「ALIENTEK 探索者 STM32F407 开发板资料连载」第二十五章 光敏传感器实验

1）实验平台：alientek 阿波罗 STM32F767 开发板
2）摘自《STM32F7 开发指南(HAL 库版)》关注官方微信号公众号，获取更多资料：正点原子


第二十五章 光敏传感器实验
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 HAL 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_hal_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_Initure;

__HAL_RCC_GPIOF_CLK_ENABLE();

//开启 GPIOF 时钟

GPIO_Initure.Pin=GPIO_PIN_7;

//PF7

GPIO_Initure.Mode=GPIO_MODE_ANALOG; //模拟

GPIO_Initure.Pull=GPIO_NOPULL;

//不带上下拉

HAL_GPIO_Init(GPIOF,&GPIO_Initure);

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;ttiMES;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：
ADC_HandleTypeDef ADC3_Handler;//ADC 句柄

//初始化 ADC

//ch: ADC_channels

//通道值 0~16 取值范围为：ADC_CHANNEL_0~ADC_CHANNEL_16

void Adc3_Init(void)

{

ADC3_Handler.Instance=ADC3;

ADC3_Handler.Init.ClockPrescaler=ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4;

//4 分频，ADCCLK=PCLK2/4=84/4=21MHZ

ADC3_Handler.Init.Resolution=ADC_RESOLUTION_12B;

//12 位模式

ADC3_Handler.Init.DataAlign=ADC_DATAALIGN_RIGHT; //右对齐

ADC3_Handler.Init.ScanConvMode=DISABLE;

//非扫描模式

ADC3_Handler.Init.EOCSelection=DISABLE;

//关闭 EOC 中断

ADC3_Handler.Init.ContinuousConvMode=DISABLE;

//关闭连续转换

ADC3_Handler.Init.NbrOfConversion=1;

//1 个转换在规则序列中 也就是只转换规则序列 1

ADC3_Handler.Init.DiscontinuousConvMode=DISABLE; //禁止不连续采样模式

ADC3_Handler.Init.NbrOfDiscConversion=0; //不连续采样通道数为 0

ADC3_Handler.Init.ExternalTrigConv=ADC_SOFTWARE_START; //软件触发

ADC3_Handler.Init.ExternalTrigConvEdge=

ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE;//使用软件触发

ADC3_Handler.Init.DMAContinuousRequests=DISABLE; //关闭 DMA 请求

HAL_ADC_Init(&ADC3_Handler); //初始化

}

//ADC 底层驱动，引脚配置，时钟使能

//此函数会被 HAL_ADC_Init()调用

//hadc:ADC 句柄

void HAL_ADC_MspInit(ADC_HandleTypeDef* hadc)

{

__HAL_RCC_ADC3_CLK_ENABLE(); //使能 ADC3 时钟

}

//获得 ADC 值

//ch: 通道值 0~16，取值范围为：ADC_CHANNEL_0~ADC_CHANNEL_16

//返回值:转换结果

u16 Get_Adc3(u32 ch)

{

ADC_ChannelConfTypeDef ADC1_ChanConf;

ADC1_ChanConf.Channel=ch; //通道

ADC1_ChanConf.Rank=1; //1 个序列

ADC1_ChanConf.SamplingTime=ADC_SAMPLETIME_480CYCLES; //采样时间

ADC1_ChanConf.Offset=0;

HAL_ADC_ConfigChannel(&ADC3_Handler,&ADC1_ChanConf); //通道配置

HAL_ADC_Start(&ADC3_Handler); //开启 ADC

HAL_ADC_PollForConversion(&ADC3_Handler,10); //轮询转换

return (u16)HAL_ADC_GetValue(&ADC3_Handler);

//返回最近一次 ADC1 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;

HAL_Init(); //初始化 HAL 库

Stm32_Clock_Init(336,8,2,7); //设置时钟,168Mhz

delay_init(168); //初始化延时函数

uart_init(115200); //初始化 USART

usmart_dev.init(84);

//初始化 USMART

LED_Init();

//初始化 LED

KEY_Init();

//初始化 KEY

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。