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。

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()

python 的 Max6675 封装模块可以得到下面几个信息

• 树莓派通过设置CS针脚来设置芯片是获取数据状态还是读取信息状态
• 树莓派从Max6675的SO针脚获取二进制状态
• 树莓派通过设置Max6675的SCK针脚的高低电平来获取SO针脚的状态
• CS针脚为高电平时，需要200ms时间来收集数据
• 二进制数可以通过移位累加来转换十进制数
• Max6675芯片的精度是0.25°C，有十二位有效读数，其中有两位是小数点后面的。

资料

小结

1. 使用程序将CS置高电平200ms，收集数据，再将CS置低电平度数
2. Max6675 有十六位度数，温度位有12位。其中左边为低位，右边为高位
3. SCK 高电平的时候读SO，SCK 低电平时为下一位读数
4. CS置高电平时，结束这次数据读取，并进行数据采集

SO 读数的原理如下代码一致。

const bin = "100000000000"; // 左边为低位，右边为高位，右边先取

const bin2dec = (c, value = 0) => {
	for (let i = 11; i > -1; i--) {
		// value = value + parseInt(c[i]) * Math.pow(2, i);
		value += parseInt(c[i]) << i;
	}
	return value * 0.25;
}
console.log(bin2dec(bin));

onoff

nodejs也有树莓派Gpio库，onoff就是其中一个。

具体使用方法可以看npmjs上面的文档，这里就不对文档做翻译了。

我实现的源码在Max6675-Raspberry-pi-nodejs，英语实在太蹩脚了，等有空写个完整的中文文档吧，到时候翻译成英文再发布到npmjs(已发布到npmjs)，方便大家使用（万把块钱的K型热偶想必没人会拿来做室内温度计吧?）。

效果

实际操作

后来，需求来了

朋友：能不能同时接5支偶，毕竟一支偶才用了5个gpio，多买几个Max6675不就能接5只偶了吗？

emmmm，有道理，于是把原来的代码重构一遍，把SO单独拿出来接，其他端口所有的偶公用同一针脚，这样子就能只要循环12次SCK高、低电平，就能同时拿到5支偶的度数。emmmmm，机智。

于是就有了这个：

发布到npmjs