STM32F1与STM32CubeIDE编程实例-热敏传感器驱动

热敏传感器驱动

热敏电阻是可变电阻器，其电阻随温度变化。 它们根据其电阻对温度变化的反应方式进行分类。 在负温度系数 (NTC) 热敏电阻中，电阻随着温度的升高而降低。 在正温度系数 (PTC) 热敏电阻中，电阻随着温度的升高而增加。

导电材料包含允许电流流过的电荷载流子。 高温导致半导体材料释放更多的电荷载流子。 在由氧化铁制成的 NTC 热敏电阻中，电子是电荷载体。 在氧化镍 NTC 热敏电阻中，电荷载流子是电子空穴。

在这里插入图片描述

由于热敏电阻是可变电阻器，因此我们需要先测量电阻，然后才能计算温度。 但是，STM32 不能直接测量电阻，它只能测量电压。

STM32将测量热敏电阻和已知电阻之间某个点的电压。 这被称为分压器。 分压器的公式为：

在这里插入图片描述

其中：

  • V

o

u

t

V_{out}

Vout​为热敏电阻和已知电阻之间的电压

  • V

i

n

V_{in}

Vin​为输入电压，例如：5v

  • R1：已知电阻值
  • R2：热敏电阻的阻值

将方程简化为：

在这里插入图片描述

最后，使用 Steinhart-Hart 方程将热敏电阻的电阻转换为温度读数。

1、热敏传感器配置

开发环境搭建、系统时钟配置、调试配置及串口配置，请参考：

传感器配置如下：

在这里插入图片描述

本次实例使用轮询方式对LDR传感器进行采样。关于ADC相关介绍，请参考：

2、热敏传感器驱动实现

1）基本定义

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/\*
 \* thermistor\_sensor.h
 \*
 \* Created on: Apr 24, 2022
 \* Author: jenson
 \*/

#ifndef \_\_THERMISTOR\_SENSOR\_H\_\_
#define \_\_THERMISTOR\_SENSOR\_H\_\_

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

// Steinhart-Hart方程常量
#define C1 1.009249522e-03
#define C2 2.378405444e-04
#define C3 2.019202697e-07

typedef struct {
	uint16\_t id;
	GPIO_TypeDef \*GPIOx;           // 总线端口
	uint16\_t GPIO_Pin;             // 总线引脚
	ADC_HandleTypeDef\* adc;
	float last_value_f; // 华氏温度
	float last_value_c; // 摄氏温度
	float Vin; // 输入电压
	float Vo; // 采样输出电压
	float R1; // 已知电阻值
	float R2; // 热敏电阻的阻值
}thermistor\_sensor\_t;

/\*\*\*
 \* @brief 热敏电阻传感器初始化
 \* @param sensor 传感器对象
 \* @return 初始化成功返回1；否则，返回0
 \*/
HAL_StatusTypeDef thermistor\_sensor\_init(thermistor\_sensor\_t\* sensor);

/\*\*\*
 \* @brief 温度采样
 \* @param sensor 传感器
 \* @return 采样成功，返回1；否则返回0；采样结果储存在sensor的last\_value中。
 \*/
uint8\_t thermistor\_sensor\_read(thermistor\_sensor\_t\* sensor);

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


2）驱动功能实现

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/\*
 \* thermistor\_sensor.c
 \*
 \* Created on: Apr 24, 2022
 \* Author: jenson
 \*/

#include "thermistor\_sensor.h"
#include <math.h>

HAL_StatusTypeDef thermistor\_sensor\_init(thermistor\_sensor\_t \*sensor) {
	// 校准ADC
	HAL_StatusTypeDef status = HAL\_ADCEx\_Calibration\_Start(sensor->adc);
	return status;
}

uint8\_t thermistor\_sensor\_read(thermistor\_sensor\_t \*sensor) {
	// 开始采样
	HAL\_ADC\_Start(sensor->adc);
	// 轮询方式转换采样值
	HAL\_ADC\_PollForConversion(sensor->adc, 1);
	// 获取最终采样值
	sensor->Vo = HAL\_ADC\_GetValue(sensor->adc);
	//printf("vo = %f\r\n",sensor->Vo);
	sensor->R2 = sensor->R1 \* (4096.0 / (float) sensor->Vo - 1.0);
	//printf("R2 = %f\r\n",sensor->R2);
	float logR2 = log(sensor->R2);
	//printf("logR2 = %f\r\n",logR2);
	// Steinhart-Hart方程计算温度值
	float T = (1.0 / (C1 + C2 \* logR2 + C3 \* logR2 \* logR2 \* logR2));
	T = T - 273.15;
	sensor->last_value_c = T;
	sensor->last_value_f = (T \* 9.0) / 5.0 + 32.0;

	return 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 "thermistor\_sensor/thermistor\_sensor.h"
/\* USER CODE END Includes \*/

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

/\* USER CODE BEGIN PV \*/
thermistor\_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\_ADC1\_Init();
	MX\_USART1\_UART\_Init();
	/\* USER CODE BEGIN 2 \*/
	sensor.GPIO_Pin = THERMISTOR_SENSOR_Pin;
	sensor.GPIOx = THERMISTOR_SENSOR_GPIO_Port;
	sensor.adc = &hadc1;
	sensor.Vin = 3.3; // 3.3V输入电压
	sensor.R1 = 10000; // 10K电阻
	sensor.last_value_c = 0.0;
	sensor.last_value_f = 32.0;
	thermistor\_sensor\_init(&sensor);
	printf("\*\*\*\*STM32CubeIDE:Thermistor Sensor\*\*\*\*\r\n");
	/\* USER CODE END 2 \*/

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

		/\* USER CODE BEGIN 3 \*/
		thermistor\_sensor\_read(&sensor);
		printf("sensor read temperature:%f \*C\r\n",sensor.last_value_c);
		printf("sensor read temperature:%f F\r\n",sensor.last_value_f);

		HAL\_Delay(500);
	}
	/\* USER CODE END 3 \*/
}


注意：传感的R1值和输入电压需要按照实际硬件设计值

运行结果如下：

在这里插入图片描述

文章来源: https://iotsmart.blog.csdn.net/article/details/125464784