STM32（M4）中的光敏传感器实验（幼儿版）

光敏传感器介绍

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。

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。

照射光敏二极管的光强不同，通过光敏二极管的电流大小就不同，所以可以通过检测电流大小，达到检测光强的目的。
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。
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。

2.硬件设计

 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。

3.软件设计
在固件库文件中，我们添加了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。  lsens.c，代码如下：

lsens.c

#include "lsens.h"
#include "delay.h"

//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

{
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。

adc3.c 源文件代码：

#include "adc3.h"
#include "delay.h"    

//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：

#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "led.h"
#include "lcd.h"
#include "adc3.h"
#include "lsens.h"

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,"STM32F4");
LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"LSENS TEST");
LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"ALIX");
LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2018/7/31");
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。