如何利用STM32的USART2串口采集CO2传感器数据呢

本文主要记录利用STM32的USART2串口采集CO2传感器数据，并通过USART1串口利用串口调试助手显示CO2数值。
一、实验器材
正点原子STM32MINI开发板，炜盛科技CO2（MH-Z19C）传感器。
二、硬件连接
STM32的USART1（PA9-TX，PA10-RX）通过CH340芯片与电脑连接，USART2的接收端PA3-RX连接MH-Z19C的发送端TX，USART2的发送端PA2-TX连接MH-Z19C的接收端RX。尤其注意你所使用的串口与其他功能不冲突，若冲突会导致串口接收数据错误。
三、CO2传感器控制原理
首先通过STM32主控芯片向Sensor发送读取气体浓度指令：FF 01 86 00 00 00 00 00 79，
传感器接收到指令后返回值为：FF 86 HIGH LOW — — — — 校验和。
USART2中断函数主要负责传感器返回数据的存储与处理。
四、USART2.C程序
#include "sys.h"
#include "usart.h"   
//  
//如果使用ucos,则包括下面的头文件即可.
#if SYSTEM_SUPPORT_OS
#include "includes.h" //ucos 使用   
#endif


//加入以下代码,支持printf函数,而不需要选择use MicroLIB   
#if 1
#pragma import(__use_no_semihosting)            
//标准库需要的支持函数                 
struct __FILE
{
int handle;


};


FILE __stdout;      
//定义_sys_exit()以避免使用半主机模式   
void _sys_exit(int x)
{
x = x;
}
//重定义fputc函数
int fputc(int ch, FILE *f)
{      
while(((USART1->SR&0X40)==0)|((USART2->SR&0X40)==0));//循环发送,直到发送完毕   
    USART1->DR = (u8) ch;  
USART2->DR = (u8) ch;        
return ch;
}
#endif


#if EN_USART1_RX| EN_USART2_RX|EN_UART5_RX  //如果使能了接收
//串口1中断服务程序
//注意,读取USARTx->SR能避免莫名其妙的错误   
u8 USART_RX_BUF[USART_REC_LEN];     //接收缓冲,最大USART_REC_LEN个字节.
//接收状态
//bit15， 接收完成标志
//bit14， 接收到0x0d
//bit13~0， 接收到的有效字节数目
u16 USART_RX_STA=0;       //接收状态标记
u16 PM25;
u16 CO2;


  
void uart_init(u32 bound)   //初始化串口1和串口2，函数的参数是波特率
{


GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;


//串口1设置
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //使能USART1，GPIOA时钟


    //USART1_TX   GPIOA.9
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9; //PA.9
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;   //复用推挽输出
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.9


//USART1_RX     GPIOA.10初始化
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;//PA10
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.10  


//Usart1 NVIC 配置
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3 ;//抢占优先级3
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;      //子优先级3
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;         //IRQ通道使能
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据指定的参数初始化VIC寄存器


//USART 初始化设置
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//串口波特率
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字长为8位数据格式
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一个停止位
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无奇偶校验位
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //收发模式
USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); //初始化串口1
USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启串口接受中断
USART_Cmd(USART1, ENABLE);                    //使能串口1
  


串口2设置--用于USART2采集炜盛PM2.5（ZH03B）传感器
//RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2,ENABLE);   //使能USART2，
//RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);   //使能GPIOA时钟




// //USART2_TX   GPIOA.2
// GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2; //PA.2
// GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
// GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;   //复用推挽输出
// GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.2


// //USART2_RX     GPIOA.3初始化
// GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;//PA.3
// GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
// GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.3  


// //Usart2 NVIC 配置
// NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART2_IRQn;
// NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3 ;//抢占优先级3
// NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;      //子优先级3
// NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;         //IRQ通道使能
// NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据指定的参数初始化VIC寄存器


// //USART 初始化设置
// USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//串口波特率
// USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字长为8位数据格式
// USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一个停止位
// USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无奇偶校验位
// USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制
// USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //收发模式


// USART_Init(USART2, &USART_InitStructure); //初始化串口2
// USART_ITConfig(USART2, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启串口接受中断
// USART_Cmd(USART2, ENABLE);                    //使能串口2


//串口2设置--用于USART2采集炜盛MH-Z19C二氧化碳传感器(我用的正点原子STM32MINI开发板，其他串口被占用)
RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_USART2,ENABLE);   //使能USART2，
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);   //使能GPIOA时钟


//USART2_TX   GPIOA.2
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2; //PA.2
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;   //复用推挽输出
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.2


//USART2_RX     GPIOA.3初始化
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_3;//PA.3
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;//浮空输入
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);//初始化GPIOA.3  


//Usart2 NVIC 配置
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART2_IRQn;
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3 ;//抢占优先级3
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 3;      //子优先级3
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;         //IRQ通道使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure); //根据指定的参数初始化VIC寄存器


//USART 初始化设置
USART_InitStructure.USART_BaudRate = bound;//串口波特率
USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;//字长为8位数据格式
USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;//一个停止位
USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;//无奇偶校验位
USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;//无硬件数据流控制
USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx; //收发模式


USART_Init(USART2, &USART_InitStructure); //初始化串口2
USART_ITConfig(USART2, USART_IT_RXNE, ENABLE);//开启串口接受中断
USART_Cmd(USART2, ENABLE);                    //使能串口2
}

void USART1_IRQHandler(void)   //串口1中断服务程序
{
u8 Res;
#if SYSTEM_SUPPORT_OS  //如果SYSTEM_SUPPORT_OS为真，则需要支持OS.
OSIntEnter();   
#endif
if(USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) != RESET)  //接收中断(接收到的数据必须是0x0d 0x0a结尾)
{
Res =USART_ReceiveData(USART1); //读取接收到的数据


if((USART_RX_STA&0x8000)==0)//接收未完成
{
if(USART_RX_STA&0x4000)//接收到了0x0d
{
if(Res!=0x0a)USART_RX_STA=0;//接收错误,重新开始
else USART_RX_STA|=0x8000; //接收完成了
}
else //还没收到0X0D
{
if(Res==0x0d)USART_RX_STA|=0x4000;
else
{
USART_RX_BUF[USART_RX_STA&0X3FFF]=Res ;
USART_RX_STA++;
if(USART_RX_STA>(USART_REC_LEN-1))USART_RX_STA=0;//接收数据错误,重新开始接收   
}
}
}   
     }
#if SYSTEM_SUPPORT_OS  //如果SYSTEM_SUPPORT_OS为真，则需要支持OS.
OSIntExit();   
#endif
}


//该段代码作用是采集并处理炜盛PM2.5（ZH03B）传感器数据


//void USART2_IRQHandler(void)                    //串口2中断服务程序
//    {
//    u8 Res;
//
//#if SYSTEM_SUPPORT_OS  //如果SYSTEM_SUPPORT_OS为真，则需要支持OS.
// OSIntEnter();   
//#endif
//    static char start=0;
//    if(USART_GetITStatus(USART2, USART_IT_RXNE) != RESET)  //接收中断
//        {


//            Res =USART_ReceiveData(USART2); //读取接收到的数据
//            //USART_SendData(USART1,Res);
//            if(Res == 0x42) //如果接收的第一位数据是0X42（这个是查看传感器的手册得知的）
//            {
//                USART_RX_STA = 0;     //让数组索引值从0开始
//                start = 1;  //这个变量是来确定第二位是否接收到了0X4D（这个也是查看传感器的手册得知的）
//            }


//            if(start == 1)
//            {
//                USART_RX_BUF[USART_RX_STA] = Res ; //把接收到的数据存到数组里面
//                USART_RX_STA++;
//                if(USART_RX_STA >= 24 && (USART_RX_BUF[1]==0x4d))
//                    {
//                        //USART_SendData(USART1,USART_RX_BUF[12]*256+USART_RX_BUF[13]);
// PM25=USART_RX_BUF[12]*256+USART_RX_BUF[13];
//                        printf("PM2.5:%dn",PM25);
//                        start  = 0;
//                        USART_RX_STA=0;//重新开始接收   
//                        USART_RX_BUF[0] = 0;
//                    }
//                }                  
//        }
//
//#if SYSTEM_SUPPORT_OS  //如果SYSTEM_SUPPORT_OS为真，则需要支持OS.
// OSIntExit();   
//#endif
//




//  }


//该段代码作用是采集并处理炜盛MH-Z19C二氧化碳传感器数据


void USART2_IRQHandler(void)                    //串口2中断服务程序
    {
    u8 Res;


#if SYSTEM_SUPPORT_OS  //如果SYSTEM_SUPPORT_OS为真，则需要支持OS.
OSIntEnter();   
#endif
    static char start=0;
    if(USART_GetITStatus(USART2, USART_IT_RXNE) != RESET)  //接收中断
        {


            Res =USART_ReceiveData(USART2); //读取接收到的数据
            //USART_SendData(USART1,Res);
            if(Res == 0xFF) //如果接收的第一位数据是0XFF（这个是查看传感器的手册得知的）
            {
                USART_RX_STA = 0;     //让数组索引值从0开始
                start = 1;  //这个变量是来确定第二位是否接收到了0X86（这个也是查看传感器的手册得知的）
            }


            if(start == 1)
            {
                USART_RX_BUF[USART_RX_STA] = Res ; //把接收到的数据存到数组里面
                USART_RX_STA++;
                if(USART_RX_STA >= 9 && (USART_RX_BUF[1]==0x86))
                    {
                        //USART_SendData(USART1,USART_RX_BUF[12]*256+USART_RX_BUF[13]);
CO2=USART_RX_BUF[2]*256+USART_RX_BUF[3];
                        printf("CO2:%dppmn",CO2);
                        start  = 0;
                        USART_RX_STA=0;//重新开始接收   
                        USART_RX_BUF[0] = 0;
                    }
                }                  
        }


#if SYSTEM_SUPPORT_OS  //如果SYSTEM_SUPPORT_OS为真，则需要支持OS.
OSIntExit();   
#endif
  }


#endif
  
五 USART2.h程序


#ifndef __USART_H
#define __USART_H
#include "stdio.h"
#include "sys.h"


#define USART_REC_LEN   200   //定义最大接收字节数 200
#define EN_USART1_RX  1 //使能（1）/禁止（0）串口1接收
#define EN_USART2_RX  1 //使能（1）/禁止（0）串口2接收
   
extern u8  USART_RX_BUF[USART_REC_LEN]; //接收缓冲,最大USART_REC_LEN个字节.末字节为换行符
extern u16 USART_RX_STA; //接收状态标记


//如果想串口中断接收，请不要注释以下宏定义
void uart_init(u32 bound);
#endif


六 CO2.c程序


```c
#include "CO2.h"
//发送读取指令
//const u16  CO2_SPAN_SET[9]={0xFF,0x01,0x99,0x00,0x00,0x00,0x13,0x88,0x8F};//此处为设置CO2量程，参考MH-Z19B数据手册，而MH-Z19C手册里并没有设置量程的指令，该处代码慎用。
const u16  CO2_WORK_CMD[9]={0xFF,0x01,0x86,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x79};


//void CO2_SPAN(void)
//{
// int i;
//  for(i = 0; i < 9; i++)
//   {
// USART_ClearFlag(USART2,USART_FLAG_TC);
// USART_SendData(USART2,CO2_SPAN_SET);  
// while(USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TC)==RESET);  
//   }
//
//}
void CO2_WORK(void)
{
int i;
  for(i = 0; i < 9; i++)
   {
USART_ClearFlag(USART2,USART_FLAG_TC);
USART_SendData(USART2,CO2_WORK_CMD);  
while(USART_GetFlagStatus(USART2, USART_FLAG_TC)==RESET);  
   }


}


七、CO2.h程序、


```c
#ifndef __CO2_H
#define __CO2_H


#include "stdio.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"


//extern void CO2_SPAN(void);
extern void CO2_WORK(void);


#endif


八、main.c程序（功能：当检测到CO2＞1500ppm时，LED1点亮，否则LED1熄灭，LED0只是个闪烁灯而已）


```c
#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "stdio.h"
#include "CO2.h"
extern u16 CO2;
int main(void)
{
delay_init();       //延时函数初始化
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);// 设置中断优先级分组2
uart_init(9600);   //串口初始化为9600
LED_Init();    //初始化与LED连接的硬件接口
while(1)
{
// CO2_SPAN();
CO2_WORK();
if(CO2>1500)
{
LED1=0;
}
else
{
LED1=1;
}
LED0=!LED0;
delay_ms(250);
}     
}
九、实验结果