传感器：MQ-5燃气模块测量燃气值（底部附代码）
一、简介
本篇文章介绍使用MQ-5燃气模块测量燃气值，CPU还是选择单片机，MQ-5主要使用的技术为ADC，燃气对于单片机来说是模拟信号，需要转换为数字信号，再经过相关计算公式将燃气模拟值转换成对应的燃气数值，便于人们方便查看。例如家庭使用燃气模块测量燃气值，如果燃气值超过一定的范围，可以外设一个报警装置，保证家庭的生命安全。
二、ADC介绍
1、STM32F1 ADC基本概括
（1）ADC（analog to digital converter）即模数转换器，它可以将模拟信号转换为数字信号。按照其转换原理主要分为逐次逼近型、双积分型、电压频率转换型三种。STM32F1的ADC就是逐次逼近型的模拟数字转换器。
（2）STM32F103 系列一般都有 3 个 ADC，这些 ADC 可以独立使用，也可以使用双重（提高采样率）。STM32F1 的 ADC 是 12 位逐次逼近型的模拟数字转换器。它具有多达 18个复用通道，可测量来自16 个外部源、2 个内部源信号。 这些通道的 A/D 转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行。ADC 的结果可以左对齐或右对齐方式存储在 16 位数据寄存器中。ADC具有模拟看门狗特性，允许应用程序检测输入电压是否超出用户定义的阀值上限或者下限。
2、STM32F1 ADC结构框图
STM32F1 ADC拥有这么多功能，是由ADC内部结构所决定。要更好的理解STM32F1的ADC，就需要了解它内部的结构。如下图所示：（大家也可以查看《STM32F10x中文参考手册》-11模数转换器（ADC）章-ADC功能说明），后面依次按照以下图中标号进行介绍：
.（1）标号1：电压输入引脚
ADC输入电压范围为： VREF- ≤ VIN ≤ VREF+。由 VREF-、 VREF+ 、 VDDA 、 VSSA这四个外部引脚决定。通常我们把 VSSA和 VREF-接地，把 VREF+和 VDDA 接 3.3V，因此ADC的输入电压范围为：0~3.3V。我们使用的开发板ADC输入电压范围为0-3.3V。
（2）标号2：输入通道
STM32 的 ADC的输入通道多达 18 个，其中外部的 16 个通道就是框图中的 ADCx_IN0、ADCx_IN1…ADCx_IN5（x=1/2/3，表示ADC数），通过这16个外部通道可以采集模拟信号。这 16 个通道对应着不同的 IO 口， 具体是哪一个 IO 口可以从数据手册查询到，也可以从下图查看，同样我们在开发板芯片原理图内也给大家标注了。其中 ADC1 还有2个内部通道：ADC1 的通道16连接到了芯片内部的温度传感器，通道17连接到了内部参考电压 VREFINT。ADC2 和ADC3的通道 16、 17全部连接到
了内部的 VSS。
（3）标号3：通道转换顺序
外部的 16 个通道在转换的时候可分为2组通道：规则通道组和注入通道组，其中规则通道组最多有16路，注入通道组最多有 4 路。
规则通道组：从名字来理解，规则通道就是一种规规矩矩的通道，类似于正常执行的程序，通常我们使用的都是这个通道。
注入通道组：从名字来理解，注入即为插入，是一种不安分的通道，类似于中断。当程序正常往下执行时，中断可以打断程序的执行。同样如果在规则通道转换过程中，有注入通道插入，那么就要先转换完注入通道，等注入通道转换完成后再回到规则通道的转换流程。
每个组包含一个转换序列，该序列可按任意顺序在任意通道上完成。
例如，可按以下顺序对序列进行转换： ADC_IN3、ADC_IN8、 ADC_IN2、 ADC_IN2、 ADC_IN0、 ADC_IN2、 ADC_IN2、 ADC_IN15。
（4）标号4：触发源
选择好输入通道，设置好转换顺序，接下来就可以开始转换。要开启ADC转换，可以直接设置ADC 控制寄存器ADC_CR2 的 ADON位为1，即使能ADC。当然ADC还支持外部事件触发转换，触发源有很多，具体选择哪一种触发源，由 ADC 控制寄存器2:ADC_CR2 的 EXTSEL[2:0]和 JEXTSEL[2:0]位来控制。EXTSEL[2:0]用于选择规则通道的触发源，JEXTSEL[2:0]用于选择注入通道的触发源。选定好触发源之后，触发源是否要激活，则由 ADC 控制寄存器ADC_CR2 的 EXTTRIG 和 JEXTTRIG
这两位来激活。
如果使能了外部触发事件，我们还可以通过设置 ADC 控制寄存器 2:ADC_CR2 的EXTEN[1:0]和JEXTEN[1:0]来控制触发极性，可以有 4 种状态，分别是：禁止触发检测、上升沿检测、下降沿检测以及上升沿和下降沿均检测。
（5）标号5：ADC时钟
ADC 输入时钟 ADC_CLK 由 APB2经过分频产生，最大值是14MHz，分频因子由 RCC 时钟配置寄存器 RCC_CFGR 的位 15:14 ADCPRE[1:0]设置，可以是 2/4/6/8 分频，注意这里没有 1 分频。我们知道APB2总线时钟为72M，而ADC最大工作频率为14M，所以一般设置分频因子为6，这样ADC的输入时钟为12M。
ADC要完成对输入电压的采样需要若干个ADC_CLK周期，采样的周期数可通过ADC 采样时间寄存器 ADC_SMPR1 和 ADC_SMPR2 中的 SMP[2:0]位设置， ADC_SMPR2控制的是通道 0~9， ADC_SMPR1 控制的是通道 10~17。每个通道可以分别用不同的时间采样。其中采样周期最小是1.5个，即如果我们要达到最快的采样，那么应该设置采样周期为1.5个周期，这里说的周期就是 1/ADC_CLK。
ADC 的总转换时间跟ADC 的输入时钟和采样时间有关，其公式如下：
Tconv = 采样时间 + 12.5个周期
其中Tconv为ADC总转换时间，当ADC_CLK=14Mhz的时候，并设置1.5个周期的采样时间，则Tcovn=1.5+12.5=14个周期=1us。
（6）标号6：数据寄存器
ADC 转换后的数据根据转换组的不同，规则组的数据放在ADC_DR 寄
存器内，注入组的数据放在 JDRx内。
因为STM32F1的ADC是12位转换精度，而数据寄存器是16位，所以ADC
在存放数据的时候就有左对齐和右对齐区分。如果是左对齐，AD转换完
成数据存放在 ADC_DR 寄存器的[4:15]位内；如果是右对齐，则存放在
ADC_DR 寄存器的[0:11]位内。具体选择何种存放方式，需通过ADC_CR2
的 11 位 ALIGN 设置。
（7）标号7：中断
当发生如下事件且使能相应中断标志位时，ADC能产生中断。
1.转换结束（规则转换）与注入转换结束
2.模拟看门狗事件
3.DMA请求
我们知道STM32F1 ADC转换模式有单次转换与连续转换区分。
》》在单次转换模式下，ADC 执行一次转换。可以通过 ADC_CR2 寄存器的SWSTART 位（只适用于规则通道）启动，也可以通过外部触发启动（适用于规则通道和注入通道），这时 CONT 位为 0。以规则通道为例，一旦所选择的通道转换完成，转换结果将被存在 ADC_DR 寄存器中，EOC（转换结束）标志将被置位，如果设置了 EOCIE，则会产生中断。然后 ADC 将停止，直到下次启动。
》》在连续转换模式下，ADC 结束一个转换后立即启动一个新的转换。CONT 位为 1 时，可通过外部触发或将 ADC_CR2 寄存器中的 SWSTRT 位置 1 来启动此模式（仅适用于规则通道）。需要注意的是：此模式无法连续转换注入通道。连续模式下唯一的例外情况是，注入通道配置为在规则通道之后自动转换（使用 JAUTO 位）。
3、ADC基本配置步骤
接下来我们介绍下如何使用库函数对ADC进行配置。这个也是在编写
程序中必须要了解的。具体步骤如下：（ADC相关库函数在
stm32f10x_adc.c和stm32f10x_adc.h文件中）
（1）使能端口时钟和ADC时钟，设置引脚模式为模拟输入
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AN; //模拟输入模式
（2）设置ADC的分频因子
RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);
（3）初始化ADC参数，包括ADC工作模式、规则序列等
void ADC_Init(ADC_TypeDef* ADCx, ADC_InitTypeDef* ADC_InitStruct);
typedef struct
{
uint32_t ADC_Mode; // ADC 工作模式选择
FunctionalState ADC_ScanConvMode; /* ADC 扫描（多通道）或者单次（单通道）模式选择 */
FunctionalState ADC_ContinuousConvMode; // ADC 单次转换或者连续转换选择
uint32_t ADC_ExternalTrigConv; // ADC 转换触发信号选择
uint32_t ADC_DataAlign; // ADC 数据寄存器对齐格式
uint8_t ADC_NbrOfChannel; // ADC 采集通道数
} ADC_InitTypeDef;
ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;//非扫描模式
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;//关闭连续转换
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_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_NbrOfChannel = 1;//1个转换在规则序列中 也就是只转换规则序列1
ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);//ADC初始化
（4）使能ADC并校准
void ADC_Cmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);
ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);//开启AD转换器
执行复位校准的方法是：
ADC_ResetCalibration(ADC1);
执行 ADC 校准的方法是：
ADC_StartCalibration(ADC1); //开始指定 ADC1 的校准状态
while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); //等待复位校准结束
while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1)); //等待校准结束
（5）读取ADC转换值
设置规则序列通道以及采样周期的库函数是：
void ADC_RegularChannelConfig(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t
ADC_Channel,uint8_t Rank, uint8_t ADC_SampleTime)；
ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_1, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 );
设置好规则序列通道及采样周期，接下来就要开启转换，由于我们采
用的是软件触发，库函数
void ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC_TypeDef* ADCx, FunctionalState NewState);
开启转换之后，就可以获取ADC 转换结果数据，调用的库函数是：
uint16_t ADC_GetConversionValue(ADC_TypeDef* ADCx);
获取 AD 转换的状态信息的库函数是：
FlagStatus ADC_GetFlagStatus(ADC_TypeDef* ADCx, uint8_t
ADC_FLAG);
例如我们要判断 ADC1 的转换是否结束，方法是：
while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));//等待转换结束
三、MQ-5源代码
1、rq.h头文件
#ifndef _RQ_H
#define _RQ_H
#include "stm32f10x.h"
#include "delay.h"
void RQ_Init(void);
u16 get_gas(u8 ch);
u16 get_gas_average(u8 ch,u8 times);
void get_gas_real_value(float* value);
#endif
2、rq.c源文件
#include "rq.h"
#include "stdio.h"
void RQ_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd ( RCC_APB2Periph_ADC3|RCC_APB2Periph_GPIOF, ENABLE ); //使能ADC3通道时钟
RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div2);//设置ADC分频因子6 72M/6=12,ADC最大时间不能超过14M
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init ( GPIOF, & GPIO_InitStructure );
// GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
// GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;
// GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
// GPIO_Init ( GPIOF, & GPIO_InitStructure );
ADC_DeInit(ADC3); //复位ADC3,将外设 ADC3 的全部寄存器重设为缺省值
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;//模数转换工作在连续转换模式
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;//ADC数据右对齐
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;//转换由软件而不是外部触发启动
ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;//ADC工作模式:ADC1和ADC2工作在独立模式
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;//顺序进行规则转换的ADC通道的数目
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;//模数转换工作在单通道模式
ADC_Init(ADC3, &ADC_InitStructure);
ADC_Cmd(ADC3, ENABLE);//使能指定的ADC3
ADC_ResetCalibration(ADC3);//使能复位校准
while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC3));//等待复位校准结束
ADC_StartCalibration(ADC3);//开启ADC校准
while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC3));//等待校准结束
}
u16 get_gas(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, 3, ADC_SampleTime_239Cycles5 ); //ADC3,ADC通道,采样时间为239.5周期
ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC3, ENABLE); //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
}
//多次取值，求平均值提高准确性
u16 get_gas_average(u8 ch,u8 times)
{
u32 temp_val=0;
u8 t;
for(t=0;t<times;t++) //times=10
{
temp_val+= get_gas(ch);//temp_val=temp_val+get_gas(ch);
delay_ms(5);
}
return temp_val/times;//返回ADC采集的数据的平均值
}
void get_gas_real_value(float* value)
{
u16 gas_val=0;
gas_val = get_gas_average(ADC_Channel_6,10);//得到ADC通道获取的平均值
*value = (gas_val/4096.0*3.3)*210+ 10;//燃气值计算公式可以查看MQ-5数据手册
}
3、main.c主函数
/*
本程序只供学习使用，未经作者许可，不得用于其他用途！
开 发 板：普中STM32-F1开发板
实验项目：基于STM32F103ZET6的燃气检测实验
作 者：xxx//老规矩，有需要联系下面邮箱即可
邮 箱：[email protected]
日 期：2022年06月09日
版权所有，盗版必究。
*/
#include"stm32f10x.h"
#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "rq.h"
#include "stdio.h"
float value = 0.0;
int main(void)
{
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);// 设置中断优先级分组2
delay_init(); //延时函数初始化
uart_init(9600); //串口初始化为9600
RQ_Init();
while(1)
{
get_gas_real_value(&value);
printf("燃气值=%.4f\r\n",value);
delay_ms(1000);
}
}