【CW32模块使用】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。

01 模块来源

模块实物展示：

02 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 

03 移植过程

我们的目标是将例程移植至立创·CW32F030C8T6开发板上【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读取数据，再移植至我们的工程。

3.1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。

可以避免免探测误差的安装

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。

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。可以通过手册进行查看。在用户手册439页。

这里选择使用PA5的附加ADC功能。

有ADC功能的引脚

接线表

3.3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。

/*
 * Change Logs:
 * Date           Author       Notes
 * 2024-06-19     LCKFB-LP    first version
 */
#include "bsp_IRdistance.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：LC
 * 备       注：LP
**********************************************************/
void IRdistance_GPIO_Init(void)
{
    RCC_IRDISTANCE_GPIO_ENABLE();     // 使能GPIO时钟
    RCC_IRDISTANCE_ADC_ENABLE();      // 使能ADC时钟

    GPIO_ANALOG_ENABLE();             // PA05设定为模拟输入

    /* ADC配置 */

    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;                   // ADC初始化结构体
    ADC_WdtTypeDef ADC_WdtStructure;                     // ADC看门狗结构体
    ADC_SingleChTypeDef ADC_SingleChStructure;           // ADC单通道转换结构体

    // 配置ADC初始化结构体
    ADC_InitStructure.ADC_OpMode = ADC_SingleChOneMode;  //单通道单次转换模式
    ADC_InitStructure.ADC_ClkDiv = ADC_Clk_Div4;         // 时钟频率 = PCLK / 4 = 64MHz / 4 = 16MHz
    ADC_InitStructure.ADC_SampleTime = ADC_SampTime5Clk; //5个ADC时钟周期
    ADC_InitStructure.ADC_VrefSel = ADC_Vref_VDDA;       //VDDA参考电压
    ADC_InitStructure.ADC_InBufEn = ADC_BufDisable;      //关闭跟随器
    ADC_InitStructure.ADC_TsEn = ADC_TsDisable;          //关闭内置温度传感器
    ADC_InitStructure.ADC_DMAEn = ADC_DmaDisable;        //不触发DMA
    ADC_InitStructure.ADC_Align = ADC_AlignRight;        //ADC转换结果右对齐
    ADC_InitStructure.ADC_AccEn = ADC_AccDisable;        //转换结果累加不使能

    //ADC模拟看门狗通道初始化
    ADC_WdtInit(&ADC_WdtStructure);

    //配置单通道转换模式
    ADC_SingleChStructure.ADC_DiscardEn = ADC_DiscardNull;      // 单通道ADC转换结果溢出保存
    ADC_SingleChStructure.ADC_Chmux = IRDISTANCE_ADC_CHANNEL;   // 选择ADC转换通道
    ADC_SingleChStructure.ADC_InitStruct = ADC_InitStructure;   // ADC初始化结构体
    ADC_SingleChStructure.ADC_WdtStruct = ADC_WdtStructure;     // ADC看门狗结构体

    ADC_SingleChOneModeCfg(&ADC_SingleChStructure);             // 初始化配置

    ADC_Enable(); //ADC使能

    ADC_SoftwareStartConvCmd(ENABLE);    //启动ADC转换
}
/**********************************************************
 * 函 数 名 称：ADC_GET
 * 函 数 功 能：读取一次ADC值
 * 传 入 参 数：无
 * 函 数 返 回：测量到的值
 * 作       者：LCKFB
 * 备       注：
**********************************************************/
uint32_t ADC_GET(void)
{
        ADC_SoftwareStartConvCmd(ENABLE);    //启动ADC转换

        uint32_t adcValue = ADC_GetConversionValue(); // 获取数据

        return adcValue;
}
/**********************************************************
 * 函 数 名 称：Get_Adc_Value
 * 函 数 功 能：获得某个通道的值
 * 传 入 参 数：Count：采集次数
 * 函 数 返 回：无
 * 作       者：LC
 * 备       注：LP
**********************************************************/
float Get_Adc_Value(uint8_t Count)
{
        uint32_t adcValue = 0;
        double ret = 0;

        // 因为采集 SAMPLES 次，故循环 SAMPLES 次
        for(int i = 0; i < Count; i++)
        {
                adcValue += ADC_GET();

        }

        // 求平均值
        ret = (double)adcValue / Count;

        ret = (((double)ret / 4095) * 3.5);

        return ret;
}

/******************************************************************
 * 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：LC
 * 备       注：无
******************************************************************/
double Get_IRdistance_Distance(void)
{
    double adc_new = 0;
    double Distance = 0;
    adc_new = Get_Adc_Value(10);

//    根据官方代码库链接：https://github.com/zoubworldArduino/ZSharpIR
//    得到距离换算公式：
//    【GP2Y0A02YK0F：Using MS Excel, we can calculate function (For distance > 15cm) :
//    Distance = 60.374 X POW(Volt , -1.16)】
    Distance = 60.374 * pow(adc_new,-1.16);

    return Distance;
}

在文件bsp_encoder.h中，编写如下代码。

/*
 * Change Logs:
 * Date           Author       Notes
 * 2024-06-19     LCKFB-LP    first version
 */
#ifndef _BSP_IRDISTANCE_H_
#define _BSP_IRDISTANCE_H_

#include "board.h"

#define RCC_IRDISTANCE_GPIO_ENABLE()    __RCC_GPIOA_CLK_ENABLE()
#define RCC_IRDISTANCE_ADC_ENABLE()     __RCC_ADC_CLK_ENABLE()

#define GPIO_ANALOG_ENABLE()            PA05_ANALOG_ENABLE()    // PA05设定为模拟输入

#define IRDISTANCE_ADC_CHANNEL          ADC_ExInputCH5

#define PORT_IRDISTANCE                 CW_GPIOA

#define GPIO_IRDISTANCE_AO              GPIO_PIN_5

void IRdistance_GPIO_Init(void);
float Get_Adc_Value(uint8_t Count)  ;
double Get_IRdistance_Distance(void);

#endif

04 移植验证

/*
 * Change Logs:
 * Date           Author       Notes
 * 2024-06-19     LCKFB-LP    first version
 */
#include "board.h"
#include "stdio.h"
#include "bsp_uart.h"
#include "bsp_IRdistance.h"

int32_t main(void)
{
    board_init();        // 开发板初始化

    uart1_init(115200);        // 串口1波特率115200

    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）：