使用STM32F103获取光敏电阻传感器数值

1. 适用场景

STM32F103微控制器结合光敏电阻传感器的应用场景十分广泛，特别适合以下领域：

智能照明系统：根据环境光照强度自动调节LED灯的亮度，实现节能环保的智能照明控制。

农业物联网：用于温室大棚的光照监测，确保农作物获得适宜的光照条件，提高产量和质量。

智能家居：自动窗帘控制系统根据室外光照强度自动开合，室内照明系统根据自然光调节亮度。

环境监测：气象站和环保监测设备中的光照强度测量，为环境数据分析提供重要参数。

安防系统：光敏传感器可用于检测异常光照变化，触发报警或监控设备。

2. 适配系统与环境配置要求

硬件要求

• 主控芯片：STM32F103系列微控制器（如STM32F103C8T6）
• 光敏电阻：通用型光敏电阻（GL5528、GL5537等）
• 分压电阻：10kΩ精密电阻
• 开发板：STM32最小系统板或开发板
• 连接线：杜邦线若干
• 电源：3.3V或5V直流电源

软件要求

• 开发环境：Keil MDK、STM32CubeIDE或IAR Embedded Workbench
• 固件库：STM32标准外设库或HAL库
• 调试工具：ST-LINK/V2调试器
• 串口工具：用于数据输出的串口调试助手

环境配置

1. 安装相应的IDE和STM32开发工具链
2. 配置STM32CubeMX生成初始化代码
3. 设置ADC时钟和采样时间
4. 配置GPIO引脚为模拟输入模式

3. 资源使用教程

硬件连接

将光敏电阻与10kΩ电阻串联，连接至3.3V和GND之间，中间节点连接到STM32的ADC输入引脚（如PA0）。这种连接方式构成一个简单的分压电路，光敏电阻的阻值变化会导致中间节点的电压变化。

软件配置步骤

步骤1：ADC初始化

void ADC_Config(void)
{
    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
    // 使能ADC和GPIO时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    
    // 配置ADC引脚为模拟输入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    // ADC参数配置
    ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
    ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
    ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;
    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
    ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
    ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;
    ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
    
    // 配置ADC通道
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_0, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);
    
    // 使能ADC
    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
    
    // ADC校准
    ADC_ResetCalibration(ADC1);
    while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));
    ADC_StartCalibration(ADC1);
    while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
    
    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
}

步骤2：数据读取函数

uint16_t Read_ADC_Value(uint8_t channel)
{
    ADC_RegularChannelConfig(ADC1, channel, 1, ADC_SampleTime_55Cycles5);
    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
    while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC));
    return ADC_GetConversionValue(ADC1);
}

float Get_Light_Intensity(void)
{
    uint16_t adc_value = Read_ADC_Value(ADC_Channel_0);
    float voltage = (adc_value * 3.3) / 4095.0; // 12位ADC，参考电压3.3V
    return voltage; // 可根据需要转换为光照强度值
}

步骤3：主程序循环

int main(void)
{
    SystemInit();
    ADC_Config();
    USART_Config(); // 配置串口用于输出数据
    
    while(1)
    {
        float light_intensity = Get_Light_Intensity();
        printf("光照强度: %.2f V\r\n", light_intensity);
        Delay_ms(1000); // 每秒采样一次
    }
}

数据处理与校准

为了获得更准确的光照强度值，建议进行传感器校准：

1. 在完全黑暗环境下读取ADC值作为最小值
2. 在标准光照条件下读取ADC值作为参考
3. 建立电压与光照强度的转换公式

4. 常见问题及解决办法

问题1：ADC读数不稳定

症状：读取的ADC值跳动较大，不稳定 解决方法：

• 增加软件滤波算法，如移动平均滤波
• 调整ADC采样时间，增加采样周期
• 检查电源稳定性，添加滤波电容
• 使用硬件滤波电路

问题2：测量范围不足

症状：在强光或弱光条件下测量不准确 解决方法：

• 更换不同规格的光敏电阻
• 调整分压电阻的阻值
• 使用运算放大器进行信号调理
• 采用多量程自动切换策略

问题3：响应速度慢

症状：光照变化时响应延迟明显 解决方法：

• 优化ADC采样频率
• 减少软件处理延迟
• 使用DMA方式进行数据采集
• 选择响应速度更快的光敏电阻

问题4：温度影响明显

症状：测量结果受环境温度影响较大 解决方法：

• 进行温度补偿校准
• 选择温度系数较小的光敏电阻
• 添加温度传感器进行实时补偿

问题5：精度不足

症状：测量精度达不到要求 解决方法：

• 使用更高精度的ADC（如16位外部ADC）
• 采用多次采样求平均的方法
• 进行非线性校正
• 使用查表法进行数据转换

调试技巧

1. 使用万用表测量实际电压值，与ADC读数对比
2. 通过串口实时输出原始数据和处理后的数据
3. 在不同光照条件下进行系统性测试
4. 记录测试数据，分析误差来源

通过合理的硬件设计和软件优化，STM32F103与光敏电阻的组合能够提供稳定可靠的光照强度测量解决方案，满足大多数应用场景的需求。