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);
		else
			HAL_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 */