WiFi语音智能家居控制系统（二）

news/2024/11/26 6:48:38/

文章目录

  • 前言
  • 一、ADC转换
    • 1.介绍
    • 2.实现
  • 二、光敏电阻
    • 1.模块介绍
    • 2.功能实现
  • 二、MQ系列气体传感器
    • 1.模块介绍
    • 2.功能实现
  • 三、 DHT11温湿度传感器
  • 四、 主函数实现
  • 总结

前言

这部分主要介绍系统的采集端组成，这里有用到几种传感器，DHT11温湿度传感器，MQ系列气体采集传感器，光敏电阻（用来测量光照强度的），主要用来监测家庭居住环境的相关环境参数。

一、ADC转换

1.介绍

  • AD转换是把离散的模拟量转换为数字量的过程，其原理就是使用单片机的高频率和时钟来采样x轴的点样，根据电压的变化使用曲线函数来获取y轴数字值的过程，我们叫做AD转换。

  • ADC模块读到的数据是12位的数据，STM32读到的ADC值，是从0到4095（111111111111）。当把ADC引脚接了GND，读到的就是0；当把ADC引脚接了VCC，读到的就是4095。单片机在进行AD转换前需要先设置一个参考电压。假如把参考电压设置为5V，5V=4095，0V=0；根据这样的关系，就可以把模拟电压进行数字化了。比如：2V=2/5*4095=1638

  • STM32将 ADC 的转换分为 2 个通道组：规则通道组和注入通道组。规则通道相当于你正常运行的程序，而注入通道呢，就相当于中断。在你程序正常执行的时候，中断是可以打断你的执行的。同这个类似，注入通道的转换可以打断规则通道的转换， 在注入通道被转换完成之后，规则通道才得以继续转换。
    下面是ADC通道所使用的引脚：
    在这里插入图片描述

2.实现

用ADC1的通道采集外部电压值

  1. 开启PA口时钟和ADC1时钟，设置PA1为模拟输入。调用函数：GPIO_Init()；APB2PeriphClockCmd()；
  2. 复位ADC1，同时设置ADC1分频因子。调用函数：ADC_DeInit(ADC1)；RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6)；
  3. 初始化ADC1参数，设置ADC1的工作模式以及规则序列的相关信息。调用函数：void ADC_Init()；
  4. 使能ADC并校准。调用函数：ADC_Cmd()；
  5. 配置规则通道参数。调用函数：ADC_RegularChannelConfig()；
  6. 开启软件转换：ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1)；
  7. 等待转换完成，读取ADC值。调用函数：ADC_GetConversionValue(ADC1)。
/**************************************************************************
函数名：   ADC1_Init(void)  
函数功能：ADC初始化函数
入口参数：无
返回  值：无
**************************************************************************/
//初始化ADC
void ADC1_Init(void)  
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;ADC_InitTypeDef  ADC_InitStructure;/* 1.时钟配置 */	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);//开启PA口的时钟RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1,ENABLE);//开启ADC1的时钟RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);  配置ADC时钟为PCLK2的分频因子6,72M/6=12,ADC最大时间不能超过14M/* 2.GPIO配置 */	//用作ADC采集的IO必须没有复用，否则采集电压会有影响GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_4|GPIO_Pin_5|GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_AIN; // 模拟输入                  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);     /* 3.ADC配置 */
//	ADC_DeInit(ADC1);  //复位ADC1  //将外设 ADC1 的全部寄存器重设为缺省值ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; // 只使用一个ADC，属于独立模式ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE; //非扫描模式,多通道才要，单通道不需要ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE; //单次转换模式ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; //软件触发转换ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;  转换结果右对齐ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;	// 转换通道1个ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStructure); //初始化ADC1//ADC_TempSensorVrefintCmd(ENABLE); //开启内部温度传感器ADC_Cmd(ADC1,ENABLE); // 开启ADC1 ，并开始转换ADC_ResetCalibration(ADC1);	//使能复位校准while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));//等待复位校准结束ADC_StartCalibration(ADC1);	//开启AD校准while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));//等待校准结束}
//获取某个通道的值
u16 get_Adc_Value(u8 ch)//通道一采样值  光照强度ADC_Channel_4
{		//ADC转换器                   通道号    采样顺序   采样时间ADC_RegularChannelConfig(ADC1,ch,1,ADC_SampleTime_239Cycles5);	// 配置 ADC 通道转换顺序和采样时间,ADC1,ADC通道1，采样时间为239.5个周期  ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE);		//使能指定的ADC的软件转换功能，我们的是ADC1	while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC));		//检测软件转换是否完成return ADC_GetConversionValue(ADC1);				//返回最后一次读到的AD值。最近一次规则组的转换结果
}

对于读取的模拟量肯定要进行滤波，不然模拟量变化过快无法使用。滤波的作用就是减少噪声与干扰对数据测量的影响。中值滤波的思路就是取一段时间内读取到的数据中间值，可以有效的消去异常值。

//中值平均滤波
#define N 20 //采样个数u16 ADC1_ReadData(u8 ch)
{u16 sum=0;u16 ADC1_ValueBuf[N];for(u8 i=0;i<N;i++){ADC1_ValueBuf[i] = get_Adc_Value(ch);}//从小到大排列（冒泡法）for(u8 j=0;j<N-1;j++) // 趟数 {for(u8 i=0;i<N-1-j;i++) // 一趟比较的次数 {if(ADC1_ValueBuf[i]>ADC1_ValueBuf[i+1]) // 把最大值往后放 {//交换 u16 temp;temp = ADC1_ValueBuf[i];ADC1_ValueBuf[i] = ADC1_ValueBuf[i+1];ADC1_ValueBuf[i+1] = temp;}}}for(u8 i=2;i<N-2;i++) // 去掉最低两位与最高两位{sum+=ADC1_ValueBuf[i];}return sum/(N-4); // 求平均值
}//获取某个通道给定次数采样平均值
u16 ADC_Get_Average(u8 ch,u8 times)
{u32 temp_val=0;u8 t;for(t=0;t<times;t++){temp_val+=get_Adc_Value(ch);delay_ms(5);}return temp_val/times;//得到平均值
}

二、光敏电阻

1.模块介绍

光敏电阻模块的原理图
原理图
光敏电阻内部就是一个PN结，光的强弱会引起其导通的变化，从而会引起电流的变化；电路设计方面，主要是利用电流的变化，然后在串联一个电阻，就可以转换成电压的变化，然后在利用ADC来采集电压的变化进行处理。同时光线与电压值成反比。

2.功能实现

//读取光照  0~100 0：最暗;100：最亮;
u16 Light_Data(void)//光照  
{u16 ad;
//	ad=ADC_Get_Average(ADC_Channel_4,20);ad=ADC1_ReadData(4);ad=(4095-ad)*100/4095;return ad;
}

二、MQ系列气体传感器

1.模块介绍

MQ2是MQ传感器系列中最常用的气体传感器之一。它是一种金属氧化物半导体（MOS）型气体传感器，也称为化学传感器，因为检测是基于当气体与材料接触时感测材料的电阻变化。使用简单的分压器网络，可以检测到气体浓度。
这里用到的是MQ2烟雾传感器，MQ7一氧化碳传感器，MQ135空气质量传感器。在这里插入图片描述

2.功能实现

u16 MQ7_Data(void)//一氧化碳
{u16 ad;ad=ADC_Get_Average(ADC_Channel_5,20); ad=ad*3.3/4095;return ad;
}u16 MQ135_Data(void)//空气质量
{u16 ad;float volt;ad =	ADC_Get_Average(ADC_Channel_6,20);volt = ad*3.3/4095;ad = pow((3.4880*10*volt)/(5-volt),(1.0/0.3203));return ad;
}u16 MQ2_Data(void)//烟雾  //丁烷300-5000ppm 
{u16 ad;ad=ADC_Get_Average(ADC_Channel_7,20); 
//	ad=ADC1_ReadData(7);ad=ad*3.3/4095;return ad;
}

三、 DHT11温湿度传感器

/** 一次完整的数据传输为40bit，高位先出* 8bit 湿度整数 + 8bit 湿度小数 + 8bit 温度整数 + 8bit 温度小数 + 8bit 校验和 */
uint8_t DHT11_Read_TempAndHumidity(DHT11_Data_TypeDef *DHT11_Data)
{  /*输出模式*/DHT11_Mode_Out_PP();/*主机拉低*/DHT11_Dout_0;/*延时18ms*/delay_ms(18);/*总线拉高 主机延时30us*/DHT11_Dout_1; delay_us(30);   //延时30us/*主机设为输入 判断从机响应信号*/ DHT11_Mode_IPU();/*判断从机是否有低电平响应信号 如不响应则跳出，响应则向下运行*/   if(DHT11_Dout_IN()==Bit_RESET)     {/*轮询直到从机发出 的80us 低电平 响应信号结束*/  while(DHT11_Dout_IN()==Bit_RESET);/*轮询直到从机发出的 80us 高电平 标置信号结束*/while(DHT11_Dout_IN()==Bit_SET);/*开始接收数据*/   DHT11_Data->humi_int= DHT11_ReadByte();DHT11_Data->humi_deci= DHT11_ReadByte();DHT11_Data->temp_int= DHT11_ReadByte();DHT11_Data->temp_deci= DHT11_ReadByte();DHT11_Data->check_sum= DHT11_ReadByte();/*读取结束，引脚改为输出模式*/DHT11_Mode_Out_PP();/*主机拉高*/DHT11_Dout_1;/*检查读取的数据是否正确*/if(DHT11_Data->check_sum == DHT11_Data->humi_int + DHT11_Data->humi_deci + DHT11_Data->temp_int+ DHT11_Data->temp_deci)return SUCCESS;else return ERROR;}elsereturn ERROR;}

四、 主函数实现

u8 buff[30];//参数显示缓存数组
DHT11_Data_TypeDef Dht_Data;	//温湿度
u16 light, mq2, mq7, mq135;//光照、烟雾、CO、空气ADC1_Init(); 			//ADC初始化
DHT11_Init();  //初始化DTT11 
/*************************************************************
*	函数名称：	Get_Data()
*
*	函数功能：	获取传感器数据
*
*	入口参数：	无
*
*	返回参数：	无
*************************************************************/
void Get_Data(void)//获取传感器数据
{DHT11_Read_TempAndHumidity(&Dht_Data);light  = Light_Data();mq2  = MQ2_Data();mq7  = MQ7_Data();mq135 = MQ135_Data();
}

总结

就是对采集端所使用的传感器做一个简单的说明，为以后的系统整合做准备。


http://www.ppmy.cn/news/288833.html

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