接口1-Wire USB適配器與安卓

本應(yīng)用筆記詳細(xì)介紹了如何連接DS9490R、溫度記錄儀iButton器件和Android的USB On-the-Go（OTG）。審查每個部分之間的通信協(xié)議。我們回顧數(shù)據(jù)手冊信息以及如何將其應(yīng)用于終端系統(tǒng)。演示示例代碼的示例 Android 應(yīng)用程序也可供下載。

介紹

睤。智能手機無處不在。智能手機不僅僅是一部電話，而是一臺功能強大的計算機，可以放在口袋里。由于智能手機中可用的計算能力和傳感器不斷增加，現(xiàn)在使用該手機作為其他設(shè)備的接口是切實可行的。本文介紹如何使用 Android 智能手機上的 USB 端口與沒有計算機系統(tǒng)的從屬設(shè)備進行通信。此處的示例使用1-Wire總線通過USB從Android到Thermochron iButton溫度記錄器進行通信。????

系統(tǒng)布局

此應(yīng)用程序的關(guān)鍵是智能手機上的USB端口。當(dāng)智能手機使用USB移動（OTG）收發(fā)器時，USB主機功能可以通過其他從設(shè)備實現(xiàn)，例如鼠標(biāo)，閃存驅(qū)動器，鍵盤或此處的Thermochron。最新版本的 Android 應(yīng)用程序編程接口 （API） 在應(yīng)用程序級別支持 USB 主機模式。此功能允許最終用戶安裝與 USB 外圍設(shè)備“對話”的應(yīng)用程序，而無需在用戶的智能手機上生根或安裝特殊驅(qū)動程序。

系統(tǒng)框圖如圖1所示。安卓智能手機必須使用 USB OTG 收發(fā)器。通常，手機連接到計算機并充當(dāng)USB從站，但USB OTG收發(fā)器允許將手機轉(zhuǎn)換為USB主站。這種角色轉(zhuǎn)換需要一根特殊的OTG電纜來提供USB A型端口，并發(fā)出USB從站連接到智能手機的信號。

此應(yīng)用程序是一個主從系統(tǒng)，以Android智能手機為主，Thermochron數(shù)據(jù)記錄器作為從機。系統(tǒng)使用USB轉(zhuǎn)1線/iButton（DS9490R）適配器將智能手機與數(shù)據(jù)記錄器橋接。使用網(wǎng)絡(luò)電纜/插座DS1402D-DR8作為1-Wire總線，只需要一條數(shù)據(jù)線。數(shù)據(jù)記錄器是iButton溫度記錄器（DS1921G）。

圖1.系統(tǒng)框圖使用DS9490R 1-Wire適配器作為智能手機和應(yīng)用器件之間的接口;DS1402D-DR8總線電纜連接到應(yīng)用器件，此處為DS1921G溫度時線iButton。

1-Wire總線的重要作用

1-Wire總線是單主系統(tǒng)與多從系統(tǒng)之間的接口。1-Wire輸出為漏極開路，采用類似于I2C. 一些1-Wire從機可以由1-Wire總線寄生供電，當(dāng)不發(fā)生通信時，該總線為從器件中的內(nèi)部電容器充電。每個1-Wire從器件還具有一個工廠光刻的、唯一的64位注冊號，因此每個從器件都可以在總線上輕松識別和監(jiān)控。

1-Wire交易序列（圖2）由復(fù)位脈沖（trst） 發(fā)送給奴隸。復(fù)位脈沖通過按住1-Wire總線預(yù)定的時間段，使所有從機進入已知狀態(tài)。接下來，從機通過存在檢測脈沖（tPD），在主站釋放總線后將其拉下。

圖2.1線時序圖。

復(fù)位后，從設(shè)備可以接受針對每個從設(shè)備的各種ROM命令，這些命令由其注冊號標(biāo)識。匹配ROM的命令僅激活具有正確標(biāo)識注冊的單個從設(shè)備。搜索ROM用于發(fā)現(xiàn)總線上所有從站的注冊號。因此，盡管我們在這里只顯示一個從器件，但該應(yīng)用可以有多個1-Wire兼容的從器件。

一旦選擇了特定的ROM命令，那么設(shè)備特定的命令就可以由主節(jié)點發(fā)出，在我們的例子中是Android。使用像Thermochron這樣的溫度記錄器作為從站，主機的命令可能涉及寫入或讀取其暫存器或存儲器，或轉(zhuǎn)換溫度。

1-Wire接口沒有時鐘線，因此通信被分成多個時隙（t槽），每個都攜帶一點信息。在時隙開始時，主站會短暫地拉下總線以指示位的開始。傳輸零點時，主站或從站繼續(xù)保持總線低電平。傳輸一個時，主站或從站釋放總線。主站或從站按規(guī)定的時間讀取總線（t樣本） 之后，母版指示時隙的開始。

與1線適配器的USB通信

DS9490R是1線轉(zhuǎn)USB適配器，具有四個USB端點：控制、中斷、批量輸入（）和批量輸出（）。通常，控制端點用于向1-Wire適配器發(fā)送命令并設(shè)置傳輸類型。批量輸入/輸出用于數(shù)據(jù)傳輸，中斷終結(jié)點用于接收狀態(tài)寄存器和返回消息等時間敏感信息。epINepOUT

使用安卓作為 USB 主機

這里提出的設(shè)計是有先例的。Android API 從版本 3.1 開始，支持 USB 主機模式。曼努埃爾·迪·塞爾博1通過USB將Arduino微控制器板與Android手機連接。我們的應(yīng)用修改了DiCerbo的工作，將基本概念擴展到DS9490R USB轉(zhuǎn)1-Wire適配器，并將1-Wire適配器與Thermochron配合使用，而不是微控制器。

DiCerbo示例代碼是該項目的基礎(chǔ)。該代碼首先請求用戶允許訪問連接到Android智能手機的USB設(shè)備。然后，程序搜索供應(yīng)商和設(shè)備 ID，并設(shè)置 USB 終結(jié)點以進行通信。該代碼提供 ，用于執(zhí)行批量和控制傳輸?shù)?USB 設(shè)備連接;它為批量輸入和 .這與所有系統(tǒng)用于初始化USB并將低級USB命令寫入從站的基本設(shè)置相同。

現(xiàn)在我們將演示如何使用Android在溫度上執(zhí)行溫度轉(zhuǎn)換并讀取溫度結(jié)果。每個事務(wù)步驟（表 1）都以 開頭，后跟選擇從設(shè)備，然后是最終特定于設(shè)備的命令。

表 1.1-Wire主機對溫度數(shù)據(jù)記錄器執(zhí)行的命令

1-Wire復(fù)位通過USB控制傳輸執(zhí)行，Android API的控制傳遞函數(shù)原型如下所示。

// Performs a control transaction on endpoint zero for this device.
int controlTransfer(int requestType, int request, int value, int index, byte[] buffer, int length, int timeout)

控制傳輸用于啟動 、 或 。參數(shù)在數(shù)據(jù)手冊中描述。稍后，我們將說明如何使用此函數(shù)。

批量傳輸用于讀/寫內(nèi)存。這里的端點將是 或 ，取決于我們是讀取數(shù)據(jù)還是寫入數(shù)據(jù)。終結(jié)點緩沖區(qū)存儲要發(fā)送的數(shù)據(jù)，或者為空以存儲接收的數(shù)據(jù)。長度是接收或發(fā)送的字節(jié)數(shù)。超時是以毫秒為單位的 USB 超時設(shè)置。

// Performs a bulk transaction on the given endpoint.
int bulkTransfer(UsbEndpoint endpoint, byte[] buffer, int length, int timeout)

此處顯示了將轉(zhuǎn)換溫度命令 （0x44） 發(fā)送到溫度時線的代碼。如前所述，第一行1-Wire復(fù)位通過控制傳輸發(fā)送（表1）。這是 、 ，它轉(zhuǎn)換溫度序列。

// 1-Wire Reset 
1	conn.controlTransfer(0x40, 0x01, 0x0C4B, 0x0001, null, 0x0000, 0); 
// Match ROM, where romid is the iButton's registration number
2	romid = new byte[] {0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00};
3	conn.bulkTransfer(epOUT, romid, 8, 0);
4	conn.controlTransfer(0x40, 0x01, 0x0065, 0x55, null, 0, 0);
// Convert Temperature for DS1921G
5	data = new byte[]{0x44};
6	conn.bulkTransfer(epOUT, data, data.length, 0); 
7	conn.controlTransfer(0x40, 0x01, 0x1075, data.length, null, 0, 0);

在上面的第4行中，匹配訪問控制傳輸在0-Wire總線上發(fā)送一個、55x1、匹配訪問ROM命令，后跟所需從站的ROM注冊號。1-Wire Reset2索引參數(shù)設(shè)置為 0x55。match 訪問命令要求用戶將注冊號預(yù)加載到 ，如代碼的第 2 行和第 3 行所示。功能參數(shù)在DS2490數(shù)據(jù)資料中描述。

溫度小時管的數(shù)據(jù)表將0x44標(biāo)識為開始溫度轉(zhuǎn)換的代碼。（表2）。轉(zhuǎn)換溫度命令通過使用塊 I/O 操作寫入0x44來執(zhí)行。對于塊 I/O 操作，將輸出數(shù)據(jù)寫入，如上面的第 6 行所示。然后，第 7 行中的控制傳輸執(zhí)行塊 I/O 命令。epOUT

表 2.溫度存儲器和控制命令（使用批量 I/O）

下面的代碼顯示了通過USB批量I/O傳輸讀取溫度寄存器數(shù)據(jù)的順序。溫度時線的讀取存儲器命令代碼0xF0（請參閱表 2）。接下來是 0x0211 的目標(biāo)寄存器地址 （TA），該地址具有只讀訪問權(quán)限，并分為兩個字節(jié)（第 8 行）。在1-Wire總線上寫入和發(fā)送的數(shù)據(jù)全部環(huán)回主機，因為總線僅由一根線組成。然后，主站需要將虛擬數(shù)據(jù)（0xff）寫入總線。從機響應(yīng)并覆蓋0xff數(shù)據(jù)，因為如前所述，1-Wire是一條漏極開路總線。凈效應(yīng)是數(shù)據(jù)與0xff的 AND。

這一系列命令被放到1-Wire總線（第9行和第10行）上，控制傳輸通過發(fā)送命令來執(zhí)行命令?；刈x數(shù)據(jù)位于 USB 終結(jié)點 中。這是在第 12 行的批量傳輸命令復(fù)制到的。然后將生成的原始溫度代碼轉(zhuǎn)換為第 13 行的相應(yīng)溫度值。epOUTepINtempdata

// 1-Wire Reset and Match ROM
// (omitted) ...
// Read Temperature Register/Memory Command
//          Read Memory, TA2, TA1, dummy data
8	command = new byte[] {(byte)0xf0, 0x11, 0x02, (byte)0xff, (byte)0xff};
9	conn.bulkTransfer(epOUT, command, command.length, 0); 
10	conn.controlTransfer(0x40, 0x01, 0x1075, command.length, null, 0, 0);
// Return Data from input endpoint
11	byte[] tempdata = new byte[5];
12	conn.bulkTransfer(epIN, tempdata, 5, 0);
// Temperature calculation
13	temperature = (int)(tempdata[4] & 0xff)/2.0 – 40;

我們的安卓應(yīng)用程序示例

示例 Android 應(yīng)用程序如圖 3 所示。當(dāng)用戶運行程序并按“枚舉”按鈕時，將顯示一個屏幕，詢問訪問 USB 設(shè)備的權(quán)限。用戶點擊確定后，應(yīng)用程序?qū)?zhí)行搜索并在下拉菜單中列出所有從站的64位注冊號。當(dāng)用戶選擇特定的注冊號時，應(yīng)用程序?qū)?zhí)行上述例程，并顯示來自溫度時線的實時溫度。枚舉按鈕和注冊號的選擇連接到生成一個 .這些任務(wù)是完成請求的操作并在完成后更新用戶界面 （UI） 的線程。這些任務(wù)不會在 UI 線程中執(zhí)行，以防止它在等待 iButton 響應(yīng)時凍結(jié)。

在最終應(yīng)用中，代碼被抽象為一般的1-Wire操作，如、、、、和。此外，這些命令一起可以進一步抽象為 iButton 函數(shù)，例如 和 。這允許調(diào)用正確的函數(shù)。

圖3.Android 應(yīng)用程序，USB 權(quán)限（左）。特定溫度時線iButton的溫度測量由其注冊號（右）標(biāo)識。

示例應(yīng)用包含用于將用戶交互（如按下按鈕）鏈接到1-Wire從機執(zhí)行命令的UI代碼。除DS1921G溫度時線外，該應(yīng)用還支持iButton溫度記錄儀（DS1922L/DS1922T）和iButton濕度記錄器（DS1923）。如圖3所示，每個器件的注冊號分為三個字段：家族代碼、序列號和循環(huán)冗余校驗（CRC）?？梢詮拿總€注冊號讀取家族代碼，以確定確切的設(shè)備型號。

結(jié)論

此示例應(yīng)用程序的代碼是使用 Eclipse 編程的，可供下載。訪問整個項目文件后，可以輕松瀏覽和修改源代碼。項目代碼使用抽象函數(shù)間接使用低級 USB 命令。本文末尾的一般參考資料有助于理解Android USB API和1-Wire命令。這些資源廣泛用于開發(fā)此示例應(yīng)用程序?？赡艿男薷目赡軙淖儜?yīng)用，使其可與其他5V 1-Wire從器件（如存儲器）配合使用，或啟用其他iButton功能?？啥ㄖ频倪x項很多，最終結(jié)果取決于設(shè)計人員的系統(tǒng)要求。

審核編輯：郭婷