第二十五章 光敏传感器实验
[mw_shl_code=c,true]1.硬件平台：正点原子探索者STM32F407开发板
2.软件平台：MDK5.1
3.固件库版本：V1.4.0
[/mw_shl_code]
本章我们将向大家介绍探索者STM32F4开发板自带的一个光敏传感器，本章还是要用到ADC采集，通过ADC采集电压，获取光敏传感器的电阻变化，从而得出环境光线的变化，并在TFTLCD上面显示出来。本章将分为如下几个部分：
25.1 光敏传感器简介
25.2 硬件设计
25.3 软件设计
25.4 下载验证
25.1 光敏传感器简介
光敏传感器是最常见的传感器之一，它的种类繁多，主要有：光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏三极管、太阳能电池、红外线传感器、紫外线传感器、光纤式光电传感器、色彩传感器、CCD和CMOS图像传感器等。光传感器是目前产量最多、应用最广的传感器之一，它在自动控制和非电量电测技术中占有非常重要的地位。
光敏传感器是利用光敏元件将光信号转换为电信号的传感器，它的敏感波长在可见光波长附近，包括红外线波长和紫外线波长。光传感器不只局限于对光的探测，它还可以作为探测元件组成其他传感器，对许多非电量进行检测，只要将这些非电量转换为光信号的变化即可。
探索者STM32F4开发板板载了一个光敏二极管（光敏电阻），作为光敏传感器，它对光的变化非常敏感。光敏二极管也叫光电二极管。光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的,其管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。无光照时，有很小的饱和反向漏电流，即暗电流，此时光敏二极管截止。当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加，形成光电流,它随入射光强度的变化而变化。当光线照射PN结时，可以使PN结中产生电子一空穴对，使少数载流子的密度增加。这些载流子在反向电压下漂移，使反向电流增加。因此可以利用光照强弱来改变电路中的电流。
利用这个电流变化，我们串接一个电阻，就可以转换成电压的变化，从而通过ADC读取电压值，判断外部光线的强弱。
本章，我们利用ADC3的通道5（PF7）来读取光敏二极管电压的变化，从而得到环境光线的变化，并将得到的光线强度，显示在TFTLCD上面。关于ADC的介绍，前面两章已经有详细介绍了，这里我们就不再细说了。
25.2 硬件设计
本实验用到的硬件资源有：
1） 指示灯DS0
2） TFTLCD模块
3） ADC
4） 光敏传感器
前三个之前均有介绍，光敏传感器与STM32F4的连接如图25.2.1所示：
图25.2.1 光敏传感器与STM32F4连接示意图
图中，LS1是光敏二极管（实物在开发板摄像头接口右侧），R58为其提供反向电压，当环境光线变化时，LS1两端的电压也会随之改变，从而通过ADC3_IN5通道，读取LIGHT_SENSOR（PF7）上面的电压，即可得到环境光线的强弱。光线越强，电压越低，光线越暗，电压越高。
25.3 软件设计
打开本章实验工程可以看到，在固件库文件中，我们跟上一讲的实验是一样的，添加了adc相关的库函数文件stm32f4xx_adc.c和对应头文件的支持。同时，我们在HARDWARE分组下新建了adc3.c和lsens.c源文件，以及包含了它们对应的头文件。因为本实验我们主要是使用ADC3去测量关敏二极管的电压变化，所以大部分知识我们在前面ADC实验部分都有所讲解，这里我们就略带而过。打开lsens.c，代码如下：
//初始化光敏传感器
void Lsens_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef
GPIO_InitStructure;
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF, ENABLE);//使能GPIOF时钟
//先初始化ADC3通道7IO口
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;//PA7 通道7
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;//模拟输入
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL ;//不带上下拉
GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure);//初始化
Adc3_Init();//初始化ADC3
}
//读取Light Sens的值
//0~100:0,最暗;100,最亮
u8 Lsens_Get_Val(void)
{
u32
temp_val=0;
u8 t;
for(t=0;t<LSENS_READ_TIMES;t++)
{
temp_val+=Get_Adc3(ADC_Channel_5); //读取ADC值,通道5
delay_ms(5);
}
temp_val/=LSENS_READ_TIMES;//得到平均值
if(temp_val>4000)temp_val=4000;
return
(u8)(100-(temp_val/40));
}
这里就2个函数，其中：Lsens_Init用于初始化光敏传感器，其实就是初始化PF7为模拟输入，然后通过Adc3_Init函数初始化ADC3的通道ADC_Channel_5。Lsens_Get_Val函数用于获取当前光照强度，该函数通过Get_Adc3得到通道ADC_Channel_5转换的电压值，经过简单量化后，处理成0~100的光强值。0对应最暗，100对应最亮。
接下来我们看看adc3.c源文件代码：
//初始化ADC3
//这里我们仅以规则通道为例
void
Adc3_Init(void)
{
ADC_CommonInitTypeDef ADC_CommonInitStructure;
ADC_InitTypeDef
ADC_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC3, ENABLE); //使能ADC3时钟
RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_ADC3,ENABLE); //ADC3复位
RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_ADC3,DISABLE); //复位结束
ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;//独立模式
ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay =
ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;//两个采样阶段之间的延迟5个时钟
ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode =
ADC_DMAAccessMode_Disabled;
ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div4;//预分频4分频。
ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);//初始化
ADC_InitStructure.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b;//12位模式
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;//非扫描模式
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;//关闭连续转换
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge =
ADC_ExternalTrigConvEdge_None;
//禁止触发检测，使用软件触发
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;//右对齐
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion = 1;//1个转换在规则序列中
ADC_Init(ADC3, &ADC_InitStructure);//ADC初始化
ADC_Cmd(ADC3, ENABLE);//开启AD转换器
}
//获得ADC值
//ch:通道值 0~16
ADC_Channel_0~ADC_Channel_16
//返回值:转换结果
u16 Get_Adc3(u8 ch)
{
//设置指定ADC的规则组通道，一个序列，采样时间
ADC_RegularChannelConfig(ADC3,
ch, 1, ADC_SampleTime_480Cycles );
ADC_SoftwareStartConv(ADC3); //使能指定的ADC3的软件转换启动功能
while(!ADC_GetFlagStatus(ADC3,
ADC_FLAG_EOC ));//等待转换结束
return
ADC_GetConversionValue(ADC3); //返回最近一次ADC3规则组的转换结果
}
这里，Adc3_Init函数几乎和ADC_Init函数一模一样，这里我们设置了ADC3_CH5的相关参数，但是没有设置对应IO为模拟输入，因为这个在Lsens_Init函数已经实现。Get_Adc3用于获取ADC3某个通道的转换结果。
因为我们前面对ADC有了详细的讲解，所以本章实验源码部分讲解就比较简单。接下来我们看看主函数：
int main(void)
{
u8 adcx;
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组2
delay_init(168); //初始化延时函数
uart_init(115200); //初始化串口波特率为115200
LED_Init(); //初始化LED
LCD_Init(); //初始化LCD
Lsens_Init();
//初始化光敏传感器
POINT_COLOR=RED;
LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"Explorer
STM32F4");
LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"LSENS
TEST");
LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");
LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2014/5/7");
POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝色
LCD_ShowString(30,130,200,16,16,"LSENS_VAL:");
while(1)
{
adcx=Lsens_Get_Val();
LCD_ShowxNum(30+10*8,130,adcx,3,16,0);//显示ADC的值
LED0=!LED0;
delay_ms(250);
}
}
此部分代码也比较简单，初始化各个外设之后，进入死循环，通过Lsens_Get_Val获取光敏传感器得到的光强值（0~100），并显示在TFTLCD上面。
代码设计部分就为大家讲解到这里，下面我们开始下载验证。
25.4 下载验证
在代码编译成功之后，我们通过下载代码到ALIENTEK探索者STM32F4开发板上，可以看到LCD显示如图25.4.1所示：
图25.4.1 光敏传感器实验测试图
伴随DS0的不停闪烁，提示程序在运行。此时，我们可以通过给LS1不同的光照强度，来观察LSENS_VAL值的变化，光照越强，该值越大，光照越弱，该值越小。
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发表于 2014-12-6 12:55:25
