第三十二章 光敏傳感器實驗

本章，我們將學(xué)習(xí)使用STM32開發(fā)板板載的一個光敏傳感器。我們還是要使用到ADC采集，通過ADC采集電壓，獲取光敏傳感器的電阻變化，從而得出環(huán)境光線的變化，并在TFTLCD上面顯示出來。
本章分為如下幾個小節(jié)：
32.1 光敏傳感器簡介
32.2 硬件設(shè)計
32.3 程序設(shè)計
32.4 下載驗證

32.1 光敏傳感器簡介

光敏傳感器是最常見的傳感器之一，它的種類繁多，主要有：光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏三極管、太陽能電池、紅外線傳感器、紫外線傳感器、光纖式光電傳感器、色彩傳感器、CCD和CMOS圖像傳感器等。光傳感器是目前產(chǎn)量最多、應(yīng)用最廣的傳感器之一，它在自動控制和非電量電測技術(shù)中占有非常重要的地位。
光敏傳感器是利用光敏元件將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器，它的敏感波長在可見光波長附近，包括紅外線波長和紫外線波長。光傳感器不只局限于對光的探測，它還可以作為探測元件組成其他傳感器，對許多非電量進(jìn)行檢測，只要將這些非電量轉(zhuǎn)換為光信號的變化即可。
STM32F103戰(zhàn)艦開發(fā)板板載了一個光敏二極管（光敏電阻），作為光敏傳感器，它對光的變化非常敏感。光敏二極管也叫光電二極管。光敏二極管與半導(dǎo)體二極管在結(jié)構(gòu)上是類似的，其管芯是一個具有光敏特征的PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦?，因此工作時需加上反向電壓。無光照時，有很小的飽和反向漏電流，即暗電流，此時光敏二極管截止。當(dāng)受到光照時，飽和反向漏電流大大增加，形成光電流，它隨入射光強(qiáng)度的變化而變化。當(dāng)光線照射PN結(jié)時，可以使PN結(jié)中產(chǎn)生電子一空穴對，使少數(shù)載流子的密度增加。這些載流子在反向電壓下漂移，使反向電流增加。因此可以利用光照強(qiáng)弱來改變電路中的電流。
利用這個電流變化，我們串接一個電阻，就可以轉(zhuǎn)換成電壓的變化，從而通過ADC讀取電壓值，判斷外部光線的強(qiáng)弱。
本章，我們利用ADC3的通道6（PF8）來讀取光敏二極管電壓的變化，從而得到環(huán)境光線的變化，并將得到的光線強(qiáng)度，顯示在TFTLCD上面。關(guān)于ADC的介紹，前面已經(jīng)有詳細(xì)介紹了，這里我們就不再細(xì)說了。
32.2 硬件設(shè)計

1. 例程功能
   通過ADC3的通道6（PF8）讀取光敏傳感器（LS1）的電壓值，并轉(zhuǎn)換為0~100的光線強(qiáng)度值，顯示在LCD模塊上面。光線越亮，值越大；光線越暗，值越小。大家可以用手指遮擋LS1和用手電筒照射LS1，來查看光強(qiáng)變化。LED0閃爍用于提示程序正在運行。
2. 硬件資源
   1）LED燈
   LED : LED0 – PB5
   2）串口1(PA9/PA10連接在板載USB轉(zhuǎn)串口芯片CH340上面)
   3）正點原子 2.8/3.5/4.3/7/10寸TFTLCD模塊(僅限MCU屏，16位8080并口驅(qū)動)
   4）ADC3 ：通道6 – PF8
   5）光敏傳感器
3. 原理圖
   我們主要來看看光敏傳感器和開發(fā)板的連接，如下圖所示：
   

圖32.2.1 光敏傳感器與開發(fā)板連接示意圖
圖中，LS1是光敏二極管，外觀看起像與貼片LED類似（戰(zhàn)艦位于OLED插座旁邊，LS1），R34為其提供反向電壓，當(dāng)環(huán)境光線變化時，LS1兩端的電壓也會隨之改變，通過ADC3_IN6通道讀取LIGHT_SENSOR（PF8）上面的電壓，即可得到環(huán)境光線的強(qiáng)弱。光線越強(qiáng)，電壓越低，光線越暗，電壓越高。
32.3 程序設(shè)計
32.3.1 ADC的HAL庫驅(qū)動
本實驗用到的ADC的HAL庫API函數(shù)前面都介紹過，具體調(diào)用情況請看程序解析部分。下面介紹讀取光敏傳感器ADC值的配置步驟。
讀取光敏傳感器ADC值配置步驟
1）開啟ADCx和ADC通道對應(yīng)的IO時鐘，并配置該IO為模擬功能
首先開啟ADCx的時鐘，然后配置GPIO為模擬模式。本實驗我們默認(rèn)用到ADC3通道6，對應(yīng)IO是PF8，它們的時鐘開啟方法如下：
__HAL_RCC_ADC3_CLK_ENABLE (); /* 使能ADC3時鐘 /
__HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE(); / 開啟GPIOF時鐘 */
2）設(shè)置ADC3，開啟內(nèi)部溫度傳感器
調(diào)用HAL_ADC_Init函數(shù)來設(shè)置ADC3時鐘分頻系數(shù)、分辨率、模式、掃描方式、對齊方式等信息。
注意：該函數(shù)會調(diào)用：HAL_ADC_MspInit回調(diào)函數(shù)來完成對ADC底層的初始化，包括：ADC3時鐘使能、ADC3時鐘源的選擇等。
3）配置ADC通道并啟動AD轉(zhuǎn)換器
調(diào)用HAL_ADC_ConfigChannel()函數(shù)配置ADC3通道6，根據(jù)需求設(shè)置通道、序列、采樣時間和校準(zhǔn)配置單端輸入模式或差分輸入模式等。然后通過HAL_ADC_Start函數(shù)啟動AD轉(zhuǎn)換器。
4）讀取ADC值，轉(zhuǎn)換為光線強(qiáng)度值
這里選擇查詢方式讀取，在讀取ADC值之前需要調(diào)用HAL_ADC_PollForConversion等待上一次轉(zhuǎn)換結(jié)束。然后就可以通過HAL_ADC_GetValue來讀取ADC值。最后把得到的ADC值轉(zhuǎn)換為0~100的光線強(qiáng)度值。
32.3.2 程序流程圖

圖32.3.2.1 光敏傳感器實驗程序流程圖
32.3.3 程序解析

1. lsens驅(qū)動代碼
   這里我們只講解核心代碼，詳細(xì)的源碼請大家參考光盤本實驗對應(yīng)源碼。LSENS驅(qū)動源碼包括兩個文件：lsens.c和lsens.h。本實驗還要用到adc3.c和adc3.h文件的驅(qū)動代碼。adc3.c\h文件的代碼和單通道ADC采集實驗的adc.c\h文件的代碼幾乎一樣，這里就不再贅述了。
   lsens.h頭文件定義了一些宏定義和一些函數(shù)的聲明，該宏定義如下：
   /* 光敏傳感器對應(yīng)ADC3的輸入引腳和通道 定義 */

#define LSENS_ADC3_CHX_GPIO_PORT            GPIOF
#define LSENS_ADC3_CHX_GPIO_PIN             GPIO_PIN_8
#define LSENS_ADC3_CHX_GPIO_CLK_ENABLE()  do{ __HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE(); \
}while(0)   /* PF口時鐘使能 */

#define LSENS_ADC3_CHX               ADC_CHANNEL_6       /* 通道Y,  0 <= Y <= 17 */

這些宏定義分別是PF8及其時鐘使能的宏定義，還有ADC3通道6的宏定義。
下面介紹lsens.c的函數(shù)，首先是光敏傳感器初始化函數(shù)，其定義如下：

/**
 * @brief       初始化光敏傳感器
 * @param       無
 * @retval      無
 */
void lsens_init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef gpio_init_struct;
    LSENS_ADC3_CHX_GPIO_CLK_ENABLE();     /* IO口時鐘使能 */
    /* 設(shè)置AD采集通道對應(yīng)IO引腳工作模式 */
    gpio_init_struct.Pin = LSENS_ADC3_CHX_GPIO_PIN;
    gpio_init_struct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;
    HAL_GPIO_Init(LSENS_ADC3_CHX_GPIO_PORT, &gpio_init_struct);
    adc3_init();                             /* 初始化ADC */
}

該函數(shù)初始化PF8為模擬功能，然后通過adc3_init函數(shù)初始化ADC3。
最后是讀取光敏傳感器值，函數(shù)定義如下：

/**
 * @brief       讀取光敏傳感器值
 * @param       無
 * @retval      0~100:0,最暗;100,最亮
 */
uint8_t lsens_get_val(void)
{
    uint32_t temp_val = 0;
    temp_val = adc3_get_result_average(LSENS_ADC3_CHX, 10); /* 讀取平均值 */
    temp_val /= 40;
    if (temp_val > 100)temp_val = 100;
    return (uint8_t)(100 - temp_val);
}

lsens_get_val函數(shù)用于獲取當(dāng)前光照強(qiáng)度，該函數(shù)通過adc3_get_result_average函數(shù)得到通道6轉(zhuǎn)換的電壓值，經(jīng)過簡單量化后，處理成0~100的光強(qiáng)值。0對應(yīng)最暗，100對應(yīng)最亮。
2. main.c代碼
在main.c里面編寫如下代碼：

int main(void)
{
    short adcx;
    HAL_Init();								/* 初始化HAL庫 */
    sys_stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);		/* 設(shè)置時鐘, 72Mhz */
    delay_init(72);							/* 延時初始化 */
    usart_init(115200);						/* 串口初始化為115200 */
    led_init();								/* 初始化LED */
    lcd_init();								/* 初始化LCD */
    lsens_init();							/* 初始化光敏傳感器 */

    lcd_show_string(30, 50, 200, 16, 16, "STM32", RED);
    lcd_show_string(30, 70, 200, 16, 16, "LSENS TEST", RED);
    lcd_show_string(30, 90, 200, 16, 16, "ATOM@ALIENTEK", RED);
    lcd_show_string(30, 110, 200, 16, 16, "LSENS_VAL:", BLUE);

    while (1)
    { 
        adcx = lsens_get_val();
        lcd_show_xnum(30 + 10 * 8, 110, adcx, 3, 16, 0, BLUE); /* 顯示光線強(qiáng)度值 */
        LED0_TOGGLE();  /* LED0閃爍,提示程序運行 */
        delay_ms(250);
    }
}

該部分的代碼邏輯很簡單，初始化各個外設(shè)之后，進(jìn)入死循環(huán)，通過lsens_get_val獲取光敏傳感器得到的光強(qiáng)值（0~100），并顯示在TFTLCD上面。
32.4 下載驗證
將程序下載到開發(fā)板后，可以看到LED0不停的閃爍，提示程序已經(jīng)在運行了。LCD顯示的內(nèi)容如圖32.4.1所示：

圖32.4.1 光敏傳感器實驗測試圖
我們可以通過給LS1不同的光照強(qiáng)度，來觀察LSENS_VAL值的變化，光照越強(qiáng)，該值越大，光照越弱，該值越小，LSENS_VAL值的范圍是0~100。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-776626.html

到了這里，關(guān)于【正點原子STM32連載】 第三十二章 光敏傳感器實驗 摘自【正點原子】STM32F103 戰(zhàn)艦開發(fā)指南V1.2的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！