基于STM32的光敏传感器数据采集系统-嵌入式系统与设计课程设计2

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4系统软件设计

4.1 系统整体流程设计

在系统运行前，准备连接带有STM32芯片节点的硬件、电脑、J-LINK、串口线等；编写实验源代码及下载代码，将光敏传感器安装在8号节点上，打开Keil集成开发环境，打开光敏传感器实验工程文件。编译整个工程，将生成Test.hex可执行文件。把J-LINK与节点、电脑连接，点击左上角的将程序下载到节点板，使用配套的串口线将计算机串口与8号节点的DB9串口接头相连，将节点右下角上的白色三位拨打开关拨至左边，给节点重新上电，打开串口调试工具程序，打开正确的端口，进行9600-8-N-1设置，打开串口，就可以与芯片进行数据交互了。系统流程如图4-1所示。

图4-1 系统软件整体运行流程图

4.2 光敏传感器检测软件设计

系统运行时，单片机控制系统开始运行，光敏传感器检测程序开始启动，传感器把接收到数据进行采集，并反馈到串口中。在检测到光照时，传感器OUT端输出高电平信号；没有检测到光照时，传感器OUT端输出低电平信号，之后程序结束运行。光敏传感器检测软件设计流程如图4-2所示：

图 4-2 光敏传感器检测程序处理流程图

4.3 Keil软件简介

Keil是一个公司的名字。是由德国慕尼黑的Keil Elektronik GmbH和美国德克萨斯的Keil Software组成。Keil 软件是目前最流行开发51系列单片机的软件。支持c语言，汇编语言。

Keil C51是美国Keil Software公司出品的51系列兼容单片机C语言软件开发系统。Keil 提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境将这些部分组合在一起。

Keil C51生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全 Windows界面。

5 系统测试及功能说明

5.1 开发环境测试

首先启动Keil软件的集成开发环境，可以从桌面上直接双击uVision的图标以启动该软件。

UVison启动后，程序窗口的左边有一个工程管理窗口，该窗口有3个标签，分别是Files、Regs、和 Books，这三个标签页分别显示当前项目的文件结构、CPU的寄存器及部份特殊功能寄存器的值（调试时才出现）和所选CPU的附加说明文件。

在设置好工程后，即可进行编译、连接。选择菜单Project->Build target，对当前工程进行连接，如果当前文件已修改，软件会先对该文件进行编译，然后再连接以产生目标代码；如果选择Rebuild All target files将会对当前工程中的所有文件重新进行编译然后再连接，确保最终生产的目标代码是最新的，而Translate….项则仅对该文件进行编译，不进行连接。

以上操作也可以通过工具栏按钮直接进行。图5-1是有关编译、设置的工具栏按钮，从左到右分别是:编译、编译连接、全部重建、停止编译和对工程进行设置。

图5-1 工具栏视图

编译过程中的信息将出现在输出窗口中的 Build 页中，如果源程序中有语法错误，会有错误报告出现，双击该行，可以定位到出错的位置。

图5-2 Build页输出窗口

对源程序反复修改之后，最终会得到如图5-2所示的结果，提示获得了名为test.hex的文件，该文件即可被编程器读入并写到芯片中。

同时还产生了一些其它相关的文件，可被用于Keil的仿真与调试，这时可以进入下一步调试的工作。

图5-3 编译结果输出窗口

Keil4开发环境是STM32MCU的开发环境，编写程序判断接收到的数据是否为光敏传感器，我们用Modbus数据的第03个字节作为传感器类型，当为0x2A时候表示光敏传感器。

图5-4 光敏传感器代码示例

串口调试工具是一款通讯串口调试软件，这款软件窗口中支持串口设置、选择串口、数据位、校验位以及停止位等参数。初次使用串口调试工具的用户，选择端口号

图5-5 串口调试工具

插好串口线，在windows桌面界面，在计算机图标上点击右键选择设备管理器进入如下图所示界面，点击端口(COM和LPT)，就会出现现在计算机上正在使用的串口编号。

图5-6 设备管理器

Modbus数据格式举例：

发送指令：02 03 00 2C 00 01 45 f0

02 ：表示设备地址

03 ：功能码，表示读取数据

00 2C：读取开始的地址

00 01：表示读取多少个寄存器，1个寄存器有2个字节

45 f0: 由前面数据通过CRC-16计数得来的校验码

返回数据：02 03 02 00 00 FC 44

02 ：表示从地址为02的设备返回

03 ：表示返回的数据是读取

02 ：表示2个有效字节

00 00 ：就是2个有效字节

FC 44 ：由前面数据通过CRC-16计数得来的校验码

5.2 功能测试

在功能测试前，准备连接带有STM32芯片节点的硬件、电脑、J-LINK、串口线等；编写实验源代码及下载代码，将光敏传感器安装在8号节点上，打开Keil集成开发环境，打开光敏传感器实验工程文件。编译整个工程，将生成Test.hex可执行文件。把J-LINK与节点、电脑连接，点击左上角的将程序下载到节点板，使用配套的串口线将计算机串口与8号节点的DB9串口接头相连，将节点右下角上的白色三位拨打开关拨至左边，给节点重新上电，打开串口调试工具程序，打开正确的端口，进行9600-8-N-1设置，打开串口，就可以与芯片进行数据交互了。功能使用流程如图5-1所示。

图5-7 功能使用流程图

第一步：打开Keil集成开发环境和Test.uvproj工程文件，编译整个工程，生成Test.hex可执行文件，如图5-8所示。

图5-8 编译工程文件

第二步：把J-LINK与节点、电脑连接，将程序下载到节点板，使用配套的串口线将计算机串口与8号节点的DB9串口接头相连，如图5-9所示

图5-9 连接串口设备

第三步：配置节点地址，发送：FF 30 00 0B 00 01，返回：FF 30 00 0B 00 01如图5-10所示：

图5-10 配置节点地址

第四步：获取传感器数据，相应的光敏传感器的AD值指令数据如5-11图所示：

图5-11 获取传感器数据

5.3 结果分析

AD模数转换是将传感器输出的信号（电压、电流、应变、温度等人可以直观认知的信号）转换成计算机系统能够识别的数字量，用于数据的采集。相对应的还有DA转换，将数字信号转换为模拟信号，输出给控制执行机构用于控制。这些跟数据采集系统有关。

STM32的ADC精度为12位，则最大值为4096。采集到的AD值与电压成线性对应关系，系统中最高的电压值为3.3V的电源电压，它与4096对应使用ADC算出光敏电阻的值。

光照强度是指单位面积上所接受可见光的能量，简称照度，单位勒克斯（Lux或lx），常见环境的光照强度值如表5-1。

表5-1常见环境的光照强度值对应表

串口调试工具手动发送数据：08 03 00 2A 00 01 a5 5b，返回：08 03 02 0D 8F 21 71，其中0D 8F就是采集光敏传感器的AD值，不同光照条件下这个值会相应不同，计算出光照强度。

6 总结

本次课程设计是完成一个基于 STM32 的光敏传感器数据采集系统，利用 STM32F103 系列处理器完成光敏传感器相关数据的采集和分析处理，并通过串口通信将处理之后的数据传输到上位机软件进行显示，通过C语言编程和调试完成上述功能，同时通过课程设计的综合训练。

课程设计初期遇到了很多困难，不知道从何下手，在同学的帮助和自己摸索的情况下还是完成了这次课程设计，从中认识到以我们现在的经验，不学到一定的深度和广度是难以在实际工作中应付自如的。因此反映出学习的还不够，缺点疏漏。需在加以刻苦钻研及学习，不断开拓视野，增强自己的实践操作技能。

这次课程设计，加深了我们对光敏传感器理解；物联网的知识很深奥，仅靠课本是远远不够的，我们将出现的所有错误都写成了博客发布到CSDN上，总结经验，不断提升自己的能力。

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