基于STM32的感应开关垃圾桶

1.定时器介绍

1.1 工作原理

使用精准的时基，通过硬件的方式，实现定时功能。

1.2 定时器分类

  • 基本定时器（TIM6~TIM7）
  • 通用定时器（TIM2~TIM5）
  • 高级定时器（TIM1和TIM8）

1.3 通用定时器介绍

1) 16 位向上、向下、向上/向下自动装载计数器（TIMx_CNT）。
2) 16 位可编程(可以实时修改)预分频器(TIMx_PSC)，计数器时钟频率的分频系数为 1～65535 之间的任意数值。
3）4 个独立通道（TIMx_CH1~4），这些通道可以用来作为：
        A．输入捕获
        B．输出比较
        C．PWM 生成(边缘或中间对齐模式)
        D．单脉冲模式输出
4）可使用外部信号（TIMx_ETR）控制定时器和定时器互连（可以用 1 个定时器控制另外一个定时器）的同步电路。
5）如下事件发生时产生中断/DMA：
        A．更新：计数器向上溢出/向下溢出，计数器初始化(通过软件或者内部/外部触发)
        B．触发事件(计数器启动、停止、初始化或者由内部/外部触发计数)
        C．输入捕获
        D．输出比较
        E．支持针对定位的增量(正交)编码器和霍尔传感器电路
        F．触发输入作为外部时钟或者按周期的电流管理

1.4 定时器计数模式

1.5 定时器溢出时间计算公式

例如，要定时500ms，则：PSC=7199，ARR=4999，Tclk=72M（PSC和ARR的值没有规定 只需要预先想好溢出时间的值 通过公式能够整除得到即可）

1.6 定时器中断实验

需求：使用定时器中断方法，每500ms翻转一次LED1灯状态。
1. RCC配置
2. LED1灯配置
3. 时钟数配置
4. TIM2配置

5. 工程配置
6. 重写更新中断回调函数

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{if(htim->Instance == TIM2){HAL_GPIO_TogglePin(GPIOB,GPIO_PIN_8);//翻转电平}
}

7. 启动定时器
在main.c中，在定时器初始化命令之后加入以下代码：

HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);

2.PWM介绍

2.1 STM32F103C8T6 PWM资源

高级定时器（TIM1）：7路
通用定时器（TIM2~TIM4）：各4路

2.2 PWM输出模式

  • PWM模式1：在向上计数时，一旦 CNT < CCRx 时输出为有效电平，否则为无效电平； 在向下计数时，一旦 CNT > CCRx 时输出为无效电平，否则为有效电平。
  • PWM模式2：在向上计数时，一旦 CNT < CCRx 时输出为无效电平，否则为有效电平； 在向下计数时，一旦 CNT > CCRx 时输出为有效电平，否则为无效电平。

2.3 PWM周期与频率

2.4 PWM占空比

由TIMx_CCRx寄存器决定。

2.5 PWM实验

需求：使用PWM点亮LED1实现呼吸灯效果。

2.5.1 LED灯为什么可以越来越亮，越来越暗？

这是由不同的占空比决定的。

2.5.2 如何计算周期/频率？

假如频率为 2kHz ，则：PSC=71，ARR=499

2.5.3 LED1连接到哪个定时器的哪一路？

学会看产品手册

2.6 PWM呼吸灯实验

1. 设置时钟
2. 设置定时器

3. 配置工程
4. 业务代码

// 定义变量
uint16_t pwmVal=0; //调整PWM占空比
uint8_t dir=1; //设置改变方向。1：占空比越来越大；0：占空比越来越小
// 使能 Timer4 第3通道 PWM 输出
HAL_TIM_PWM_Start(&htim4,TIM_CHANNEL_3);
// while循环实现呼吸灯效果
while (1)
{HAL_Delay(1);if(dir){pwmVal++;if(pwmVal >= 499){dir = 0;}}else{pwmVal--;if(pwmVal == 0){dir = 1;}}//修改比较值，修改占空比__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_3, pwmVal);
}

3.项目需求

  • 检测靠近时，垃圾桶自动开盖并伴随滴一声，2秒后关盖
  • 发生震动时，垃圾桶自动开盖并伴随滴一声，2秒后关盖
  • 按下按键时，垃圾桶自动开盖并伴随滴一声，2秒后关盖

4.项目框图

5.sg90舵机介绍及实战

 PWM波的频率不能太高，大约50HZ，即周期=1/频率=1/50=0.02s，20ms左右。

5.1 确定频率/周期

 如果周期为20ms，则 PSC=7199，ARR=199

5.2 角度控制

0.5ms-------------0度； 2.5% 对应函数中CCRx为5
1.0ms------------45度； 5.0% 对应函数中CCRx为10
1.5ms------------90度； 7.5% 对应函数中CCRx为15
2.0ms-----------135度； 10.0% 对应函数中CCRx为20
2.5ms-----------180度； 12.5% 对应函数中CCRx为25

5.3 CCRx计算

以0度为例：

 

这里的CCRx就是有效电平 上下图对比可知CCRx对应0.5ms ARR对应20ms 呈现比例关系 但在上面我们设置ARR=200 所以通过比例式得到：

5.4 编程实现

5.4.1 需求

每隔1s，转动一个角度：0度 --> 45度 --> 90度 --> 135度 --> 180度 --> 0度

5.4.2 硬件接线

5.4.3 代码

HAL_TIM_PWM_Start(&htim4,TIM_CHANNEL_3);
while (1)
{HAL_Delay(1000);__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_3, 5);HAL_Delay(1000);__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_3, 10);HAL_Delay(1000);__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_3, 15);HAL_Delay(1000);__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_3, 20);HAL_Delay(1000);__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_3, 25);
}

6.超声波模块介绍及实战

6.1 超声波传感器介绍

6.2 编程实现

6.2.1 需求

使用超声波测距，当手离传感器距离小于5cm时，LED1点亮，否则保持不亮状态。

6.2.2 接线

Trig --- PB6
Echo --- PB7
LED1 --- PB8

6.2.3 定时器配置

6.2.4 编写微妙级函数
/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
//使用TIM2来做us级延时函数
void TIM2_Delay_us(uint16_t n_us)
{/* 使能定时器2计数 */__HAL_TIM_ENABLE(&htim2);__HAL_TIM_SetCounter(&htim2, 0);while(__HAL_TIM_GetCounter(&htim2) < ((1 * n_us)-1) );/* 关闭定时器2计数 */__HAL_TIM_DISABLE(&htim2);
}/* USER CODE END 0 */
6.2.5 主函数

//1. Trig ，给Trig端口至少10us的高电平

//2. echo由低电平跳转到高电平，表示开始发送波

        //波发出去的那一下，开始启动定时器

//3. 由高电平跳转回低电平，表示波回来了

        //波回来的那一下，我们开始停止定时器

//4. 计算出中间经过多少时间

//5. 距离 = 速度 （340m/s）* 时间/2（计数1次表示1us） //每500毫秒测试一次距离

  /* USER CODE BEGIN 1 */int cnt=0;float distance=0;/* USER CODE END 1 *//* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 *///1. Trig ，给Trig端口至少10us的高电平HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_SET);//拉高TIM2_Delay_us(20);HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_RESET);//拉低//2. echo由低电平跳转到高电平，表示开始发送波//波发出去的那一下，开始启动定时器while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_7)==GPIO_PIN_RESET);HAL_TIM_Base_Start(&htim2);__HAL_TIM_SetCounter(&htim2, 0);//3. 由高电平跳转回低电平，表示波回来了//波回来的那一下，我们开始停止定时器while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_7)==GPIO_PIN_SET);HAL_TIM_Base_Stop(&htim2);//4. 计算出中间经过多少时间time_us = __HAL_TIM_GetCounter(&htim2);//5. 距离 = 速度 （340m/s）* 时间/2（计数1次表示1us）distance = time_us * 340/2 * 0.000001 * 100; //单位：cm//距离小于10，点灯if(distance < 5)HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_8,GPIO_PIN_RESET);elseHAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_8,GPIO_PIN_SET);//每500毫秒测试一次距离HAL_Delay(500);}/* USER CODE END 3 */

7.项目设计与实现

7.1 项目设计

超声波模块：
Trig -- PB6
Echo -- PB7

sg90舵机：

PWM -- PB9

按键：
KEY1 -- PA0

LED灯：
LED1 -- PB8

震动传感器：
D0 -- PB5
VCC -- 5V

蜂鸣器：
IO -- PB4
VCC -- 3V3

7.2 项目实现

/* Private variables ---------------------------------------------------------*//* USER CODE BEGIN PV */
float distance;
#define OPEN 1
#define CLOSE 0
/* USER CODE END PV *//* USER CODE BEGIN PV */
char flag = CLOSE;
/* USER CODE END PV *//* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 *///测距获取信息
float get_distance()
{//1. Trig ，给Trig端口至少10us的高电平HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_SET);//拉高TIM2_Delay_us(20);HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_6,GPIO_PIN_RESET);//拉低//2. echo由低电平跳转到高电平，表示开始发送波//波发出去的那一下，开始启动定时器while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_7)==GPIO_PIN_RESET);HAL_TIM_Base_Start(&htim2);__HAL_TIM_SetCounter(&htim2, 0);//3. 由高电平跳转回低电平，表示波回来了//波回来的那一下，我们开始停止定时器while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_7)==GPIO_PIN_SET);HAL_TIM_Base_Stop(&htim2);//4. 计算出中间经过多少时间	//5. 距离 = 速度 （340m/s）* 时间/2（计数1次表示1us）return __HAL_TIM_GetCounter(&htim2) * 340/2 * 0.000001 * 100; //单位：cm
}void openStatusLight()
{HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_8,GPIO_PIN_RESET);//打开LED1
}void closeStatusLight()
{HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_8,GPIO_PIN_SET);//熄灭LED1
}void initSG90()
{HAL_TIM_PWM_Start(&htim4,TIM_CHANNEL_4);__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_4, 5);//将舵机设罿0度
}//开盖，亮指示灯，蜂鸣器响
void openDubsin()
{if(flag == CLOSE){__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_4, 15);//打开垃圾盖 舵机设置90度HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_4,GPIO_PIN_RESET);HAL_Delay(100);HAL_GPIO_WritePin(GPIOB,GPIO_PIN_4,GPIO_PIN_SET);flag = OPEN;}HAL_Delay(2000);
}//关盖，灭指示灯，每100ms检测一次
void closeDubsin()
{__HAL_TIM_SetCompare(&htim4, TIM_CHANNEL_4, 5);flag = CLOSE;HAL_Delay(150);
}//按键、震动传感器中断
void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t GPIO_Pin)
{if(GPIO_Pin == GPIO_PIN_0 || GPIO_Pin == GPIO_PIN_5){if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA,GPIO_PIN_0) == GPIO_PIN_RESET ||HAL_GPIO_ReadPin(GPIOB,GPIO_PIN_5) == GPIO_PIN_RESET){openStatusLight();openDubsin();//这里只需要设置打弿的原因：按键或振动进入中断 打开垃圾盖后逿出中断 当执行到whlie时 超声波模块会不断进行测距 当大于10cm时 垃圾盖会自动关上}}	}
}//使用TIM2来做us级延时函数
void TIM2_Delay_us(uint16_t n_us)
{/* 使能定时器2计数 */__HAL_TIM_ENABLE(&htim2);__HAL_TIM_SetCounter(&htim2, 0);while(__HAL_TIM_GetCounter(&htim2) < ((1 * n_us)-1) );/* 关闭定时器2计数 */__HAL_TIM_DISABLE(&htim2);
}/* USER CODE END 0 */
//===================================================================/* USER CODE BEGIN SysInit */HAL_NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn,0,0);//提高滴答定时器优先级/* USER CODE END SysInit *//* Initialize all configured peripherals */MX_GPIO_Init();MX_TIM2_Init();MX_TIM4_Init();/* USER CODE BEGIN 2 */initSG90();//舵机初始化 其函数内有使能开始输出PWM信号HAL_NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn,0,0);//提高滴答定时器（Delay函数）的中断优先级（提升到0/* USER CODE END 2 *//* Infinite loop *//* USER CODE BEGIN WHILE */while (1){/* USER CODE END WHILE *//* USER CODE BEGIN 3 *///距离检测开关盖distance = get_distance();//超声波测距if(distance < 10)//小于10cm 打开垃圾盖同时LED1开启{openStatusLight();openDubsin();}else//大于10cm 关闭垃圾盖同时LED1熄灭{closeStatusLight();closeDubsin();}}/* USER CODE END 3 */

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