大家好，我是小哈哥，最近幾篇網文，會給大家分享一個知識星球球友的問答，希望感興趣的持續關注。

問題由來

星球網友的提問，有問必答：

咱們把這個問題拆分開，由接下來幾篇網文回答：

• 基于Modbus協議將電壓數據上傳至上位機
• Qt程序解析Modbus協議，并將解析之后的結果顯示在曲線中
• 將溫度數據保存至Excel中

這三篇內容為本問題涉及的三個知識點，今天來分享第一個問題，其他問題，稍后陸續分享。

聲音傳感器模塊

聲音傳感器的作用相當于一個話筒（麥克風），它用來接收聲波。

該傳感器內置一個對聲音敏感的電容式駐極體話筒。聲波使話筒內的駐極體薄膜振動，導致電容的變化，進而產生與之變化對應的微小電壓。

這一電壓隨后經放大器被轉化成0~VCC的電壓，電壓值的大小等價于聲音強度的大小，經過A/D轉換即可求得相對聲音強度的AD值。

原理圖

傳感器模塊上的麥克風可將音頻信號轉換為電信號（模擬量），然后通過STM32自帶ADC功能將模擬量轉換為數字量。

LM386是一款功率放大器，具有自身功耗低、更新內鏈增益可調整、電源電壓范圍大、外接元件少和總諧波失真小等優點的功率放大器，廣泛應用于錄音機和收音機之中。

麥克風將聲音信號轉換為電信號，然后將信號發送到LM386的引腳3，并通過外部電路將它們輸出到引腳5（模塊的引腳OUT）。然后使用STM32中具有ADC功能的引腳，讀取模擬值。

硬件連接

聲音傳感器端STM32端

AO	PA1
VCC	5V
GND	GND

注意：模塊介紹里要求VCC為5V供電，不過我測試使用3.3V供電也是可以的。

STM32進行AD轉換步驟

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

開啟對應GPIO口和ADC功能時鐘，設置使用的GPIO為模擬輸入。

我們這里選用核心板上預留的PA1。

查詢STM32F103的數據手冊如下：

我們知道PA1引腳有ADC123_IN1標識，ADC123_IN1代表ADC1的通道1、ADC2的通道1、ADC3的通道1都在同一個管腳PA1上。

STM32 的 ADC 通道與 GPIO 對應表

我們這里選擇ADC1（選擇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通道時鐘RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6); //設置ADC分頻因子6 72M/6=12,ADC最大時間不能超過14M//PA1引腳初始化GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; //注意此處，模擬輸入引腳GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);ADC_DeInit(ADC1); //復位ADC1,將外設 ADC1 的全部寄存器重設為缺省值ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; //ADC工作模式:ADC1和ADC2工作在獨立模式ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE; //模數轉換工作在單通道模式，不使用掃描ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE; //模數轉換工作在單次轉換模式ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; //轉換由軟件而不是外部觸發啟動ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; //ADC數據右對齊ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1; //順序進行規則轉換的ADC通道的數目ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure); //根據ADC_InitStruct中指定的參數初始化外設ADCx的寄存器 ADC_Cmd(ADC1, ENABLE); //使能指定的ADC1ADC_ResetCalibration(ADC1); //使能復位校準 while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1)); //等待復位校準結束ADC_StartCalibration(ADC1); //開啟AD校準while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1)); //等待校準結束 }

獲取聲音傳感器的輸出值

聲音傳感器的輸出值——電壓值，該電壓值的大小，間接等價于聲音的大小。

上面已經完成了PA1引腳的初始化，要想求得該引腳的輸入電壓，我們封裝一個獲取ADC值的函數u16 Get_Adc(u8 ch)。

u16 Get_Adc(u8 ch) {//設置指定ADC的規則組通道，一個序列，采樣時間ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 ); //ADC1,ADC通道,采樣時間為239.5周期 ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); //使能指定的ADC1的軟件轉換啟動功能 while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));//等待轉換結束return ADC_GetConversionValue(ADC1); //返回最近一次ADC1規則組的轉換結果 }

要想求得PA1引腳的ADC值，只需要這樣調用即可：Get_Adc(1) ; ，函數的返回值即獲得的電壓值。

有時為了減小隨機誤差，我們可以對求得的ADC結果進行多次測量取平均值。

ADC結果驗證

可以將PA1引腳通過杜邦線接觸核心板上的3.3V和GND，看看結果是否為4095和0附近的值。

或者直接連接聲音傳感器模塊，改變周圍環境的聲音大小，看看輸出值是否隨著聲音的大小變化而變化，如果變化規律一致，說明ADC求得值應該問題不大。

通訊協議

經過上面幾步，聲音傳感器的值我們得到了，那么怎么將這個值上傳至上位機呢？

要想傳輸數據，我們首先要選擇與上位機的通訊方式，常見的通訊方式有RS232、RS485、USB、網絡等方式。

這里我們選用串口實現下位機與上位機的通信，串口通信最簡單，耗費資源也最少。

有了通信方式，為了保證通信雙方可以正常交互，接來下我們要規定一下通訊協議。

一般主機端獲取傳感器值，一般都是一問一答情況，工業控制領域最常使用的通訊協議就是Modbus協議。

因為我們要讀取的電壓值為只讀，所以我們這里選用功能碼0x04即可。

04：INPUT REGISTER：輸入寄存器，讀WORD類型，字操作，輸入參數，控制器運行時從外部設備獲得的參數，可讀但是不可寫，常用于模擬量輸入。

按照Modbus對寄存器的分類，電流、電壓值屬于模擬量，只能讀不能寫，屬于輸入寄存器類別，這里嚴格講只能用0x04功能碼。

Modbus協議的格式

主機發送的指令：

地址功能碼寄存器起始地址寄存器數量CRC校驗位

01H	04H	0x0000	0x0001	前面所有字節的CRC16校驗和，2個字節，低字節在前

從機返回：

地址功能碼寄存器字節總數寄存器數據CRC校驗位

01H	04H	0x02	電壓值	前面所有字節的CRC16校驗和，2個字節，低字節在前

我們使用STM32F103自帶的ADC功能，因為他的AD是12位的，所以我們用一個16位整數表示該電壓值即可，所以我們從機返回的寄存器數據占用2個字節。

上位機發送的指令：

讀取當前電壓：nAddr, 0x04, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01, checkBitHig, checkBitLow

即： 01 04 00 00 00 01 31 CA

串口接收及發送

為了方便調試，我們使用最小系統核心板的串口1接收和發送傳感器數據。

從機接收指令

Modbus協議一般用于一主多從結構，主機主動發送指令，從機被動接收指令。

從機接收到指令后，對接收到的指令進行解析，然后根據指令向主機返回對應的內容。

當串口接收超時時，我們將獲得一幀數據，這個數據保存至USART_RX_BUF數組中，接下來我們就對這個數組中的內容進行解析：

//解析接收到的串口數據 //串口1收到的信息 if(USART_RX_STA&0x8000) { uart1Len=USART_RX_STA&0x3f; //得到此次接收到的數據長度 if(uart1Len==8){crc16 = chkcrc(USART_RX_BUF, 6);checkBitLow = (u8)(crc16 & 0xff); //校驗位低8位checkBitHig = (u8)((crc16 >> 8) & 0xff); //校驗位高8位//低字節在前if(checkBitLow==USART_RX_BUF[6] && checkBitHig==USART_RX_BUF[7]){if(USART_RX_BUF[0] == 0x01) //我們可以規定地址0x01即為獲取聲音傳感器的值{//... ...}}}USART_RX_STA=0; memset(USART_RX_BUF, 0, sizeof(USART_RX_BUF)); //清空數組 }

從機發送數據

根據主機的指令，從機返回對應的數據給主機。

從機發送的數據要滿足Modbus協議返回數據的幀格式。

具體發送數據的代碼如下：

u16 crc16; u8 checkBitLow, checkBitHig; u8 sendBuf[20]; u16 nADCValue = 0; //獲取AD的值 nADCValue = Get_Adc_Average(1,10); //格式化待發送數據 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); //校驗位低8位 checkBitHig = (u8)((crc16 >> 8) & 0xff); //校驗位高8位 sendBuf[5] = checkBitLow; sendBuf[6] = checkBitHig;//串口發送，發送結果數據至主機 USART_OUT(sendBuf, 7);

上位機打開串口助手，以十六進制的方式發送數據幀：01 04 00 00 00 01 31 CA 。

STM32端收到串口指令之后，解析此數據幀，將當前的聲音傳感器的值封裝數據幀之后，發送給上位機。

調試驗證

使用ModScan32軟件對我們實現的下位機程序進行驗證。

ModScan32是一個運行在Windows下，作為在RTU或者ASCII傳輸模式下的Modbus協議主設備的應用程序。

總結

這樣我們就把聲音傳感器的數值通過串口上傳到了上位機中，實現了Modbus協議的主機、從機的交互，對于不同傳感器、不同節點，我們只需要設定不同的地址即可。

參考閱讀

土壤濕度傳感器，出遠門再也不怕花沒人澆水了

STM32F103 串口的使用方法

[網友問答2]上位機如何與STM32進行串口通信

干貨 | Modbus協議調試分享

總結

以上是生活随笔為你收集整理的声音传感器模块的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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