景。

一、LuatOS 及 OneWire 说明

LuatOS 支持 OneWire 通信协议，本文以 DS18B20 温度传感器和 Air780EPM 搭配来举例说明；

二、关于 DS18B20 温度传感器

在 DS18B20 温度传感器的实际应用中，需特别注意其单总线（1-Wire）协议特性及硬件设计。

以下是分硬件和软件的详细注意事项：

(一) 硬件注意事项

电源模式选择

寄生供电模式：若使用寄生供电（VDD 接地，数据线供电），需在强上拉（通过 MOSFET）时提供足够电流（典型 1mA）。温度转换期间必须保持强上拉，否则数据可能丢失。

独立供电模式：推荐优先选择独立电源（3.0-5.5V），可避免寄生供电的时序复杂性，稳定性更高。

上拉电阻配置

单总线需接 4.7kΩ 上拉电阻（标准值，5V 系统常用），长距离通信可适当减小阻值（如 2.2kΩ）。

错误示例：未接上拉电阻会导致总线无法拉高，通信失败。

布线设计

总线长度建议 < 50 米（实际应用中通常 <20 米），过长会引入电容效应，导致信号边沿延迟。

避免与高频信号线平行走线，减少电磁干扰（EMI）。

接地优化

确保传感器与 MCU 共地，必要时采用星型接地，防止地环路干扰。

在工业环境中，可增加磁珠或隔离器抑制共模噪声。

电源滤波

在 VDD 引脚并联 100nF 陶瓷电容，滤除高频噪声。

长线缆供电时，可增加 10μF 电解电容缓冲。

多器件连接

每个 DS18B20 有唯一 64 位 ROM ID，需通过搜索算法（如树状搜索）识别多个设备。

总线挂载设备数受驱动能力限制，一般不超过 50 个。

ESD 防护

在易受静电干扰的环境中，数据线串联 100Ω 电阻并并联 TVS 二极管（如 SMAJ5.0A）。

(二) 软件注意事项

严格的时序控制

单总线协议对时序敏感，需精确控制复位脉冲（480-960μs）、应答时隙（15-60μs）及读写时隙（1-15μs）。

错误处理与重试机制

每次操作前检查总线是否存在短路（持续低电平）。

若读取的 CRC 校验失败，需重试 3-5 次，避免偶发干扰。

温度转换时间管理

转换时间与分辨率相关（9 位：93.75ms，12 位：750ms），需在 CONVERT T 命令后等待足够时间。

CRC 校验强制启用

始终验证读取数据的 CRC8 校验码，防止错误数据被误用。

示例校验函数需优化为查表法以提高效率。

多设备枚举

使用递归搜索算法遍历总线上的所有 ROM ID，需处理冲突和分支选择。

温度精度校准

若需要高精度，可进行两点校准：冰水混合物（0°C）和沸水（100°C）环境下的数据修正。

(三) 常见问题与解决

传感器无响应

检查上拉电阻是否虚焊，总线是否对地/电源短路。

用示波器观察总线波形，确认复位脉冲是否合规。

温度值跳变

增加软件滤波（如滑动平均滤波）。

检查电源电压波动，确保转换期间供电稳定。

长距离通信失败

改用屏蔽双绞线，降低波特率（减少时序敏感性）。

使用总线驱动器（如 DS2480B）增强驱动能力。

(四) 推荐设计流程

硬件设计 → 2. 单设备基础通信测试 → 3. CRC 校验验证 → 4. 多设备枚举 → 5. 抗干扰测试（如开关电源噪声注入）→ 6. 长期稳定性测试。

通过系统化设计，DS18B20 可在-55°C 至 +125°C 范围内实现 ±0.5°C 精度（典型值）。

三、Air780EPM 硬件适配说明

Air780EPM 共支持 4 路 OneWire 接口，默认使用 Air780EPM 第 23 管脚

1、Air780EPM 的 IO 电平默认 3.0V，当 DS18B20 是 2.8V-3.3V 供电时，OneWire 信号线不需要电平转换，可以直连；

2、Air780EPM LuatOS OneWire 协议，虽然有 4 个管脚可以复用，但硬件通道只有 1 个，大家在设计时：

3、默认使用管脚 23(GPIO2)，结合 OneWire 协议的 ROM Search，根据各自的 ROM ID，实现多个 DS18B20 数据的读取；

4、使用管脚 23 和另外 3 个管脚，实现最多 4 个 DS18B20 的独立连接，这种情况下注意：由于 Air780EPM 只有 1 路 OneWire 硬件通道，软件读取时需要“分时轮询操作”

四、Air780EPM 软件适配说明

接线说明:

注意:

1、OneWire 功能支持在 Air780EPM 的 4 个管脚使用, 但硬件通道只有 1 个, 默认是 GPIO2(管脚号 PIN23)

2、如需切换到其他管脚, 参考如下切换逻辑, 选其中一种

具体代码参考 demo/onewire 运行截图

五、Air780EPM 开发板调试说明

我们以支持 CAN 接口和以太网接口版本的 Air780EPM 开发板举例说明。

1、如果使用外部电源给 DS18B20 供电，请确保外部电源与开发板共地连接；

2、GPIO2(Air780EPM 模组管脚 PIN23)已在 Air780EPM 开发板顶部 46PIN 插针连接器的 PIN14 引出，非常方便调试，但仍需特别注意的是： GPIO2(Air780EPM 模组管脚 PIN23)在 Air780EPM 开发板上已经作为控制摄像头供电 LDO 启动的 GPIO 使用，调试时需要将该部分电路的 R19 和 R29 用热风枪吹掉；