物联网——Nodejs 与树莓派玩转 K 型热偶器

之前还没玩树莓派之前，网上经常看到 python 与树莓派成对出现，我一直很奇怪难道别的语言就不能在树莓派上调用 Gpio 了吗？之前别人说用 python 写爬虫比较方便的时候，我也不是用 node 写爬虫了吗？

昨天帮一个做测量的朋友做一个树莓派检测热偶数值的工具。我是电气自动化毕业，对热偶还是听说过的。但是学校都没教过怎么样去把电偶的电势差信号转为数字信号。于是朋友就给了一份 C++的树莓派驱动 Max6675 芯片代码。代码不长，所以我想用 node 重写一份，到时候写 api 也比较容易。

写代码前的思考

因为之前没有实战过物联网（IoT），虽然一直想玩，买了树莓派，但没买线材和元器件，所以以前一直是看别人做。

在写代码之前，会涉及到两个问题：

软硬件通信
nodejs 调用 Gpio

要用软件和硬件通信，首先要解决数模转换和模数转换的问题。就目前这么简单的项目来说，主要是模数转换。从电势信号转** 0/1 **信号，会涉及到一个问题：模拟值要转电频值，精度丢失。因为芯片内存是有限的，模拟值虽然有取值范围，但是范围内有无限个数值。抛开精度问题，模拟信号转换电信号就使用 Max6675 芯片解决。

nodejs 在 npmjs 上面有树莓派 Gpio 调用库，我找了一个 onoff 来写。

Max6675 芯片

好久都没接触过电子元件了，上网找这个芯片的驱动说明，很多都不懂啊。但是我是能看懂代码的，反推芯片工作原理还是可以的。

/*
 * MAX6675 Thermal Couple Sensor
 * from http://www.bristolwatch.com/rpi/geany.htm
 * blog.kostecky.cz
 */

#define CLK 5
#define DBIT 6
#define CS 7

#include <wiringPi.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>

int Thermal_Couple_Read(void);
int SENSOR_VALUE = 0;
float Ctemp = -100.0;

int main()
{

  if (wiringPiSetup() == -1) //check platform
  {
    exit(1);
  }

  //init configuration
  pinMode(CLK, OUTPUT);
  pinMode(DBIT, INPUT);
  pinMode(CS, OUTPUT);
  digitalWrite(CS, HIGH);
  digitalWrite(CLK, LOW);

  SENSOR_VALUE = Thermal_Couple_Read();
  if (SENSOR_VALUE == -1)
  {
    printf ("No sensor connected.\n");
  }
  else
  {
    while(1)
    {
        printf ("C = %4.2f°C\n", Thermal_Couple_Read()*0.25);
        delay(200);
    }
  }

  return 0;
}

int Thermal_Couple_Read()
{
  int value = 0;
  //init sensor
  digitalWrite(CS, LOW);
  delay(2);
  digitalWrite(CS, HIGH);
  delay(200);

  /* Read the chip and return the raw temperature value
  Bring CS pin low to allow us to read the data from
  the conversion process */

  digitalWrite(CS, LOW);
  /* Cycle the clock for dummy bit 15 */
  digitalWrite(CLK, HIGH);
  // delay(1);
  digitalWrite(CLK, LOW);

  /*
  Read bits 14-3 from MAX6675 for the Temp.
  Loop for each bit reading
  the value and storing the final value in 'temp' */

  int i;
  for (i = 14; i >= 0; i--)
  {
    digitalWrite(CLK, HIGH);
    // delay(1);
    value += digitalRead(DBIT) << i;
    digitalWrite(CLK, LOW);
  }

  // check bit D2 if HIGH no sensor
  if ((value & 0x04) == 0x04) return -1;
  // shift right three places
  return value >> 3;
}

另外我还找到一个 python 版的源码

import RPi.GPIO as GPIO
import time
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
GPIO.setwarnings(False)

# set pin number for communicate with MAX6675
def set_pin (CS, SCK, SO, UNIT):
    global sck
    sck= SCK
    global so
    so = SO
    global unit
    unit = UNIT

    GPIO.setup(CS, GPIO.OUT, initial = GPIO.HIGH)
    GPIO.setup(SCK, GPIO.OUT, initial = GPIO.LOW)
    GPIO.setup(SO, GPIO.IN)

def read_temp(cs_no):

    GPIO.output(cs_no, GPIO.LOW)
    time.sleep(0.002)
    GPIO.output(cs_no, GPIO.HIGH)
    time.sleep(0.22)

    GPIO.output(cs_no, GPIO.LOW)
    GPIO.output(sck, GPIO.HIGH)
    time.sleep(0.001)
    GPIO.output(sck, GPIO.LOW)
    Value = 0
    for i in range(11, -1, -1):
        GPIO.output(sck, GPIO.HIGH)
        Value = Value + (GPIO.input(so) * (2 ** i))
        GPIO.output(sck, GPIO.LOW)

    GPIO.output(sck, GPIO.HIGH)
    error_tc = GPIO.input(so)
    GPIO.output(sck, GPIO.LOW)

    for i in range(2):
        GPIO.output(sck, GPIO.HIGH)
        time.sleep(0.001)
        GPIO.output(sck, GPIO.LOW)

    GPIO.output(cs_no, GPIO.HIGH)

    if unit == 0:
        temp = Value
    if unit == 1:
        temp = Value * 0.25
    if unit == 2:
        temp = Value * 0.25 * 9.0 / 5.0 + 32.0

    if error_tc != 0:
        return -cs_no
    else:
        return temp

GPIO.cleanup()