2.16 火焰传感器
红外火焰传感器可以用来探测火源或其它一些波长在700纳米~1000纳米范围内的热源，在机器人比赛中，远红外火焰探头起到非常重要的作用，它可以用作机器人的眼睛来寻找火源或足球。利用它可以制作灭火机器人等。
红外火焰传感器能够探测700纳米~1000纳米范围内的红外光，探测角度为60，其中红外光波长在880纳米附近时，其灵敏度达到最大。红外火焰探头将外界红外光的强弱变化转化为电流的变化，通过A/D转换器反映为0 ~4095范围内的数值的变化。外界红外光越强，数值越小；红外光越弱，数值越大。
2.16.1 模块来源
采购链接：
(4线制)火光/火焰传感器模块火源探测 红外接收传感器 智能车配件
资料下载链接：
https://pan.baidu.com/s/14rzP9Gx7AjbmRSqD_A5Pyw
资料提取码：risv
2.16.2 规格参数
工作电压：3.3V-5V
探测距离：1米
输出方式: DO接口为数字量输出
AO接口为模拟量输出
读取方式：ADC与数字量（0和1）
管脚数量：4 Pin（2.54mm间距排针）
探测距离：1米
输出方式: DO接口为数字量输出
AO接口为模拟量输出
读取方式：ADC与数字量（0和1）
管脚数量：4 Pin（2.54mm间距排针）
2.16.3 移植过程
我们的目标是在梁山派GD32F470上能够判断当前检测范围是否有火光的功能。首先要获取资料，查看数据手册应如何实现，再移植至我们的工程。
2.16.3.1 查看资料
火焰传感器模块的工作原理很简单。其背后的理论是热的物体会发出红外辐射。对于火焰或火灾，这种辐射会很高。我们将使用红外光电二极管检测这种红外辐射。光电二极管的电导率将根据其检测到的红外辐射而变化。我们使用 LM393 来比较这种辐射，当达到阈值时，数字输出会发生变化。
我们还可以使用模拟输出来测量红外辐射强度。模拟输出直接取自光电二极管的端子。板载 D0 LED 将在检测到时显示存在火灾。灵敏度可以通过调整板上的可变电阻来改变。这可用于消除误触发。
其对应的原理图见图2.16.3.1-2，AO输出为火焰传感器直接输出的电压，所以为模拟量；DO为经过LM393进行电压比较后，输出高低电平，所以为数字量。具体原理见光敏电阻光照传感器章节的2.3.3.1 查看资料。
2.16.3.2 引脚选择
想要使用ADC，需要确定使用的引脚是否有ADC外设功能。可以通过数据手册
在数据手册的第28页结尾，是关于GD32F450Zx系列芯片引脚的功能定义示意图。
当前只有AO引脚需要使用到ADC接口，所以DO引脚可以使用开发板上其他的GPIO。这里选择使用PC1的附加ADC功能。使用ADC0的第11道输入通道。
| 火焰传感器 | 立创·梁山派 |
|---|---|
| VCC | 3V3 |
| GND | GND |
| DO | PF8 |
| AO | PC1 |
2.16.3.3 移植至工程
移植步骤中的导入.c和.h文件与上一节相同，只是将.c和.h文件更改为bsp_flame.c与bsp_flame.h。见2.2.3.3 移植至工程。这里不再过多讲述。移植完成后面修改相关代码。
在文件bsp_flame.c中，编写如下代码。
/********************************************************************************
* 文 件 名: bsp_flame.c
* 版 本 号: 初版
* 修改作者: LC
* 修改日期: 2023年04月06日
* 功能介绍:
******************************************************************************
* 注意事项:
*********************************************************************************/
#include "bsp_flame.h"
#include "systick.h"
//DMA缓冲区
uint16_t gt_adc_val[ SAMPLES ][ CHANNEL_NUM ];
/******************************************************************
* 函 数 名 称：ADC_DMA_Init
* 函 数 说 明：初始化ADC+DMA功能
* 函 数 形 参：无
* 函 数 返 回：无
* 作 者：LC
* 备 注：无
******************************************************************/
void ADC_DMA_Init(void)
{
/* DMA初始化功能结构体定义 */
dma_single_data_parameter_struct dma_single_data_parameter;
/* 使能引脚时钟 */
rcu_periph_clock_enable(RCU_FLAME_GPIO_AO);
rcu_periph_clock_enable(RCU_FLAME_GPIO_DO);
/* 使能ADC时钟 */
rcu_periph_clock_enable(RCU_FLAME_ADC);
/* 使能DMA时钟 */
rcu_periph_clock_enable(RCU_FLAME_DMA);
/* 配置ADC时钟 */
adc_clock_config(ADC_ADCCK_PCLK2_DIV4);
/* 配置DO为输入模式 */
gpio_mode_set(PORT_FLAME_DO, GPIO_MODE_INPUT, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_FLAME_DO);
/* 配置AO为浮空模拟输入模式 */
gpio_mode_set(PORT_FLAME_AO, GPIO_MODE_ANALOG, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_FLAME_AO); // PC1 : ADC012_IN11
/* 配置ADC为独立模式 */
adc_sync_mode_config(ADC_SYNC_MODE_INDEPENDENT);
/* 使能连续转换模式 */
adc_special_function_config(PORT_ADC, ADC_CONTINUOUS_MODE, ENABLE);
/* 使能扫描模式 */
adc_special_function_config(PORT_ADC, ADC_SCAN_MODE, ENABLE);
/* 数据右对齐 */
adc_data_alignment_config(PORT_ADC, ADC_DATAALIGN_RIGHT);
/* ADC0设置为规则组 一共使用 CHANNEL_NUM 个通道 */
adc_channel_length_config(PORT_ADC, ADC_REGULAR_CHANNEL, CHANNEL_NUM);
/* ADC规则通道配置：ADC0的通道11的扫描顺序为0；采样时间：15个周期 */
/* DMA开启之后 gt_adc_val[x][0] = PC1的数据 */
adc_regular_channel_config(PORT_ADC, 0, CHANNEL_ADC, ADC_SAMPLETIME_15);//PC1
/* ADC0设置为12位分辨率 */
adc_resolution_config(PORT_ADC, ADC_RESOLUTION_12B);
/* ADC外部触发禁用, 即只能使用软件触发 */
adc_external_trigger_config(PORT_ADC, ADC_REGULAR_CHANNEL, EXTERNAL_TRIGGER_DISABLE);
/* 使能规则组通道每转换完成一个就发送一次DMA请求 */
adc_dma_request_after_last_enable(PORT_ADC);
/* 使能DMA请求 */
adc_dma_mode_enable(PORT_ADC);
/* 使能DMA */
adc_enable(PORT_ADC);
/* 等待ADC稳定 */
delay_1ms(1);
/* 开启ADC自校准 */
adc_calibration_enable(PORT_ADC);
/* 清除 DMA通道0 之前配置 */
dma_deinit(PORT_DMA, CHANNEL_DMA);
/* DMA初始化配置 */
dma_single_data_parameter.periph_addr = (uint32_t)(&ADC_RDATA(PORT_ADC)); //设置DMA传输的外设地址为ADC0基地址
dma_single_data_parameter.periph_inc = DMA_PERIPH_INCREASE_DISABLE; //关闭外设地址自增
dma_single_data_parameter.memory0_addr = (uint32_t)(gt_adc_val); //设置DMA传输的内存地址为 gt_adc_val数组
dma_single_data_parameter.memory_inc = DMA_MEMORY_INCREASE_ENABLE; //开启内存地址自增（因为不止一个通道）
dma_single_data_parameter.periph_memory_width = DMA_PERIPH_WIDTH_16BIT; //传输的数据位 为 16位
dma_single_data_parameter.direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY; //DMA传输方向为 外设往内存
dma_single_data_parameter.number = SAMPLES * CHANNEL_NUM; //传输的数据长度为：每个通道采集30次 * 1个通道
dma_single_data_parameter.priority = DMA_PRIORITY_HIGH; //设置高优先级
dma_single_data_mode_init(PORT_DMA, CHANNEL_DMA, &dma_single_data_parameter);//将配置保存至DMA1的通道0
/* DMA通道外设选择 */
/* 数据手册的195页根据PERIEN[2:0]值确定第三个参数，例是100 则为DMA_SUBPERI4 例是010 则为DMA_SUBPERI2 */
/* 我们是ADC0功能，PERIEN[2:0]值为000，故为DMA_SUBPERI0 */
dma_channel_subperipheral_select(PORT_DMA, CHANNEL_DMA, DMA_SUBPERI0);
/* 使能DMA1通道0循环模式 */
dma_circulation_enable(PORT_DMA, CHANNEL_DMA);
/* 启动DMA1的通道0功能 */
dma_channel_enable(PORT_DMA, CHANNEL_DMA);
/* 开启软件触发ADC转换 */
adc_software_trigger_enable(PORT_ADC, ADC_REGULAR_CHANNEL);
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称：Get_Adc_Dma_Value
* 函 数 说 明：对DMA保存的数据进行平均值计算后输出
* 函 数 形 参：CHx 第几个扫描的数据
* 函 数 返 回：对应扫描的ADC值
* 作 者：LC
* 备 注：无
******************************************************************/
unsigned int Get_Adc_Dma_Value(char CHx)
{
unsigned char i = 0;
unsigned int AdcValue = 0;
/* 因为采集 SAMPLES 次，故循环 SAMPLES 次 */
for(i=0; i< SAMPLES; i++)
{
/* 累加 */
AdcValue+=gt_adc_val[i][CHx];
}
/* 求平均值 */
AdcValue=AdcValue / SAMPLES;
return AdcValue;
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称：Get_FLAME_Percentage_value
* 函 数 说 明：读取火焰AO值，并且返回百分比
* 函 数 形 参：无
* 函 数 返 回：返回百分比
* 作 者：LC
* 备 注：无
******************************************************************/
unsigned int Get_FLAME_Percentage_value(void)
{
int adc_max = 4095;
int adc_new = 0;
int Percentage_value = 0;
adc_new = Get_Adc_Dma_Value(0);
Percentage_value = (1-((float)adc_new/adc_max)) * 100;
return Percentage_value;
}
/******************************************************************
* 函 数 名 称：Get_FLAME_Do_value
* 函 数 说 明：读取火焰DO值，返回0或者1
* 函 数 形 参：无
* 函 数 返 回：
* 作 者：LC
* 备 注：无
******************************************************************/
unsigned char Get_FLAME_Do_value(void)
{
return gpio_input_bit_get(PORT_FLAME_DO,GPIO_FLAME_DO);
}
在文件bsp_flame.h中，编写如下代码。
#ifndef _BSP_FLAME_H_
#define _BSP_FLAME_H_
#include "gd32f4xx.h"
#define RCU_FLAME_GPIO_AO RCU_GPIOC
#define RCU_FLAME_GPIO_DO RCU_GPIOF
#define RCU_FLAME_DMA RCU_DMA1
#define PORT_DMA DMA1
#define CHANNEL_DMA DMA_CH0
#define RCU_FLAME_ADC RCU_ADC0
#define PORT_ADC ADC0
#define CHANNEL_ADC ADC_CHANNEL_11
#define PORT_FLAME_AO GPIOC
#define GPIO_FLAME_AO GPIO_PIN_1
#define PORT_FLAME_DO GPIOF
#define GPIO_FLAME_DO GPIO_PIN_8
//采样次数
#define SAMPLES 30
//采样通道数
#define CHANNEL_NUM 1
extern uint16_t gt_adc_val[ SAMPLES ][ CHANNEL_NUM ]; //DMA缓冲区
void ADC_DMA_Init(void);
unsigned int Get_Adc_Dma_Value(char CHx);
unsigned int Get_FLAME_Percentage_value(void);
unsigned char Get_FLAME_Do_value(void);
#endif
2.16.4 移植验证
在自己工程中的main主函数中，编写如下。
/********************************************************************************
* 文 件 名: main.c
* 版 本 号: 初版
* 修改作者: LC
* 修改日期: 2023年04月06日
* 功能介绍:
******************************************************************************
* 注意事项:
*********************************************************************************/
#include "gd32f4xx.h"
#include "systick.h"
#include "bsp_usart.h"
#include "bsp_flame.h"
#include "stdio.h"
int main(void)
{
nvic_priority_group_set(NVIC_PRIGROUP_PRE2_SUB2); // 优先级分组
systick_config(); //滴答定时器初始化 1ms
ADC_DMA_Init();
usart_gpio_config(115200U);
while(1)
{
printf("flame = %d%%\r\n",Get_FLAME_Percentage_value());
delay_1ms(500);
}
}
移植现象：输出检测火光的百分比。
移植成功示例，见文件2.16.4-1 。
