上位机如何获得环境声音强度的大小酸度计

上位机如何获得环境声音强度的大小

大家好，我是小哈哥，最近几篇网文，会给大家分享一个知识星球球友的问答，希望感兴趣的持续关注。

问题由来

星球网友的提问，有问必答：

咱们把这个问题拆分开，由接下来几篇网文回答：

基于Modbus协议将电压数据上传至上位机Qt程序解析Modbus协议，并将解析之后的结果显示在曲线中将温度数据保存至Excel中

这三篇内容为本问题涉及的三个知识点，今天来分享第一个问题，其他问题，稍后陆续分享。

声音传感器模块

声音传感器的作用相当于一个话筒（麦克风），它用来接收声波。

该传感器内置一个对声音敏感的电容式驻极体话筒。声波使话筒内的驻极体薄膜振动，导致电容的变化，进而产生与之变化对应的微小电压。

这一电压随后经放大器被转化成0~VCC的电压，电压值的大小等价于声音强度的大小，经过A/D转换即可求得相对声音强度的AD值。

原理图

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

LM386是一款功率放大器，具有自身功耗低、更新内链增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点的功率放大器，广泛应用于录音机和收音机之中。

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，并通过内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功能的引脚，读取模拟值。

硬件连接声音传感器端STM32端OUTPA1VCC5VGNDGND

注意：模块介绍里要求VCC为5V供电，不过我测试使用3.3V供电也是可以的。

STM32进行AD转换步骤引用adc功能

要使用ADC功能，必需引用stm32f10x_adc.c 文件和 stm32f10x_adc.h 文件。

ADC功能初始化

开启对应GPIO口和ADC功能时钟，设置使用的GPIO为模拟输入。

我们这里选用核心板上预留的PA1。

查询STM32F103的数据手册如下：

由上图，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都在同一个管脚PA1上。

STM32 的 ADC 通道与 GPIO 对应表

我们这里选择ADC1（选择ADC2和ADC3亦可）。

voidAdc_Init(void){ADC_InitTypeDefADC_InitStructure;GPIO_InitTypeDefGPIO_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672M/6=12,ADC最大时间不能超过14M//PA1引脚初始化GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_1;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_AIN;//注意此处，模拟输入引脚GPIO_Init(GPIOA,&GPIO_InitStructure);ADC_DeInit(ADC1);//复位ADC1,将外设ADC1的全部寄存器重设为缺省值ADC_InitStructure.ADC_Mode=ADC_Mode_Independent;//ADC工作模式:ADC1和ADC2工作在独立模式ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode=DISABLE;//模数转换工作在单通道模式，不使用扫描ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode=DISABLE;//模数转换工作在单次转换模式ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv=ADC_ExternalTrigConv_None;//转换由软件而不是外部触发启动ADC_InitStructure.ADC_DataAlign=ADC_DataAlign_Right;//ADC数据右对齐ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel=1;//顺序进行规则转换的ADC通道的数目ADC_Init(ADC1,&ADC_InitStructure);//根据ADC_InitStruct中指定的参数初始化外设ADCx的寄存器ADC_Cmd(ADC1,ENABLE);//使能指定的ADC1ADC_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}获取声音传感器的输出值

声音传感器的输出值——电压值，该电压值的大小，间接等价于声音的大小。

上面已经完成了PA1引脚的初始化，要想求得该引脚的输入电压，我们封装一个获取ADC值的函数u16 Get_Adc(u8 ch)。

u16Get_Adc(u8ch){//设置指定ADC的规则组通道，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);//使能指定的ADC1的软件转换启动功能while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1,ADC_FLAG_EOC));//等待转换结束returnADC_GetConversionValue(ADC1);//返回最近一次ADC1规则组的转换结果}

要想求得PA1引脚的ADC值，只需要这样调用即可：Get_Adc(1) ; ，函数的返回值即获得的电压值。

有时为了减小随机误差，我们可以对求得的ADC结果进行多次测量取平均值。

ADC结果验证

可以将PA1引脚通过杜邦线接触核心板上的3.3V和GND，看看结果是否为4095和0附近的值。

或者直接连接声音传感器模块，改变周围环境的声音大小，看看输出值是否随着声音的大小变化而变化，如果变化规律一致，说明ADC求得值应该问题不大。

通讯协议

经过上面几步，声音传感器的值我们得到了，那么怎么将这个值上传至上位机呢？

要想传输数据，我们首先要选择与上位机的通讯方式，常见的通讯方式有RS232、RS485、USB、网络等方式。

这里我们选用串口实现下位机与上位机的通信，串口通信最简单，耗费资源也最少。

有了通信方式，为了保证通信双方可以正常交互，接来下我们要规定一下通讯协议。

一般主机端获取传感器值，一般都是一问一答情况，工业控制领域最常使用的通讯协议就是Modbus协议。

因为我们要读取的电压值为只读，所以我们这里选用功能码0x04即可。

04：INPUT REGISTER：输入寄存器，读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，可读但是不可写，常用于模拟量输入。

按照Modbus对寄存器的分类，电流、电压值属于模拟量，只能读不能写，属于输入寄存器类别，这里严格讲只能用0x04功能码。

Modbus协议的格式

主机发送的指令：

地址功能码寄存器起始地址寄存器数量CRC校验位01H04H0x00000x0001前面所有字节的CRC16校验和，2个字节，低字节在前

从机返回：

地址功能码寄存器字节总数寄存器数据CRC校验位01H04H0x02电压值前面所有字节的CRC16校验和，2个字节，低字节在前

我们使用STM32F103自带的ADC功能，因为它的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

串口接收及发送

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。

从机接收指令

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}从机发送数据

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：

u16crc16;u8checkBitLow,checkBitHig;u8sendBuf[20];u16nADCValue=0;//获取AD的值nADCValue=Get_Adc(1);//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，数据帧验证通过之后，将当前的声音传感器的值封装到待发送的数据帧中，然后发送给上位机。

调试验证

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。

通过ModScan32软件，我们可以得到实时的声音强度大小。

总结

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。

参考阅读

土壤湿度传感器，出远门再也不怕花没人浇水了

STM32F103 串口的使用方法

[网友问答2]上位机如何与STM32进行串口通信

干货 | Modbus协议调试分享

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