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GD32F470_GP2Y0A02YK0F 红外激光测距传感器 避障测距20-150cm模块移植

时间:2024-04-10 12:33:07浏览次数:25  
标签:DMA 避障 20 150cm dma adc PORT CHANNEL ADC

2.4 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。
2.4.1 模块来源
采购链接:
GP2Y0A02YK0F 红外激光测距传感器 避障测距20-150cm
资料下载链接:
https://pan.baidu.com/s/11dDQHyYJfi0nNyC28vkpoA
资料提取码:qvpm

2.4.2 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
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

2.4.3 移植过程
我们的目标是在梁山派GD32F470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。
2.4.3.1 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。
在这里插入图片描述

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。

图2.2.3.1-2 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。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。

在这里插入图片描述

2.4.3.2 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2.4.3.2-1 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)
在这里插入图片描述

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2.4.3.2-2 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PC2的附加ADC功能。使用ADC0的第12道输入通道。
图2.4.3.2-3 有ADC功能的引脚

红外测距立创·梁山派
VCC5V
GNDGND
DATAPC2

在这里插入图片描述
2.4.3.3 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_IRdistance.c与bsp_IRdistance.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_IRdistance.c中,编写如下代码。

/********************************************************************************
  * 文 件 名: bsp_IRdistance.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_IRdistance.h"
#include "systick.h"
#include "stdio.h"
#include "math.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_IRDISTANCE_GPIO);                
        
        /* 使能ADC时钟 */
    rcu_periph_clock_enable(RCU_IRDISTANCE_ADC);                
  
        /* 使能DMA时钟 */
        rcu_periph_clock_enable(RCU_IRDISTANCE_DMA);
 
        /*        配置ADC时钟        */ 
    adc_clock_config(ADC_ADCCK_PCLK2_DIV4);        
        
        /*        配置PC2为浮空模拟输入模式        */
    gpio_mode_set(PORT_IRDISTANCE, GPIO_MODE_ANALOG, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_IRDISTANCE); // PC2 : ADC012_IN12 
 
        /*        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);//PC2
 
        /*        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电压值
 * 函 数 形 参:CHx 第几个扫描的数据
 * 函 数 返 回:对应扫描的电压值
 * 作       者:LC
 * 备       注:返回值最低0  最高4095
******************************************************************/
float Get_Adc_Dma_Value(char CHx)
{   
        unsigned char i = 0;
        unsigned int AdcValue = 0;
    double ret = 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 */
        ret = (double)AdcValue / SAMPLES;
    //手动减去电压误差 0.64
    ret = (((double)ret / 4095) * 3.3);
        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_Dma_Value(0);
    
//    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。

#ifndef _BSP_IRDISTANCE_H_
#define _BSP_IRDISTANCE_H_
 
#include "gd32f4xx.h"
 
 
#define RCU_IRDISTANCE_GPIO    RCU_GPIOC
#define RCU_IRDISTANCE_ADC     RCU_ADC0
#define RCU_IRDISTANCE_DMA     RCU_DMA1

#define PORT_DMA        DMA1
#define CHANNEL_DMA     DMA_CH0

#define PORT_ADC     ADC0
#define CHANNEL_ADC     ADC_CHANNEL_12

#define PORT_IRDISTANCE     GPIOC
#define GPIO_IRDISTANCE     GPIO_PIN_2


 //采样次数
#define SAMPLES         100
//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);
float Get_Adc_Dma_Value(char CHx);
double Get_IRdistance_Distance(void);

#endif

2.4.4 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 "stdio.h"
#include "bsp_irdistance.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

    usart_gpio_config(115200U);
    ADC_DMA_Init();
    printf("ADC+DMA demo start\r\n");
    while(1)
    {
        printf("Distance = %.2f\r\n", Get_IRdistance_Distance() );
        
        delay_1ms(1000);
    }
}

移植现象:输出ADC值和换算后的实际距离。

在这里插入图片描述
移植成功示例,见文件2.4.4-1 。
文件2.4.4-1

标签:DMA,避障,20,150cm,dma,adc,PORT,CHANNEL,ADC
From: https://blog.csdn.net/weixin_46893326/article/details/137306724

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