光敏感測器介紹

光敏感測器是最常見的感測器之一，它的種類繁多，主要有：光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏三極體、太陽能電池、紅外線感測器、紫外線感測器、光纖式光電感測器、色彩感測器、 CCD 和 CMOS 影象感測器等。光感測器是目前產量最多、應用最廣的感測器之一，它在自動控制和非電量電測技術中佔有非常重要的地位。
光敏感測器是利用光敏元件將光訊號轉換為電訊號的感測器，它的敏感波長在可見光波長附近，包括紅外線波長和紫外線波長。光感測器不只侷限於對光的探測，它還可以作為探測元件組成其他感測器，對許多非電量進行檢測，只要將這些非電量轉換為光訊號的變化即可。

光敏二極體也叫光電二極體。光敏二極體與半導體二極體在結構上是類似的,其管芯是一個具有光敏特徵的 PN 結，具有單向導電性，因此工作時需加上反向電壓。無光照時，有很小的飽和反向漏電流，即暗電流，此時光敏二極體截止。當受到光照時,飽和反向漏電流大大增加，形成光電流,它隨入射光強度的變化而變化。當光線照射 PN 結時，可以使 PN 結中產生電子一空穴對，使少數載流子的密度增加。

照射光敏二極體的光強不同，通過光敏二極體的電流大小就不同，所以可以通過檢測電流大小，達到檢測光強的目的。
利用這個電流變化，我們串接一個電阻，就可以轉換成電壓的變化，從而通過 ADC 讀取電壓值，判斷外部光線的強弱。
我們利用 ADC3 的通道 5（ PF7）來讀取光敏二極體電壓的變化，從而得到環境光線的變化，並將得到的光線強度，顯示在 TFTLCD 上面。

2.硬體設計

 圖中， LS1 是光敏二極體（實物在開發板攝像頭介面右側）， R58 為其提供反向電壓，當環境光線變化時， LS1 兩端的電壓也會隨之改變，從而通過 ADC3_IN5 通道，讀取LIGHT_SENSOR（ PF7）上面的電壓，即可得到環境光線的強弱。光線越強，電壓越低，光線越暗，電壓越高。

3.軟體設計
在韌體庫檔案中，我們添加了adc 相關的庫函式檔案 stm32f4xx_adc.c 和對應標頭檔案的支援。同時，我們在 HARDWARE分組下新建了 adc3.c 和 lsens.c 原始檔，以及包含了它們對應的標頭檔案。因為本實驗我們主要是使用 ADC3 去測量關敏二極體的電壓變化，所以大部分知識我們在前面 ADC 實驗部分都有所講解，這裡我們就略帶而過。  lsens.c，程式碼如下：

lsens.c

#include "lsens.h"
#include "delay.h"

//初始化光敏感測器
void Lsens_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOF, ENABLE);//使能 GPIOF 時鐘
//先初始化 ADC3 通道 7IO 口
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;//PA7 通道 7
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;//模擬輸入
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL ;//不帶上下拉
GPIO_Init(GPIOF, &GPIO_InitStructure);//初始化
Adc3_Init();//初始化 ADC3
}
//讀取 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;t<LSENS_READ_TIMES;t++)

{
temp_val+=Get_Adc3(ADC_Channel_5); //讀取 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));
}
這裡就 2 個函式，其中： Lsens_Init 用於初始化光敏感測器，其實就是初始化 PF7 為模擬輸入，然後通過 Adc3_Init 函式初始化 ADC3 的通道 ADC_Channel_5。 Lsens_Get_Val 函式用於獲取當前光照強度，該函式通過 Get_Adc3 得到通道 ADC_Channel_5 轉換的電壓值，經過簡單量化後，處理成 0~100 的光強值。 0 對應最暗， 100 對應最亮。

adc3.c 原始檔程式碼：

#include "adc3.h"
#include "delay.h"    

//初始化 ADC3
//這裡我們僅以規則通道為例
void Adc3_Init(void)
{
ADC_CommonInitTypeDef ADC_CommonInitStructure;
ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC3, ENABLE); //使能 ADC3 時鐘
RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_ADC3,ENABLE); //ADC3 復位
RCC_APB2PeriphResetCmd(RCC_APB2Periph_ADC3,DISABLE); //復位結束
ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;//獨立模式
ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay =
ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;//兩個取樣階段之間的延遲 5 個時鐘
ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode =
ADC_DMAAccessMode_Disabled;
ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div4;//預分頻 4 分頻。
ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);//初始化
ADC_InitStructure.ADC_Resolution = ADC_Resolution_12b;//12 位模式
ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;//非掃描模式
ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;//關閉連續轉換
ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConvEdge = ADC_ExternalTrigConvEdge_None;
//禁止觸發檢測，使用軟體觸發
ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;//右對齊
ADC_InitStructure.ADC_NbrOfConversion = 1;//1 個轉換在規則序列中
ADC_Init(ADC3, &ADC_InitStructure);//ADC 初始化
ADC_Cmd(ADC3, ENABLE);//開啟 AD 轉換器
}
//獲得 ADC 值
//ch:通道值 0~16 ADC_Channel_0~ADC_Channel_16
//返回值:轉換結果
u16 Get_Adc3(u8 ch)
{
//設定指定 ADC 的規則組通道，一個序列，取樣時間
ADC_RegularChannelConfig(ADC3, ch, 1, ADC_SampleTime_480Cycles );
ADC_SoftwareStartConv(ADC3); //使能指定的 ADC3 的軟體轉換啟動功能
while(!ADC_GetFlagStatus(ADC3, ADC_FLAG_EOC ));//等待轉換結束
return ADC_GetConversionValue(ADC3); //返回最近一次 ADC3 規則組的轉換結果
}
這裡， Adc3_Init 函式幾乎和 ADC_Init 函式一模一樣，這裡我們設定了 ADC3_CH5 的相關引數，但是沒有設定對應 IO為模擬輸入，因為這個在 Lsens_Init 函式已經實現。Get_Adc3用於獲取 ADC3 某個通道的轉換結果。因為我們前面對 ADC 有了詳細的講解，所以本章實驗原始碼部分講解就比較簡單。接下來我們看看主函式：

#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "usart.h"
#include "led.h"
#include "lcd.h"
#include "adc3.h"
#include "lsens.h"

int main(void)
{
u8 adcx;
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//設定系統中斷優先順序分組 2
delay_init(168); //初始化延時函式
uart_init(115200); //初始化串列埠波特率為 115200
LED_Init(); //初始化 LED
LCD_Init(); //初始化 LCD
Lsens_Init(); //初始化光敏感測器
POINT_COLOR=RED;
LCD_ShowString(30,50,200,16,16,"STM32F4");
LCD_ShowString(30,70,200,16,16,"LSENS TEST");
LCD_ShowString(30,90,200,16,16,"ALIX");
LCD_ShowString(30,110,200,16,16,"2018/7/31");
POINT_COLOR=BLUE;//設定字型為藍色
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);//顯示 ADC 的值
LED0=!LED0;
delay_ms(250);
}
}
此部分程式碼也比較簡單，初始化各個外設之後，進入死迴圈，通過 Lsens_Get_Val 獲取光敏感測器得到的光強值（ 0~100），並顯示在 TFTLCD 上面。