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。
; F4 D( V2 |5 b+ F
5 {6 `) {& x  H# H8 K" _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。
6 E! X4 c& e9 M" i3 @( z+ K& ^6 S
: t1 D7 x" `- w% q) T1 g  ^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。
) S4 w! T. m. b" p0 P7 N" K
02. 硬件模块
用到的硬件资源有：
1） 指示灯 DS0
9 P. b1 M- y: H4 B' x. Y6 i4 \2） TFTLCD 模块
3 _  l5 L0 ]& r# _) U3 d8 |+ c  S3） ADC
4） 光敏传感器



6 A' B0 @; H# \) E* V9 j' mLS1 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。
! X: a$ i; W% v/ e
03. 程序设计
3 V' S5 R/ j" ~9 O. e% {$ s& z- I0 Oadc.h文件

1. //-----------------------------------
   
2. //ADC3通道初始化
   2 [0 \# N4 E$ V7 d
3. void ADC3_Init(void);
   # s- N" N1 S9 R4 c. Y
4. //获取ADC3某个通道的值
   : f% _# C! G. o" O$ P# f
5. u16 Get_Adc3(u8 ch);
   
6. //获取某个通道给定次数采样的平均值
   $ p/ [9 T0 x2 @6 p
7. u16 Get_Adc3_Average(u8 ch, u8 times);

复制代码

3 b! H2 m/ ~0 h3 M8 aadc.c文件
% ^- L* U% A: L- ~' a

1. //-------------------------ADC3------------------------
   
2. //ADC3通道初始化
   
3. void ADC3_Init(void)
   $ e6 }9 q* a5 q; P: n
4. {
   
5.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
   . P. H, i4 y& n5 f' X0 C- Z  t( t9 a/ Y' z$ F
6.         ADC_CommonInitTypeDef ADC_CommonInitStructure;
   
7.         ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
   
8.         
   # m9 G% Z# q& X
9.         //开启GPIO时钟 PA5
   ' X! Q' q% S, H2 y' R+ {, e
10.         RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF, ENABLE);
    
11.         
    3 }! R, W" R. q$ L! G3 |' R! v* x- m
12.         //开启ADC1时钟
    + s4 c2 Q& i6 m3 |2 L; M% R# r8 k
13.         RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC3, ENABLE);        
    5 L- z; a4 ~2 {
14.         
    
15.         //GPIO初始化 初始化为模拟功能
    4 h9 }9 i/ {0 P* d9 Q: h3 k
16.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
    ( ]7 Z) n% v" r7 r: b: ^
17.         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;
    ( Z4 K3 }" i# H; Y7 B# q
18.         GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
    5 I2 g) {5 Y& p
19.         GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure);
    
20.         
    
21.         RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_ADC3,ENABLE);          //ADC1复位
    " @2 i  n/ O4 [5 S
22.         RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_ADC3,DISABLE);        //复位结束        
    8 @( s1 d/ n8 c5 P
23.         
    * b' d. ], m) \! a% K% _
24.         
    
25.         //初始化ADC_CCR寄存器
    
26. 
    & Y% D$ F  |, @" |
27.         ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
    ) a9 q+ K" L8 z' n* x
28.         ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay = ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;
    
29.         ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode = ADC_DMAAccessMode_Disabled;
    9 P4 J$ F0 j; u/ w: S) x
30.         ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div4;
    
31.         ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);
    / ~5 I9 ~9 z( w& r, H7 P4 V* l
32.         
    
33. 
    
34.         //初始化ADC1
    
35.         ADC_InitStructure.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b;
    
36.         ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
    
37.         ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;
    " A9 Y9 h3 @* f1 g* @2 l
38.         ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_None;
    / U2 c1 e# G+ Y9 ?8 g9 b( x
39.         ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
    9 k# T# d! ]9 f6 f. U4 m, ^2 t% N
40.         ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion = 1;
    8 }' U) q; v3 V' u. l
41. 
    
42.         ADC_Init(ADC3, &ADC_InitStructure);
    0 X$ c" W" e8 V% Q) J  X+ b7 o
43. 
    3 m8 V; W9 X4 y6 x$ b
44. 
    
45.         //设置ADC规则组通道 一个序列 采样时间
    + Y# B1 I3 `1 w# c9 K% H# N5 A
46.         //ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_16, 1, ADC_SampleTime_480Cycles);
    
47. 
    
48. 
    5 H3 \7 {5 I. Y2 y
49.         //使能ADC
    
50.         ADC_Cmd(ADC3, ENABLE);
    
51.         
    # F6 c1 e8 W$ t; ]5 D
52. }
    % c! v2 z. e! I( g
53. 
    % v* t5 g4 x8 S0 O5 X; F
54. //获取ADC3某个通道的值
    / T$ w3 p  N; ]( k. q% Y
55. u16 Get_Adc3(u8 ch)
    
56. {
    : R0 n( m& o  _6 a: I
57.         //设置ADC规则组通道 一个序列 采样时间
    
58.         ADC_RegularChannelConfig(ADC3, ch, 1, ADC_SampleTime_480Cycles);
    3 h' }, p* ~% I: {( p& s% ]; m4 l
59.         
    
60.         //开启ADC3的软件转换启动功能
    / n3 |: X1 N1 `9 d* l
61.         ADC_SoftwareStartConv(ADC3);
    ) G8 X+ R0 i! F% l0 j
62.         
    
63.         //等待转换结束
    : Q& q# R- ^5 C0 r* F
64.         while(ADC_GetFlagStatus(ADC3, ADC_FLAG_EOC) == RESET)
    $ w# q) d  a; s9 I. d4 m4 \$ Z) j
65.                 ;
    
66. 
    
67.         //读取ADC的值
    7 h. a8 ^5 a* R+ {, b
68.         return  ADC_GetConversionValue(ADC3);
    9 w3 N$ V8 I) p" o/ g( m; _
69. 
    $ l7 ?& B2 Y% s  Z! [
70. }
    
71. 
    
72. //获取某个通道给定次数采样的平均值
    
73. u16 Get_Adc3_Average(u8 ch, u8 times)
    
74. {
    , v8 q  y: z( z% P
75.         u32 tmp = 0;
    3 ~7 q* A+ f; o5 ?+ X' G# p; _! [
76.         u8 i = 0;
    * q2 C0 ]) a2 H9 t, Z8 F! R' }. f! y
77.         
    
78.         for (i = 0; i < times; i++)
    5 r: H. Z* P% g4 _, o, @
79.         {
    0 a2 s& L0 G# E6 |5 x
80.                 tmp += Get_Adc3(ch);
    
81.                 delay_ms(5);
    
82.         
    
83.         }
    ) B1 d- I( h" j$ X4 a5 \
84.         
    7 f, l& y' g) R- y" @/ r( }
85.         //得到平均值
    : @4 o! \7 H. T1 ?4 n4 g! F7 U
86.         tmp /= times;
    
87.         
    
88.         if (tmp > 4000)
    $ t( c: e  |* ]1 V/ R) d
89.         {
    
90.                 tmp = 4000;
    
91.         }
    $ R9 h9 D( _7 }) c" q. i
92.         
    
93.         
    7 N1 B7 t8 p' q; x7 y1 O0 ]
94.         return (u16)(100 - (tmp / 40));
    
95. }

复制代码

6 T  B3 ]1 q7 Y& U; Nmain.c文件
% V: _' I7 K5 i/ U/ j

1. #include "sys.h"
   
2. #include "delay.h"
   
3. #include "usart.h"
   
4. #include "led.h"
   - K/ L- e- R1 V3 g
5. #include "beep.h"
   0 L+ }3 {& Q: c
6. #include "key.h"
   2 l( V5 b0 N+ e* N8 Q0 }9 a
7. #include "usmart.h"
   1 U+ u/ }. J5 V4 B( [2 v, G: x( j
8. #include "lcd.h"
   , o3 f. E, D& C5 a* c
9. #include "rtc.h"
   - L+ G! a4 {* D
10. #include "rng.h"
    
11. #include "key.h"
    
12. #include "wkup.h"
    7 a7 ]" Q* A9 o9 ]& `$ ?( h3 j
13. #include "adc.h"
    
14. 
    
15. int main(void)
    - S: G7 d5 Q% A
16. {
    1 x$ p; \0 h) j' m
17.         //u16 value = 0;
    9 n& m) U1 y/ {0 Q4 \3 I: u8 c8 o
18.         
    4 P* O: H* l4 v$ @5 T/ ^
19.         u16 temp = 0;
    0 |2 `1 H5 t4 M9 c  z. r# D! _
20. 
    
21.         NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置系统中断优先级分组2
    
22.         
    , B' k. F- N9 ?1 t
23.         delay_init(168);
    + \- v7 I5 p+ N" w
24.         
    
25.         uart_init(115200);
    
26.         
    8 k4 I8 f) c' S# F$ \. V( R
27.         //usmart_dev.init(84);
    
28. 
    
29.         
      p# o% Y- [( P) ^0 h: L, l6 ]
30.         LED_Init();
    
31.         
    
32.         
    
33.         LCD_Init();
    
34. 
    
35.         ADC3_Init();
    0 `( Y+ N0 \9 ^" ]& Y7 Q8 s  [
36.         
    
37.                
    
38.         POINT_COLOR = RED;
    / ~; v! R0 q! p2 O, D7 W( b- X
39.         
    
40.         LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"Explorer STM32F4");        
    
41.         LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"LSENS TEST");        
    
42.         LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"ATOM@tom");
    
43.         LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2020/09/15");         
    , u7 ]  O) w0 ], u* ?+ D
44.         
    ) U3 |9 L. Q6 O2 K/ P2 E9 g
45.         //设置字体为蓝色
    
46.         POINT_COLOR = BLUE;
    
47.         LCD_ShowString(30,140,200,16,16,"LSENS VAL:");         
    0 V9 Z  @* B9 _6 L' |1 L
48.                
    " d- P7 Y6 r1 E
49.         while(1)
    
50.         {
    7 [, y) S6 P" e' k3 [8 p- v
51.                 //得到温度值
    , N: E" i/ a# I+ H& M. V; Q* _
52.                 temp = Get_Adc3_Average(ADC_Channel_5, 10);
    - T: L) V- ]3 r+ I
53.                
    2 e) d# M0 g( e6 h: z- H' S
54.                
    
55.                 LCD_ShowxNum(30+10*8,130,temp,3,16,0);//显示ADC的值
    
56. 
    1 ?2 B* M6 a- \6 y. t
57.                 printf("Light: %d\r\n", temp);
    6 h" f0 c" Z. V/ |
58.                
    # m' _+ X2 a2 o" F  n9 {/ I6 q
59.                 LED1 = !LED1;
    
60.                
    
61.                 delay_ms(250);
    
62.         }
    
63. }
    

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! o0 X' |& `- e  {) R9 S0 j; [04. 结果验证
) M) Q. ~" h0 y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。
. i) H' x0 [! @& Q4 X  ~% e