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。

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

**图 2.16.1-1 产品实物展示**

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） 文件 2.16.2-1 产品说明书

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。

图 2.16.3.1-2 火焰传感器原理图

因此 DO 引脚可以配置为 GPIO 的输入模式，AO 引脚需要配置为 ADC 模拟输入模式。

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【GD32F450xx_Datasheet_Rev2.2.pdf】进行查看。文件下载见文件 2.16.3.2-1 数据手册（GD32F450 与 GD32F470 在功能与寄存器地址上没有区分）（梁山派开发板资料可在官网获取 www.lckfb.com）

**图 2.16.3.2-1 数据手册来源** **文件 2.16.3.2-1 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。

图 2.16.3.2-2 引脚功能定义起始页

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。

**图 2.16.3.2-3 有 ADC 功能的引脚**

######### 火焰传感器	######### 立创·梁山派	######### 接线图

| GND | GND | | | DO | PF8 | | | AO | PC1 | | | **表 2.16.3.2 各引脚连接** | | |

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 。

文件 2.16.4-1 移植成功示例