python - 将 I2C 传感器 (DS1624) 读数转换为数字

Question

首先，对于令人困惑的标题感到抱歉。现在已经很晚了，我无法想出更好的方案。

所以，我有一个 I2C 温度传感器，它以 16 位字的形式输出当前温度。从左到右读取，第 1 位是 MSB，第 13 位是 LSB，因此 13 位是有效负载，最后 3 位是零。我想用 Raspberry Pi 读取该传感器并转换数据。

第一个字节(8 位)是当前温度的整数部分。当且仅当温度为负时，才必须构建整个单词的补码。

第二个字节是小数部分，必须乘以0.03125。

所以，仅举几个示例(TEMP DIGITAL OUTPUT(二进制)/DIGITAL OUTPUT(十六进制)，取自此处的数据表 http://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/DS1624.pdf)

 +125˚C    | 01111101 00000000 | 7D00h
+25.0625˚C | 00011001 00010000 | 1910h
+½˚C       | 00000000 10000000 | 0080h
0˚C        | 00000000 00000000 | 0000h
-½˚C       | 11111111 10000000 | FF80h
-25.0625˚C | 11100110 11110000 | E6F0h
-55˚C      | 11001001 00000000 | C900h

由于字节顺序的差异，读取传感器时字节顺序会颠倒，这不是问题。 例如，第一行将变为 0x007D 而不是 0x7D00，0xE6F0 变为 F0E6，依此类推...

但是，一旦我构建了负值的补码，我就无法得出正确的转换。

我想出的(不适用于负值)是:

import smbus
import time
import logging

class TempSensor:
"""

Class to read out an DS1624 temperature sensor with a given address.

DS1624 data sheet: http://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/DS1624.pdf

Usage:

    >>> from TempSensor import TempSensor
    >>> sensor = TempSensor(0x48)
    >>> print "%02.02f" % sensor.get_temperature()
    23.66

"""

# Some constants
DS1624_READ_TEMP = 0xAA
DS1624_START = 0xEE
DS1624_STOP = 0x22

def __init__(self, address):
    self.address = address
    self.bus = smbus.SMBus(0)

def __send_start(self):
    self.bus.write_byte(self.address, self.DS1624_START);

def __send_stop(self):
    self.bus.write_byte(self.address, self.DS1624_STOP);

def __read_sensor(self):         
    """    
    Gets the temperature data. As the DS1624 is Big-endian and the Pi Little-endian, 
    the byte order is reversed.

    """            

    """
    Get the two-byte temperature value. The second byte (endianness!) represents
    the integer part of the temperature and the first byte the fractional part in terms
    of a 0.03125 multiplier.
    The first byte contains the value of the 5 least significant bits. The remaining 3
    bits are set to zero.
    """
    return self.bus.read_word_data(self.address, self.DS1624_READ_TEMP)        

def __convert_raw_to_decimal(self, raw):
    # Check if temperature is negative
    negative = ((raw & 0x00FF) & 0x80) == 0x80

    if negative:
        #  perform two's complement
        raw = (~raw) + 1

    # Remove the fractional part (first byte) by doing a bitwise AND with 0x00FF
    temp_integer = raw & 0x00FF

    # Remove the integer part (second byte) by doing a bitwise AND with 0XFF00 and
    # shift the result bits to the right by 8 places and another 3 bits to the right 
    # because LSB is the 5th bit          
    temp_fractional = ((raw & 0xFF00) >> 8) >> 3

    return temp_integer + ( 0.03125 * temp_fractional)

def run_test(self):
    logging.basicConfig(filename='debug.log', level=logging.DEBUG)

    # Examples taken from the data sheet (byte order swapped)
    values = [0x7D, 0x1019, 0x8000, 0, 0x80FF, 0xF0E6, 0xC9]

    for value in values:
        logging.debug('value: ' + hex(value) + ' result: ' + str(self.__convert_raw_to_decimal(value)))

def get_temperature(self):
    self.__send_start();
    time.sleep(0.1);
    return self.__convert_raw_to_decimal(self.__read_sensor())

如果您运行 run_test() 方法，您就会明白我的意思。所有负值都是错误的。

我得到的结果是:

DEBUG:root:value: 0x7d result: 125.0
DEBUG:root:value: 0x1019 result: 25.0625
DEBUG:root:value: 0x8000 result: 0.5
DEBUG:root:value: 0x0 result: 0.0
DEBUG:root:value: 0x80ff result: 1.46875
DEBUG:root:value: 0xf0e6 result: 26.03125
DEBUG:root:value: 0xc9 result: 55.96875

所以，我已经在这个问题上绞尽脑汁了几个小时，但似乎我缺乏按位运算的基础知识。我认为问题在于当值为负数时逻辑 AND 的屏蔽。

编辑:网络上有一些实现。它们都不适用于负温度。我实际上将传感器放入冰水中进行了尝试。我还没有尝试过 Arduino C++ 版本，但从源代码来看，它似乎根本无法构建两者的补码，因此也没有负温度 ( https://github.com/federico-galli/Arduino-i2c-temperature-sensor-DS1624/blob/master/DS1624.cpp )。

Answer 1

有两件事，你已经把你的掩码反过来了，raw & 0x00ff 是小数部分，而不是整数部分，第二，这是我的解决方案，考虑到表中的输入，这似乎对我有用:

import struct

def convert_temp (bytes):
    raw_temp = (bytes & 0xff00) >> 8
    raw_frac = (bytes & 0x00ff) >> 3

    a, b = struct.unpack('bb', '{}{}'.format(chr(raw_temp), chr(raw_frac)))
    return a + (0.03125 * b)

struct 模块在处理更基本的数据类型(例如有符号字节)时非常有用。希望这有帮助!

编辑:忽略对你的面具的评论，我现在看到了我自己的错误。你可以切换字节，应该没问题。

结构解释:Struct.(un)pack 都采用 2 个参数，第一个是指定结构体属性的字符串(以 C 语言的角度思考)。在 C 中，结构只是一堆字节，带有一些有关其类型的信息。第二个参数是需要解码的数据(需要是一个字符串，解释了讨厌的 format())。

我似乎无法进一步解释它，我想如果你阅读了 struct 模块和 C 中的结构，并意识到结构只不过是一堆字节，那么你应该没问题:)。

至于二进制补码，这是有符号字节的常规表示，因此不需要转换。你遇到的问题是Python不理解8位整数和符号。例如，您可能有一个有符号字节 0x10101010，但如果您在 Python 中对其进行 long()，它不会将其解释为有符号 8 位 int。我的猜测是，它只是将其放入 32 位 int 中，在这种情况下，符号位将被解释为第八位。

struct.unpack('b', ...) 的作用实际上是将这些位解释为 8 位有符号整数。不确定这是否会让它更清晰，但我希望它有所帮助。