江苏学蠡信息科技有限公司

NB-IOT实验练习3——传感器采集及执行器控制

上一节介绍了无锡学蠡信息科技有限公司的无线传感器网络实验平台关于STM32F103单片机的基础实验，这一章，主要是使用STM32对单个传感器或执行器模块的单个实验进行介绍和演示。

1. 传感器模块类型的自动识别

无线传感器网络实验平台提供的实验代码在senior_main.c文件中为所有的传感器和执行器都编写了独立的.c文件以进行传感器初始化、模块类型识别、GPIO初始化操作等对每个传感器模块进行底层硬件操作，同时为了可以统一的管理所有的传感器模块，在main.h中建立了结构体，以实现一个工程代码可以实现所有传感器和执行器模块的功能演示，只要更换传感器模块直接复位即可切换不同传感器模块的对应程序切换，避免了不同模块需要烧录不同程序的不便。

1.1 传感器类型识别硬件相关

在无线传感器网络实验平台中，为了可以实现传感器模块插拔后能够自动识别传感器模块的类型，实验平台对每个类型的传感器模块都设计有不同的两路分压电路，使用STM32读取分压电路的两端电压值，因为每个分压电路所使用的电阻其电阻值是不同的，所以内部设定的分压电路的两端电压值也是不同的，所以在进行传感器模块的插拔更换后，MCU只要读取分压电路两端的电压值再与预先设定好的值进行比较，就可以实现传感器类型自动识别。
分压电路（之一）原理图：

1.2 传感器类型识别软件代码相关

1.2.1 传感器管理结构体

在main.h文件中，建立了一个结构体，用于存放传感器类型序列 id，用于识别区分传感器模块的分压电路的PA4、PA5的电压值，传感器类型名以及传感器对应的处理功能函数。
结构体如下：

typedef struct
{
	uint16_t id;
	//传感器类型序号
	uint16_t boardpa4voltage; //PA4 引脚电压值
	uint16_t boardpa6voltage; //PA6 引脚电压值
	char *boardtype;
	//传感器类型名
	void (*func) (void);
	//传感器处理函数
}Sensortype_t;

实际定义的结构体变量写在main.c文件中，具体代码如下：

Sensortype_t sensortype[SENSORTYPE_NUM] =
{
	{1, 0 , 290, " 8x8Led ", Led8x8_main},
	{2, 0 , 2200, " Infrared ", Infrared_main},
	{3, 0 , 540, " 4Led ", Led4_main},
	{4, 0 , 1620, " 2Realy ", Realy2_main},
	{5, 3300, 1620, " Hall ", Hall_main},
	{6, 3300, 1920, " LED-Light ", Ledlight_main},
	{7, 0 , 1035, "BEEP-POR-TEM", BeepPortemp_main},
	{8, 0 , 2440, " Shack ", Shack_main},
	{9, 3300, 2245, " Flame ", Flame_main},
	{10, 0 , 1310, " Pressure ", Pressure_main},
	{11, 0 , 800, " Humidity ", SHT10_main},
	{12, 3300, 290, " Gas ", Gas_main},
	{13, 0 , 2690, " Acc ", Acc_main},
	{14, 3300, 1035, " Ulrasonic ", Ultrasonic_main}
};

1.2.2 识别传感器类型代码

实验平台通过ADC采集函数——BoardPAXMeasureVolage，采集分压电路 PA4 PA6 引脚电压值，然后在循环中不断和传感器结构体变量sensortype预存的值进行对比，通过变量i来进行传感器类型序号的记录，对比成功则break跳出循环，跳出循环时的i值就是对应在使用的传感器类型序号。
实现代码如下：

while(adccnt++ < 10)
{
	adctotal1 += BoardPAXMeasureVolage(&hadc1, ADC_CHANNEL_4);
	adctotal2 += BoardPAXMeasureVolage(&hadc1, ADC_CHANNEL_6);
}
BoardPA4Voltage = adctotal1 / 10;
BoardPA6Voltage = adctotal2 / 10;
{
	uint8_t i = 0;
	for(i = 0; i < SENSORTYPE_NUM; i++)
	{
		if(sensortype[i].boardpa4voltage == 0)
		{
			if((BoardPA4Voltage < sensortype[i].boardpa4voltage + 200) &&
			(BoardPA6Voltage > sensortype[i].boardpa6voltage - 200) &&
			(BoardPA6Voltage < sensortype[i].boardpa6voltage + 200))
			{
				break;
			}
		}
		else if(sensortype[i].boardpa4voltage == 3300)
		{
			if((BoardPA4Voltage > sensortype[i].boardpa4voltage - 200) &&
			(BoardPA6Voltage > sensortype[i].boardpa6voltage - 200) &&
			(BoardPA6Voltage < sensortype[i].boardpa6voltage + 200))
			{
				break;
			}
		}
	}
}

通过以上的分压电路和对应的软件代码，就能实现传感器模块类型的上电自动识别功能，接下来就开始进行单个传感器模块的实验。

2. 传感器模块实验

2.1 8x8点阵屏模块实验

实验目的：了解并掌握 LED 点阵的控制原理。
实验现象：控制 LED 点阵显示数字“8”。
硬件介绍
一个 8x8 的点阵就是由 64 个 LED 小灯组成。下图就是一个点阵 LED 最小单元，即一个 8*8 的点阵 LED。

8x8点阵屏的内部结构原理图如下所示：

受限于单片机的IO口数量，为了用更少的IO口驱动设备，在本实验平台中使用74HC595芯片进行串并转换，原本需要16个IO口，现在只需要3个IO口就可以完成点阵屏内容显示的需求。
74HC595与点阵屏电路原理图如下：

实现过程以及代码展示

完成数字取模
使用取模软件，安装点阵屏大小以及你实际想要显示的字体大小进行数字取模，在本实验中使用的字模设置为阳码、逐行扫描、顺向。设置完成后就会自动生成对应的字模数组。

初始化GPIO口

void LED8X8Init(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	GPIO_InitStruct.Pin = HC595_SER_PIN;
	GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
	GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
	GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
	HAL_GPIO_Init(HC595_SER_PORT, &GPIO_InitStruct);
	GPIO_InitStruct.Pin = HC595_RCLK_PIN;
	GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
	GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
	GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
	HAL_GPIO_Init(HC595_RCLK_PORT, &GPIO_InitStruct);
	GPIO_InitStruct.Pin = HC595_SCK_PIN;
	GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
	GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
	GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
	HAL_GPIO_Init(HC595_SCK_PORT, &GPIO_InitStruct);
	GpioWrite(HC595_SER_PORT,HC595_SER_PIN,GPIO_PIN_RESET);
	GpioWrite(HC595_RCLK_PORT,HC595_RCLK_PIN,GPIO_PIN_RESET);
	GpioWrite(HC595_SCK_PORT,HC595_SCK_PIN,GPIO_PIN_RESET);
	Write595(0X00);
	Write595(0xff);
	GpioWrite(HC595_SER_PORT,HC595_SER_PIN,GPIO_PIN_SET);
	GpioWrite(HC595_SER_PORT,HC595_SER_PIN,GPIO_PIN_RESET);//重启时无显示
}

完成数据显示
调用 SHT10_ LED8X8Init 初始化函数之后，进入 while(1)循环，不停的向 74HC595 发送字模
数据，显示数字。

void Led8x8_main(void)
{
	static unsigned char disnum=5;
	LED8X8Init();
	while(1)
	{
		static unsigned char i;
		Write595(FontSystem8x8[disnum*8+i]);
		Write595(~DispWm);
		GpioWrite(HC595_RCLK_PORT,HC595_RCLK_PIN,GPIO_PIN_SET);
		GpioWrite(HC595_RCLK_PORT,HC595_RCLK_PIN,GPIO_PIN_RESET);//重启时无显示
		DispWm <<= 1;
		if(++i == 8)
		{
			DispWm = 1;
			i = 0;
		}
	}
}

实验现象

2.2 高精温湿度传感器模块实验

实验目的：了解并掌握温湿度传感器的采集原理。
实验现象：通过 OLED 液晶屏显示当前温度和湿度。
硬件介绍
温湿度传感器硬件原理图：

实现过程以及代码

初始化GPIO引脚

void SHT10_Config(void)
{
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
	GPIO_InitStruct.Pin = SHT10_SDA_PIN;
	GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
	GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
	GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
	HAL_GPIO_Init(SHT10_SDA_PORT, &GPIO_InitStruct);
	GpioWrite(SHT10_SDA_PORT,SHT10_SDA_PIN,GPIO_PIN_SET);
	GPIO_InitStruct.Pin = SHT10_SCK_PIN;
	GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
	GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
	GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
	HAL_GPIO_Init(SHT10_SCK_PORT, &GPIO_InitStruct);
	GpioWrite(SHT10_SCK_PORT,SHT10_SCK_PIN,GPIO_PIN_SET);
	SHT10_ConReset(); //复位通讯
}

温湿度数据处理

void SHT10_main(void)
{
	uint16_t humi_val, temp_val;
	uint8_t err = 0, checksum = 0;
	float temp_val_real=0.0;
	float humi_val_real=0.0;
	// float dew_point=0.0;
	char tempBuf[12];
	SHT10_Config();
	while(1)
	{
		err += SHT10_Measure(&temp_val, &checksum, TEMP);
		err += SHT10_Measure(&humi_val, &checksum, HUMI);
		if(err != 0)
		{
			SHT10_ConReset();
		}
		else
		{
			SHT10_Calculate(temp_val, humi_val, &temp_val_real, &humi_val_real);
			// dew_point = SHT10_CalcuDewPoint(temp_val_real, humi_val_real);
			sprintf( (void *)tempBuf,"%2.1fC %2.1f%%",temp_val_real, humi_val_real);
			LcdPutString16_8(0,0,(uint8_t*)tempBuf,12,1);
		}
		Delay(1);
	}
}

主函数

int main(void)
{
	/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
	HAL_Init();
	/* Configure the system clock */
	SystemClock_Config();
	/* Initialize all configured peripherals */
	MX_DMA_Init();
	MX_ADC1_Init();
	MX_USART1_UART_Init();
	MX_USART2_UART_Init();
	EnableUartIT();
	printf("LPMD007-LPSENSOR-SDK-V1.00\r\n");
	BoardInitPeriph();
	/* Infinite loop */
	while (1)
	{
	}
}

实验现象

2.3 温度、光敏、蜂鸣器模块实验

实验目的：了解并掌握温度传感器、光敏传感器的采集原理。
实验现象：通过 OLED 液晶屏显示当前温度和光敏 ADC 采集值。
硬件介绍
- 温度传感器电路原理图
- 光敏电阻电路原理图
- 蜂鸣器电路原理图

实现代码