红外测距传感器

GP2Y0A02YKOF是夏普的一款距离测量传感器模块。它由PSD(position sensitive detector)和IRED(infrared emitting diode)以及信号处理电路三部分组成。由于采用了三角测量方法,被测物体的材质、环境温度以及测量时间都不会影响传感器的测量精度。传感器输出电压值对应探测的距离。通过测量电压值就可以得出所探测物体的距离,所以这款传感器可以用于距离测量、避障等场合。

模块来源

采购链接：
https://item.taobao.com/item.htm?spm=a230r.1.14.16.7def2810sScrt7&id=580318855469&ns=1&abbucket=12#detail)
资料下载链接：
https://pan.baidu.com/s/11dDQHyYJfi0nNyC28vkpoA
资料提取码：qvpm

规格参数

工作电压：3.3-5V
工作电流：33MA
模块尺寸：37 x 21.6mm
输出方式: 模拟量输出
读取方式：ADC
管脚数量：3 Pin

移植过程

我们的目标是在天空星HC32F4A0PITB上能够判断前方障碍物的功能。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。

查看资料

红外测距传感器的输出是非线性的。每个型号的输出曲线都不同。所以，在实际使用前，最好能对所使用的传感器进行一下校正。对每个型号的传感器创建一张曲线图，以便在实际使用中获得真实有效的测量数据。下图是测距距离为20-150CM型号的输出曲线图。

从上图中，可以看到，当被探测物体的距离小于大约 15cm 的时候，输出电压急剧下降，也就是说从电压读数来看，物体的距离应该是越来越远了。但是实际上并不是这样的，想象一下，你的机器人本来正在慢慢的靠近障碍物，突然发现障碍物消失了，一般来说，你的控制程序会让你的机器人以全速移动，结果就是，"砰"的一声。当然了，解决这个方法也不是没有，这里有个小技巧。只需要改变一下传感器的安装位置，使它到机器人的外围的距离大于最小探测距离就可以了。

红外测距传感器的输出数据线是通过电压的变化来确定距离，我们可以使用ADC功能获取传感器的电压变化，将其转换为实际距离即可。电压距离转换公式见官方代码库链接：https://github.com/zoubworldArduino/ZSharpIR 找到我们20-150CM型号的传感器，在下方有换算公式。

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。可以通过数据手册进行查看。
在数据手册的第44页，是关于HC32F4A0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PA5的附加ADC功能。

移植至工程

移植步骤中的导入.c和.h文件与第二章的第1小节【DHT11温湿度传感器】相同，只是将.c和.h文件更改为bsp_IRdistance.c与bsp_IRdistance.h。这里不再过多讲述，移植完成后面修改相关代码。
在文件bsp_IRdistance.c中，编写如下代码。

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 * Date           Author       Notes
 * 2024-04-13     LCKFB-LP    first version
 */
#include "bsp_IRdistance.h"
#include "board.h"
#include "stdio.h"
#include "math.h"




/**********************************************************
 * 函 数 名 称：IRdistance_GPIO_Init
 * 函 数 功 能：初始化ADC
 * 传 入 参 数：无
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：lckfb.com
 * 备       注：
**********************************************************/
void IRdistance_GPIO_Init(void)
{
    // 关闭相关的寄存器写保护
    LL_PERIPH_WE(LL_PERIPH_GPIO | LL_PERIPH_FCG | LL_PERIPH_PWC_CLK_RMU);

    stc_gpio_init_t stcGpioInit;

    // ADC引脚初始化
    (void)GPIO_StructInit(&stcGpioInit);
    stcGpioInit.u16PinAttr        = PIN_ATTR_ANALOG;    // 设置引脚属性为模拟
    stcGpioInit.u16PinState       = PIN_STAT_RST;       // 引脚状态为复位状态
    stcGpioInit.u16PinDir         = PIN_DIR_IN;         // 引脚方向为输入

    stcGpioInit.u16Latch          = PIN_LATCH_OFF;      // 关闭锁存器
    stcGpioInit.u16PullUp         = PIN_PU_OFF;         // 关闭上拉电阻
    stcGpioInit.u16Invert         = PIN_INVT_OFF;       // 不反相输入信号
    stcGpioInit.u16ExtInt         = PIN_EXTINT_OFF;     // 关闭外部中断功能
    stcGpioInit.u16PinInputType   = PIN_IN_TYPE_SMT;

    // AO 初始化
    (void)GPIO_Init(PORT_IRDISTANCE, GPIO_IRDISTANCE_AO, &stcGpioInit);

        // 使能 ADC 时钟
    FCG_Fcg3PeriphClockCmd(FCG_ADC, ENABLE);

    stc_adc_init_t stcAdcInit;

    // 使用基本参数初始化ADC结构体
    (void)ADC_StructInit(&stcAdcInit);
    stcAdcInit.u16ScanMode   = ADC_MD_SEQA_SINGLESHOT;   // 设置ADC为单次扫描模式
    stcAdcInit.u16Resolution = ADC_RESOLUTION_12BIT;     // 设置ADC分辨率为12位
    stcAdcInit.u16DataAlign  = ADC_DATAALIGN_RIGHT;      // 设置ADC数据右对齐

    // 初始化ADC
    (void)ADC_Init(IRDISTANCE_ADC, &stcAdcInit);

    // 通道重映射
    ADC_ChRemap(IRDISTANCE_ADC, IRDISTANCE_ADC_CHANNEL, GPIO_IRDISTANCE_AO_REMAP);

    // ADC使能
    ADC_ChCmd(IRDISTANCE_ADC, ADC_SEQ_A, IRDISTANCE_ADC_CHANNEL, ENABLE); // 使能ADC通道5

}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：Adc_Get_Value
 * 函 数 说 明：采集一次adc数据
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：ADC采集的数值
 * 作       者：lckfb.com
 * 备       注：
******************************************************************/
uint16_t Adc_Get_Value(void)
{
    static uint16_t adcValue;
    __IO uint32_t TimeOut = 0UL;

    /* 只能启动序列 A 的转换。
       序列 B 需要硬件触发才能启动转换。*/
    ADC_Start(IRDISTANCE_ADC);

    // 等待ADC转换完成
    while(SET != ADC_GetStatus(IRDISTANCE_ADC, ADC_FLAG_EOCA))
    {
        // 如果超时
        if(TimeOut > 500)
        {
            // 清除标志位
            ADC_ClearStatus(IRDISTANCE_ADC, ADC_FLAG_EOCA);

            // 停止ADC转换
            ADC_Stop(IRDISTANCE_ADC);

            // 打印错误信息
            printf("ERROR = ADC 等待序列 A 转换【超时】!!\r\n");

            // 返回0
            return 0;
        }

        // 每次循环是延时1ms
        TimeOut++;
        delay_ms(1);
    }

    // 如果转换完成，清除标志位。
    ADC_ClearStatus(IRDISTANCE_ADC, ADC_FLAG_EOCA);

    // 采集一次数据
    adcValue = ADC_GetValue(IRDISTANCE_ADC, IRDISTANCE_ADC_CHANNEL);

    // 返回数据
    return adcValue;
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：Get_Adc_Average
 * 函 数 说 明：采集 __Count 次adc数据，然后求平均值。
 * 函 数 形 参：__Count：采集次数
 * 函 数 返 回：ADC采集的平均数值
 * 作       者：lckfb.com
 * 备       注：
******************************************************************/
uint16_t Get_Adc_Average(uint8_t __Count)
{
    uint32_t adcValue = 0;
    for(int i = 0; i < __Count; i++)
    {
        // 获取一次 ADC 数据
        uint16_t tmp = Adc_Get_Value();
        // 如果获取到的数据为0，说明采集失败，跳过本次循环
        if(tmp == 0)
        {
            __Count--;
            continue;
        }

        // 将采集到的数据累加到 adcValue 变量中
        adcValue += tmp;

    }

    // 计算平均值
    uint16_t value = adcValue / __Count;
    printf("value: %d\r\n",value);

    return adcValue / __Count;
}

/******************************************************************
 * 函 数 名 称：Get_illume_Percentage_value
 * 函 数 说 明：计算红外测距的测量距离
 * 函 数 形 参：无
 * 函 数 返 回：返回测量距离
 * 作       者：lckfb.com
 * 备       注：无
******************************************************************/
double Get_IRdistance_Distance(void)
{
    double adc_average = Get_Adc_Average(10); // 获取 ADC 的平均值

    double voltage = adc_average * (3.3 / 4095); // 将 ADC 数值转换为电压值

    double distance_cm = 61.573 * pow(voltage, -1.106); // 根据传感器的校准公式计算距离（单位：厘米）

    return distance_cm;
}

在文件bsp_encoder.h中，编写如下代码。

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 */
#ifndef _BSP_IRDISTANCE_H_
#define _BSP_IRDISTANCE_H_

#include "hc32_ll.h"

#define FCG_ADC                           FCG3_PERIPH_ADC1

#define IRDISTANCE_ADC                    CM_ADC1
#define IRDISTANCE_ADC_CHANNEL            ADC_CH5

#define PORT_IRDISTANCE                   GPIO_PORT_A

#define GPIO_IRDISTANCE_AO                GPIO_PIN_05
#define GPIO_IRDISTANCE_AO_REMAP          ADC12_PIN_PA5

void IRdistance_GPIO_Init(void);
uint16_t Adc_Get_Value(void);
uint16_t Get_Adc_Average(uint8_t __Count);
double Get_IRdistance_Distance(void);

#endif

移植验证

在自己工程中的main主函数中，编写如下。

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 */
#include "board.h"
#include "bsp_uart.h"
#include "stdio.h"
#include "bsp_IRdistance.h"

int32_t main(void)
{
    board_init();
    uart1_init(115200U);

    // 关闭GPIO寄存器写保护
    LL_PERIPH_WE(LL_PERIPH_GPIO);

    IRdistance_GPIO_Init();
    printf("ADC demo start\r\n");
    while(1)
    {
        printf("Distance = %.2f\r\n", Get_IRdistance_Distance() );

        delay_ms(1000);
    }
}

上电现象（障碍物距离20CM）：

会有误差，最后的计算公式可以根据实际的测量距离，进行校准和调整。

模块移植成功案例代码：

文件下载

📌 资料下载中心（点击跳转）

📌 在 资料下载中心->HC32版本模块移植代码下载 里面的该章节压缩包中。