基于STM32的光电传感器模块实验

实验内容

• 了解光电开关工作原理。
• 编写程序检测光电开关状态，当有物体穿过U型槽时底座红色LED灯亮起。

实验目的

• 认识光电传感器；
• 了解光电传感器工作原理；
• 掌握光电传感器配合其他模块使用技巧。

实验环境

实验所需硬件

序号	名称	数量	备注
1	电脑	1台	系统Windows7及以上
2	STM32底座模块	1个	·
3	光电传感器模块	1个	·
4	ST-Link下载器	1个	·
5	ST-Link下载器连接线	1根	·
6	光电传感器实验代码	1份	·

实验所需软件

• MDK5 安装步骤

• ST-LINK 驱动安装步骤

• Git 软件下载(可选)

ST-Link下载器 & ST-Link下载器连接线

STM32底座：HIVE PRO STM32是一种基于STM32F103C8T6芯片的蜂巢底座。

光电开关模块

实验要求

• 理解光电传感器工作原理；
• 能够编写程序检测光电传感器输出信号。

实验原理

光电传感器工作原理

利用光学元件，在传播媒介中间使光束发生变化；利用光束来反射物体；使光束发射经过长距离后瞬间返回。光电开关是由发射器、接收器和检测电路三部分组成。发射器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于发光二极管（LED）和激光二极管。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。受脉冲调制的光束辐射强度在发射中经过多次选择，朝着目标不间接地运行。接收器有光电二极管或光电三极管组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面的是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。

光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电一光一电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。光电耦合器的种类较多，常见有光电二极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等。工作原理在光电耦合器输入端加电信号使发光源发光，光的强度取决于激励电流的大小，此光照射到封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生了光电流，由受光器输出端引出，这样就实现了电一光一电的转换。

由振荡回路产生的调制脉冲经反射电路后，由发光管GL辐射出光脉冲。当被测物体进入受光器作用范围时，被反射回来的光脉冲进入光敏三极管DU。光电开关并在接收电路中将光脉冲解调为电脉冲信号，再经放大器放大和同步选通整形，然后用数字积分或RC积分方式排除干扰，最后经延时（或不延时）触发驱动器输出光电开关控制信号。 光电开关一般都具有良好的回差特性，因而即使被检测物在小范围内晃动也不会影响驱动器的输出状态，从而可使其保持在稳定工作区。同时，自诊断系统还可以显示受光状态和稳定工作区，以随时监视光电开关的工作。

硬件原理图

光电传感器原理图

实验步骤

① 将光电开关模块安装在STM32底座上，ST_LINK连接电脑与STM32底座，如下图所示：

② 访问github,进入github界面后点击Code，Clone HTTPS安全链接，如下图所示：

③ 打开电脑终端，进入工作目录workspace (workspace 为工程文件夹所在目录)：

$ cd workspace

④ 运行clone命令：

$ git clone https://github.com/aiotcom/eps.git

下载目录至指定文件夹下。
如果提示“command not found”表示电脑没有安装Git，请至Git官网下载。
如果电脑没有安装 Git 软件，也可以进入Github，点击 Code -> DownLoad ZIP 下载所有工程代码。如下图所示：

如果电脑没有公网，可以进：D盘\实验教程与代码选择相应的代码。

⑤ 打开MDK5工程软件，点击工具栏： ` Project -> Open Project，选择工程文件：基于STM32的模块实验\4.光电传感器模块\光电传感器模块程序\USER\Optocoupler.uvprojx` 并打开。

⑥ 工程启动后，点击 Rebuild 重新编译。如下图：

⑦ 编译成功，如下图：

⑧ 点击 Download 按钮下载程序，如下图所示：

⑨ 下载完成后，将USB线进行重连操作（即：将STLink的USB线从底座上取下，再重新接上）。

⑩ 观察底座LED灯，没有物体遮挡U行槽的时候底座灯不亮。如下图:

⑪ 当使用物体遮挡U型槽时，底座亮红色LED灯。如下图：

代码讲解

① 程序目录结构，如下图。CORE文件夹为STM32内核代码，HALLIB文件文件夹为底层HAL库文件。我们主要关心，main.c及HARDWARE中的代码。

② main.c中对光电开关、底座灯进行初始化，检测光电开关反馈的信号，点亮底座灯或者熄灭底座灯。

    int main(void)
    {
        HAL_Init();//初始化HAL库    
        Optocoupler_Init();//初始化光电传感器，使能传感器
        DZD_Init();//初始化底座灯控制IO
    
        while(1)
        {
            if(Optocoupler_State_Read())//读取光电状态
            {//有数据
                /*底座灯亮红色*/      
                DZD_ColSet(DZD_RED);
            }
            else
            {//无数据
                /*底座灯全熄灭*/
                DZD_ColSet(DZD_BLACKOUT);
            }
        }
    }

通过调用Optocoupler_State_Read(),光电开关反馈的信号，该函数返回1，光电开关检测到有遮挡物，反则之。调用DZD_ColSet (),设置底座灯的颜色。

    while(1)
        {
            if(Optocoupler_State_Read())//读取光电状态
            {//有数据
                /*底座灯亮红色*/      
                DZD_ColSet(DZD_RED);
            }
            else
            {//无数据
                /*底座灯全熄灭*/
                DZD_ColSet(DZD_BLACKOUT);
            }
        }

常见问题

1. 弹出警告窗口，不能下载程序。

   • 请确认STLink驱动、STM32F103C8的DFP包是否安装。
   • STLink仿真器是否正常接入。

2. 下载代码后程序没观察到实验现象

   • 请重新上电，或者按下底座上的复位按键。
   • 模块没有安装稳妥。

实验思考

1. 光电开关检测到遮挡物，切换底座灯颜色，循环显示红色、绿色、蓝色。