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/*
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* 自然写智能点阵笔嵌入式固件软件 V1.0
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* pressure_sensor.c - 压力传感器ADC驱动
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*
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* 功能说明：
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* 1. 笔尖压力传感器ADC采样
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* 2. 传感器零点校准与温度补偿
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* 3. 压力值滤波与去抖
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* 4. 压力触发阈值检测
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*/
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#include <stdint.h>
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#include <stdbool.h>
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#include <string.h>
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#include "hal_adc.h"
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#include "hal_i2c.h"
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/* ========== 常量定义 ========== */
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/* ADC通道号（压力传感器） */
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#define PRESSURE_ADC_CHANNEL 1
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/* ADC分辨率 */
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#define ADC_RESOLUTION 4095
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/* 校准样本数量 */
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#define CALIBRATION_SAMPLES 32
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/* 压力触发阈值（原始ADC值，高于此值认为笔尖接触） */
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#define PRESSURE_TRIGGER_THRESHOLD 100
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/* IIR低通滤波系数（0.0~1.0，越小滤波越强） */
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#define PRESSURE_FILTER_ALPHA 0.3f
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/* 温度传感器I2C地址 */
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#define TEMP_SENSOR_I2C_ADDR 0x48
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/* ========== 静态变量 ========== */
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/* 零点偏移（校准时测量的无负荷值） */
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static uint16_t s_zero_offset = 0;
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/* 温度补偿系数 */
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static float s_temp_coefficient = 0.0f;
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/* 滤波后的压力值 */
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static float s_filtered_pressure = 0.0f;
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/* 是否已校准 */
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static bool s_calibrated = false;
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/* 当前温度（摄氏度） */
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static float s_current_temp = 25.0f;
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/* ========== 初始化 ========== */
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/**
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* 初始化压力传感器
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* 配置ADC通道，设置采样参数
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*/
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void pressure_sensor_init(void) {
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/* 配置ADC通道 */
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hal_adc_init(PRESSURE_ADC_CHANNEL, 12); /* 12位分辨率 */
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/* 设置采样时间（较长的采样时间提高精度） */
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hal_adc_set_sample_time(PRESSURE_ADC_CHANNEL, 84); /* 84个时钟周期 */
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s_filtered_pressure = 0;
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s_calibrated = false;
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}
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/* ========== 零点校准 ========== */
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/**
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* 执行零点校准
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* 在笔尖无负荷状态下，多次采样取平均作为零点偏移
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* 应在每次开机时或温度变化较大时调用
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*
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* @return 0成功, -1采样异常
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*/
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int pressure_sensor_calibrate(void) {
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uint32_t sum = 0;
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uint16_t min_val = ADC_RESOLUTION;
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uint16_t max_val = 0;
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/* 采集多个样本 */
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int i;
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for (i = 0; i < CALIBRATION_SAMPLES; i++) {
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uint16_t sample = hal_adc_read(PRESSURE_ADC_CHANNEL);
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sum += sample;
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if (sample < min_val) min_val = sample;
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if (sample > max_val) max_val = sample;
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/* 简单延时等待ADC稳定 */
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for (volatile int d = 0; d < 1000; d++);
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}
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/* 检查采样一致性（极差不应太大） */
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if ((max_val - min_val) > 50) {
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/* 采样波动太大，可能笔尖正在受力 */
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return -1;
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}
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/* 去掉最大最小值后求平均 */
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sum = sum - min_val - max_val;
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s_zero_offset = (uint16_t)(sum / (CALIBRATION_SAMPLES - 2));
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s_calibrated = true;
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return 0;
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}
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/* ========== 温度补偿 ========== */
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/**
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* 读取温度传感器（I2C接口）
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* 用于压力值的温度漂移补偿
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*
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* @return 温度值（摄氏度），读取失败返回25.0
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*/
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static float read_temperature(void) {
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uint8_t temp_data[2];
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int ret = hal_i2c_read(I2C_PORT_1, TEMP_SENSOR_I2C_ADDR,
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0x00, temp_data, 2);
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if (ret != 0) {
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return 25.0f; /* 读取失败，使用默认温度 */
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}
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/* 解析12位温度值（LM75格式） */
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int16_t raw_temp = ((int16_t)temp_data[0] << 4) | (temp_data[1] >> 4);
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||||
if (raw_temp & 0x0800) {
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raw_temp |= 0xF000; /* 符号扩展 */
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}
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||||
return (float)raw_temp * 0.0625f;
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}
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/**
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* 计算温度补偿后的压力值
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* 压力传感器的输出会随温度漂移
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* 补偿公式：P_comp = P_raw - offset - k_temp * (T - T_ref)
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*
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* @param raw_value 原始ADC值
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* @return 补偿后的值
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*/
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static uint16_t apply_temperature_compensation(uint16_t raw_value) {
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/* 参考温度（校准时的温度） */
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const float t_ref = 25.0f;
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/* 温度补偿偏移量 */
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float temp_offset = s_temp_coefficient * (s_current_temp - t_ref);
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int32_t compensated = (int32_t)raw_value - (int32_t)s_zero_offset
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- (int32_t)temp_offset;
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||||
if (compensated < 0) compensated = 0;
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||||
if (compensated > ADC_RESOLUTION) compensated = ADC_RESOLUTION;
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return (uint16_t)compensated;
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}
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/* ========== 压力读取接口 ========== */
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/**
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||||
* 读取原始压力ADC值
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* @return 原始12位ADC值（0-4095）
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*/
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uint16_t pressure_sensor_read_raw(void) {
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return hal_adc_read(PRESSURE_ADC_CHANNEL);
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}
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/**
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||||
* 读取处理后的压力值
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||||
* 包含零点校准、温度补偿和低通滤波
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||||
*
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||||
* @return 处理后的压力值（0-4095）
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*/
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||||
uint16_t pressure_sensor_read(void) {
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||||
/* 读取原始ADC值 */
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uint16_t raw = hal_adc_read(PRESSURE_ADC_CHANNEL);
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/* 温度补偿（每100次读取更新一次温度） */
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static uint16_t temp_update_count = 0;
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if (++temp_update_count >= 100) {
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temp_update_count = 0;
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||||
s_current_temp = read_temperature();
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}
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/* 应用温度补偿和零点校准 */
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||||
uint16_t compensated = apply_temperature_compensation(raw);
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||||
/* IIR低通滤波 */
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s_filtered_pressure = PRESSURE_FILTER_ALPHA * (float)compensated
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||||
+ (1.0f - PRESSURE_FILTER_ALPHA) * s_filtered_pressure;
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||||
return (uint16_t)s_filtered_pressure;
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||||
}
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/**
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* 检测笔尖是否接触纸面（基于压力阈值）
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* @return true=接触, false=悬空
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*/
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bool pressure_sensor_is_touching(void) {
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uint16_t raw = hal_adc_read(PRESSURE_ADC_CHANNEL);
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||||
int32_t adjusted = (int32_t)raw - (int32_t)s_zero_offset;
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||||
return (adjusted > PRESSURE_TRIGGER_THRESHOLD);
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}
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/**
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||||
* 获取校准状态
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*/
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bool pressure_sensor_is_calibrated(void) {
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||||
return s_calibrated;
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}
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||||
/**
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||||
* 设置温度补偿系数
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* 可通过实验测量不同温度下的零点漂移来确定
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*
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* @param coefficient 补偿系数（ADC单位/摄氏度）
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*/
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void pressure_sensor_set_temp_coeff(float coefficient) {
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||||
s_temp_coefficient = coefficient;
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}
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