STM32F1与STM32CubeIDE编程实例-火焰传感器驱动

火焰传感器驱动

1、火焰传感器介绍

火焰探测器是一种传感器，设计用于探测火焰]或火灾的存在并对其做出响应，从而实现火焰探测。火焰传感器主要有如下几种类型：

  • 光学火焰探测器
    • 紫外线探测器：紫外线(UV) 检测器通过检测点火瞬间发出的紫外线辐射来工作。
    • 近红外阵列：近红外(IR) 阵列火焰探测器（0.7 至 1.1 μm），也称为视觉火焰探测器，采用火焰识别技术通过使用电荷耦合器件(CCD) 分析近红外辐射来确认火灾。
    • 红外线：红外 (IR) 或宽带红外（1.1 μm 和更高）火焰探测器可监控红外光谱带，以了解热气体发出的特定模式。这些是使用专门的消防热像仪(TIC)（一种热像仪）来感应的。
    • 红外热像仪：MWIR 红外 (IR) 摄像机可用于检测热量，并通过特定算法检测场景内的热点以及火焰，以检测和预防火灾以及火灾风险。
    • 紫外/红外：探测器对 UV 和 IR 波长都很敏感，并通过比较两个范围的阈值信号来检测火焰。这有助于最大限度地减少误报
    • IR/IR 火焰检测：双红外 (IR/IR) 火焰探测器比较两个红外范围内的阈值信号。通常一个传感器查看 4.4 微米的二氧化碳 (CO 2 )，而另一个传感器查看参考频率。感测 CO 2排放适合碳氢燃料；对于非碳基燃料，例如氢，宽带水带被感测。
    • IR3 火焰检测：多红外探测器利用算法来抑制背景辐射（黑体辐射）的影响，这种辐射再次降低了灵敏度。
    • 3IR+UV火焰检测：多红外 (Multi-IR/3IR) 探测器使用算法来确定火灾的存在，并将它们与被称为“黑体辐射”的背景噪声区分开来，这通常会降低探测器的范围和精度。
    • 可见传感器：可见光传感器（例如相机：0.4 到 0.7 μm）能够呈现人类可以理解的图像。此外，复杂的图像处理分析可以由计算机执行，它可以识别火焰甚至烟雾。
    • 视频：闭路电视或网络摄像机可用于视觉检测（波长在 0.4 和 0.7 μm 之间）。烟雾或雾会限制它们的有效范围，因为它们仅在可见光谱中运行。
  • 电离电流火焰检测：火焰体内的强电离可以通过火焰整流现象来测量，当施加电压时，交流电流更容易沿一个方向流动。该电流可用于验证火焰的存在和质量。这种探测器可用于大型工业过程气体加热器并连接到火焰控制系统。它们通常用作火焰质量监测器和火焰故障检测。它们在各种家用燃气炉和锅炉中也很常见。
  • 热电偶火焰检测：热电偶广泛用于监测燃烧加热系统和燃气灶中的火焰存在。这些装置的一个常见用途是在火焰失效时切断燃料供应，以防止未燃烧的燃料积聚。这些传感器测量热量，因此通常用于确定没有火焰。这可用于验证引燃火焰的存在。

在这里插入图片描述

本次使用的火焰传感器可以检测火焰波长在760纳米~1100纳米范围内的火源，探测角度为60度左右。对火焰光谱敏感并可以调节。A0端口输出火焰大小的模拟值，D0端连接一个LM393（比较器），可以通过电位器调节火焰大小报警临界值。当火焰大小超过临界值时，D0输出低电平；否则输出高电平。

2、火焰传感配置

火焰传感器的配置如下：

在这里插入图片描述

STM32F103VE的PA2引脚连接火焰传感器的D0引脚。

3、火焰传感器驱动实现

1）基本定义

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/\*
 \* flame\_sensor.h
 \*
 \* Created on: Apr 22, 2022
 \* Author: jenson
 \*/

#ifndef \_\_FLAME\_SENSOR\_H\_\_
#define \_\_FLAME\_SENSOR\_H\_\_

#include <stdio.h>
#include "stm32f1xx\_hal.h"
#include "main.h"

typedef struct {
	uint16\_t id;
	GPIO_TypeDef \*GPIOx;           // 总线端口
	uint16\_t GPIO_Pin;             // 总线引脚
} flame\_sensor\_t;

/\*\*\*
 \* @brief 检查火焰传感器输出
 \* @return 当传感器有报警时，返回1；否则返回0
 \*/
uint8\_t flame\_sensor\_check(flame\_sensor\_t\* sensor);

#endif /\* \_\_FLAME\_SENSOR\_H\_\_ \*/


2）驱动实现

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/\*
 \* flame\_sensor.c
 \*
 \* Created on: Apr 22, 2022
 \* Author: jenson
 \*/

#include "flame\_sensor.h"

uint8\_t flame\_sensor\_check(flame\_sensor\_t \*sensor) {
    // 读取传感器输出电平
	if (HAL\_GPIO\_ReadPin(sensor->GPIOx, sensor->GPIO_Pin) == GPIO_PIN_RESET) {
		return 1;
	}
	return 0;
}


3）主程序

在main.c文件中添加如下代码：

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/\* Private includes ----------------------------------------------------------\*/
/\* USER CODE BEGIN Includes \*/
#include <stdio.h>
#include "flame\_sensor/flame\_sensor.h"
/\* USER CODE END Includes \*/

/\* Private variables ---------------------------------------------------------\*/

/\* USER CODE BEGIN PV \*/
flame\_sensor\_t sensor;
/\* USER CODE END PV \*/

int main(void)
{
  /\* USER CODE BEGIN 1 \*/

  /\* USER CODE END 1 \*/

  /\* MCU Configuration--------------------------------------------------------\*/

  /\* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. \*/
  HAL\_Init();

  /\* USER CODE BEGIN Init \*/

  /\* USER CODE END Init \*/

  /\* Configure the system clock \*/
  SystemClock\_Config();

  /\* USER CODE BEGIN SysInit \*/

  /\* USER CODE END SysInit \*/

  /\* Initialize all configured peripherals \*/
  MX\_GPIO\_Init();
  MX\_USART1\_UART\_Init();
  /\* USER CODE BEGIN 2 \*/
  sensor.id = 1;
  sensor.GPIO_Pin = FLAME_SENSOR_Pin;
  sensor.GPIOx = FLAME_SENSOR_GPIO_Port;
  printf("\*\*\*\*STM32CubeIDE:Flame Sensor\*\*\*\*\r\n");
  /\* USER CODE END 2 \*/

  /\* Infinite loop \*/
  /\* USER CODE BEGIN WHILE \*/
  while (1)
  {
    /\* USER CODE END WHILE \*/

    /\* USER CODE BEGIN 3 \*/

	if(flame\_sensor\_check(&sensor)){
		printf("flame sensor %d altered\r\n",sensor.id);
	}
	HAL\_Delay(100);
  }
  /\* USER CODE END 3 \*/
}

程序运行结果如下：

在这里插入图片描述

4、火焰传感器配置（中断方式）

前面的驱动代码是基于循环轮询实现，比较耗CPU。可以通过外部中断方式来对传感器输出信号进行检测。关于外部中断使用，请参考：

传感器的中断方式驱动配置如下：

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

5、火焰传感器驱动实现（中断方式）

1）基本定义

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/\*
 \* flame\_sensor.h
 \*
 \* Created on: Apr 22, 2022
 \* Author: jenson
 \*/

#ifndef \_\_FLAME\_SENSOR\_H\_\_
#define \_\_FLAME\_SENSOR\_H\_\_

#include <stdio.h>
#include "stm32f1xx\_hal.h"
#include "main.h"

/\*\*
 \* @brief 中断回调函数
 \* @param sensor\_id 传感器编号
 \* \*/
typedef void (\*flame_sensor_callback)(uint16\_t sensor_id);

typedef struct {
	uint16\_t id;
	GPIO_TypeDef \*GPIOx;           // 总线端口
	uint16\_t GPIO_Pin;             // 总线引脚
	flame_sensor_callback callback;
} flame\_sensor\_t;


#endif /\* \_\_FLAME\_SENSOR\_H\_\_ \*/


2）中断回调实现

在stm32f1xx_it.c文件中，添加如代码：

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/\* USER CODE BEGIN Includes \*/
#include "flame\_sensor/flame\_sensor.h"
/\* USER CODE END Includes \*/

/\* Private variables ---------------------------------------------------------\*/
/\* USER CODE BEGIN PV \*/
extern flame\_sensor\_t sensor;
/\* USER CODE END PV \*/


/\* USER CODE BEGIN 1 \*/
void HAL\_GPIO\_EXTI\_Callback(uint16\_t GPIO_Pin) {
	if(GPIO_Pin == sensor.GPIO_Pin){
		if(sensor.callback){
			sensor.callback(sensor.id);
		}
	}
}
/\* USER CODE END 1 \*/


3）主程序

在main.c文件中添加如下代码：

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/\* Private includes ----------------------------------------------------------\*/
/\* USER CODE BEGIN Includes \*/
#include <stdio.h>
#include "flame\_sensor/flame\_sensor.h"
/\* USER CODE END Includes \*/

/\* USER CODE BEGIN PV \*/
flame\_sensor\_t sensor;
/\* USER CODE END PV \*/

/\* USER CODE BEGIN PFP \*/
void on\_flame\_sensor\_alert(uint16\_t sensor_id);
/\* USER CODE END PFP \*/

/\* Private user code ---------------------------------------------------------\*/
/\* USER CODE BEGIN 0 \*/
void on\_flame\_sensor\_alert(uint16\_t sensor_id){
	printf("flame sensor %d alerted\r\n",sensor_id);
}
/\* USER CODE END 0 \*/


int main(void)
{
  /\* USER CODE BEGIN 1 \*/

  /\* USER CODE END 1 \*/

  /\* MCU Configuration--------------------------------------------------------\*/

  /\* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. \*/
  HAL\_Init();

  /\* USER CODE BEGIN Init \*/

  /\* USER CODE END Init \*/

  /\* Configure the system clock \*/
  SystemClock\_Config();

  /\* USER CODE BEGIN SysInit \*/

  /\* USER CODE END SysInit \*/

  /\* Initialize all configured peripherals \*/
  MX\_GPIO\_Init();
  MX\_USART1\_UART\_Init();
  /\* USER CODE BEGIN 2 \*/
  sensor.id = 1;
  sensor.GPIO_Pin = FLAME_SENSOR_Pin;
  sensor.GPIOx = FLAME_SENSOR_GPIO_Port;
  sensor.callback = on_flame_sensor_alert;
  printf("\*\*\*\*STM32CubeIDE:Flame Sensor\*\*\*\*\r\n");
  /\* USER CODE END 2 \*/

  /\* Infinite loop \*/
  /\* USER CODE BEGIN WHILE \*/
  while (1)
  {
    /\* USER CODE END WHILE \*/

    /\* USER CODE BEGIN 3 \*/
  }
  /\* USER CODE END 3 \*/
}

程序运行结果：

在这里插入图片描述

文章来源: https://iotsmart.blog.csdn.net/article/details/125335245