声音传感器模块

星球网友的问题必须回答：

让我们把这个问题分开，回答以下几篇网文：

• 基于Modbus协议将电压数据上传到上位机
• Qt程序解析Modbus协议并在曲线中显示分析结果
• 保存温度数据Excel中

这三个内容是这个问题涉及的三个知识点。今天，让我们分享第一个问题和其他问题，然后一个接一个地分享。

传感器模块上的麦克风可以将音频信号转换为电信号(模拟量)STM32自带ADC该功能将模拟量转换为数字量。

LM386是一种功率放大器，具有功耗低、更新内链增益可调、电源电压范围大、外部元件少、总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机。

麦克风将声音信号转换为电信号，然后将信号发送到LM386的引脚3，并通过外部电路将它们输出到引脚5（模块的引脚OUT）。然后使用STM32中具有ADC读取模拟值。

注意：模块介绍中的要求VCC为5V电源，但我测试使用3.3V供电也可以。

要使用ADC必须引用功能stm32f10x_adc.c 文件和 stm32f10x_adc.h 文件。

开启对应GPIO口和ADC功能时钟，设置使用GPIO模拟输入。

我们在这里选择核心板预留的PA1。

查询STM32F103数据手册如下：

我们知道PA1引脚有ADC123_IN1标识，ADC123_IN1代表ADC1的通道1、ADC2的通道1、ADC3的通道1在同一个管脚PA1上。

STM32 的 ADC 通道与 GPIO 对应表

我们在这里选择ADC1（选择ADC2和ADC3亦可）。

void  Adc_Init(void) {    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;   GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA |RCC_APB2Periph_ADC1 , ENABLE );   //使能ADC1通道时钟    RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);   //设置ADC分频因子6 72M/6=12,ADC最大时间不超过144M   //PA1引脚初始化  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;  //注意这里，模拟输入引脚  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);   ADC_DeInit(ADC1);  //复位ADC1,将外设 ADC1 所有寄存器重新设置为缺省值   ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //ADC工作模式:ADC1和ADC在独立模式下工作  ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE; //模数转换工作在单通道模式下，不使用扫描  ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE; ///模数转换工作单次转换模式  ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; //转换由软件而不是外部触发  ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; //ADC数据右对齐  ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1; ///按顺序转换规则ADC通道的数目  ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure); //根据ADC_InitStruct初始化外设中指定的参数ADCx的寄存器        ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); //使能指定ADC1    ADC_ResetCalibration(ADC1); //使能复位校准       while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); //等待复位校准结束    ADC_StartCalibration(ADC1);  //开启AD校准    while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));  //等待校准结束 } 

声传感器的输出值-电压值，间接等同于声的大小。

以上已完成PA1为了获得引脚的输入电压，我们包装了引脚的初始化ADC值的函数u16 Get_Adc(u8 ch)。

u16 Get_Adc(u8 ch)    {    //设置指定ADC规则组通道，一个序列，采样时间  ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 ); //ADC1,ADC通道,采样时间为239.5周期          ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);  //使能指定ADC1软件转换启动功能      while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));//等待转换结束   return ADC_GetConversionValue(ADC1); //回到最后一次ADC1规则组的转换结果 } 

要想求得PA1引脚的ADC值，只需这样调用：Get_Adc(1) ; ，函数返回值是获得的电压值。

有时候，为了减少随机误差，我们可以找到它ADC多次测量取平均值。

可以将PA1引脚通过杜邦线接触核心板3.3V和GND，看看结果是否接近4095和0。

或者直接连接声传感器模块，改变周围环境的声音大小，看输出值是否随声音大小而变化。如果变化规则一致，则表示ADC求得值应该不是问题。

通过以上步骤，我们得到了声传感器的值，那么如何将这个值上传到上位机呢？

要传输数据，首先要选择与上位机的通信方式。常见的通信方式有RS232、RS485、USB、网络等。

在这里，我们选择串口来实现下位机和上位机之间的通信通信最简单，资源消耗最少。

有了通信方式，为了保证通信双方能够正常交互，接下来要规定通信协议。

一般来说，主机端获得传感器值通常是一个问答。工业控制领域最常用的通信协议是Modbus协议。

因为我们想读的电压值只读，所以我们在这里选择功能码0x04即可。

04：INPUT REGISTER：输入寄存器，读取WORD类型、字操作、输入参数、控制器运行时从外部设备获得的参数，可读但不能写，常用于模拟输入。

按照Modbus对于寄存器的分类，电流和电压值属于模拟量，只能读不能写，属于输入寄存器的类别。严格来说，只能用0x04功能码。

主机发送的指令：

从机返回：

我们使用STM32F103自带的ADC功能，因为他的AD是12位的，所以我们用一个16位整数表示该电压值即可，所以我们从机返回的寄存器数据占用2个字节。

上位机发送的指令：

读取当前电压：nAddr, 0x04, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01, checkBitHig, checkBitLow

即： 01 04 00 00 00 01 31 CA

为了方便调试，我们使用最小系统核心板的串口1接收和发送传感器数据。

Modbus协议一般用于一主多从结构，主机主动发送指令，从机被动接收指令。

从机接收到指令后，对接收到的指令进行解析，然后根据指令向主机返回对应的内容。

当串口接收超时时，我们将获得一帧数据，这个数据保存至USART_RX_BUF数组中，接下来我们就对这个数组中的内容进行解析：

//解析接收到的串口数据
//串口1收到的信息
if(USART_RX_STA&0x8000)
{ 
    uart1Len=USART_RX_STA&0x3f;            			//得到此次接收到的数据长度   

    if(uart1Len==8)
    {
        crc16 = chkcrc(USART_RX_BUF, 6);
        checkBitLow = (u8)(crc16 & 0xff);				//校验位低8位
        checkBitHig = (u8)((crc16 >> 8) & 0xff);		//校验位高8位

        //低字节在前
        if(checkBitLow==USART_RX_BUF[6] && checkBitHig==USART_RX_BUF[7])
        {
            if(USART_RX_BUF[0] == 0x01)             //我们可以规定地址0x01即为获取声音传感器的值
            {
                //... ...
            }
        }
    }


    USART_RX_STA=0;   
    memset(USART_RX_BUF, 0, sizeof(USART_RX_BUF));                          //清空数组  
} 

根据主机的指令，从机返回对应的数据给主机。

从机发送的数据要满足Modbus协议返回数据的帧格式。

具体发送数据的代码如下：

u16 crc16; 
u8 checkBitLow, checkBitHig;
u8 sendBuf[20];
u16 nADCValue = 0;
//获取AD的值
nADCValue = Get_Adc_Average(1,10); 

//格式化待发送数据
sendBuf[0] = 0x01;
sendBuf[1] = 0x04;
sendBuf[2] = 0x02;
sendBuf[3] = ((nADCValue >> 8) & 0xff); //0x18;//
sendBuf[4] = (nADCValue & 0xff);        //0xD5;//
crc16 = chkcrc(sendBuf, 5);
checkBitLow = (u8)(crc16 & 0xff);				//校验位低8位
checkBitHig = (u8)((crc16 >> 8) & 0xff);		//校验位高8位
sendBuf[5] = checkBitLow;
sendBuf[6] = checkBitHig;

//串口发送，发送结果数据至主机
USART_OUT(sendBuf, 7);

上位机打开串口助手，以十六进制的方式发送数据帧：01 04 00 00 00 01 31 CA 。

STM32端收到串口指令之后，解析此数据帧，将当前的声音传感器的值封装数据帧之后，发送给上位机。

使用ModScan32软件对我们实现的下位机程序进行验证。

ModScan32是一个运行在Windows下，作为在RTU或者ASCII传输模式下的Modbus协议主设备的应用程序。

这样我们就把声音传感器的数值通过串口上传到了上位机中，实现了Modbus协议的主机、从机的交互，对于不同传感器、不同节点，我们只需要设定不同的地址即可。

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