如何通过ADC读取电压值判断外部光线的强弱？

  01. 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。
  02. 硬件模块

  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
  
  

  

  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。
  03. 程序设计

程序设计
adc.h文件


//-----------------------------------
//ADC3通道初始化
void ADC3_Init(void);
//获取ADC3某个通道的值
u16 Get_Adc3(u8 ch);
//获取某个通道给定次数采样的平均值
u16 Get_Adc3_Average(u8 ch, u8 times);


adc.c文件


//-------------------------ADC3------------------------
//ADC3通道初始化
void ADC3_Init(void)
{
        GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
        ADC_CommonInitTypeDef ADC_CommonInitStructure;
        ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
       
        //开启GPIO时钟 PA5
        RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF, ENABLE);
       
        //开启ADC1时钟
        RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC3, ENABLE);       
       
        //GPIO初始化 初始化为模拟功能
        GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
        GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;
        GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
        GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure);
       
        RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_ADC3,ENABLE);          //ADC1复位
        RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_ADC3,DISABLE);        //复位结束       
       
       
        //初始化ADC_CCR寄存器


        ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
        ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay = ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;
        ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode = ADC_DMAAccessMode_Disabled;
        ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div4;
        ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);
       


        //初始化ADC1
        ADC_InitStructure.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b;
        ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
        ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;
        ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_None;
        ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
        ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion = 1;


        ADC_Init(ADC3, &ADC_InitStructure);




        //设置ADC规则组通道 一个序列 采样时间
        //ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_16, 1, ADC_SampleTime_480Cycles);




        //使能ADC
        ADC_Cmd(ADC3, ENABLE);
       
}


//获取ADC3某个通道的值
u16 Get_Adc3(u8 ch)
{
        //设置ADC规则组通道 一个序列 采样时间
        ADC_RegularChannelConfig(ADC3, ch, 1, ADC_SampleTime_480Cycles);
       
        //开启ADC3的软件转换启动功能
        ADC_SoftwareStartConv(ADC3);
       
        //等待转换结束
        while(ADC_GetFlagStatus(ADC3, ADC_FLAG_EOC) == RESET)
                ;


        //读取ADC的值
        return  ADC_GetConversionValue(ADC3);


}


//获取某个通道给定次数采样的平均值
u16 Get_Adc3_Average(u8 ch, u8 times)
{
        u32 tmp = 0;
        u8 i = 0;
       
        for (i = 0; i < times; i++)
        {
                tmp += Get_Adc3(ch);
                delay_ms(5);
       
        }
       
        //得到平均值
        tmp /= times;
       
        if (tmp > 4000)
        {
                tmp = 4000;
        }
       
       
        return (u16)(100 - (tmp / 40));
}


main.c文件


#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "led.h"
#include "beep.h"
#include "key.h"
#include "usmart.h"
#include "lcd.h"
#include "rtc.h"
#include "rng.h"
#include "key.h"
#include "wkup.h"
#include "adc.h"


int main(void)
{
        //u16 value = 0;
       
        u16 temp = 0;


        NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组2
       
        delay_init(168);
       
        uart_init(115200);
       
        //usmart_dev.init(84);


       
        LED_Init();
       
       
        LCD_Init();


        ADC3_Init();
       
               
        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@tom");
        LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2020/09/15");         
       
        //设置字体为蓝色
        POINT_COLOR = BLUE;
        LCD_ShowString(30,140,200,16,16,"LSENS VAL:");         
               
        while(1)
        {
                //得到温度值
                temp = Get_Adc3_Average(ADC_Channel_5, 10);
               
               
                LCD_ShowxNum(30+10*8,130,temp,3,16,0);//显示ADC的值


                printf("Light: %drn", temp);
               
                LED1 = !LED1;
               
                delay_ms(250);
        }
}


04. 结果验证

  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。