هدف ما از انجام این پروژه چیست؟

در این بخش قصد داریم سنسور Rain Sensor را به وسیله میکروکنترلر آرم، سری STM32F راه اندازی کنیم. به منظور استفاده راحت تر و بهینه تر در این پروژه از دو ماژول آماده GB631EN و GebraBit STM32F303 استفاده میکنیم.

این دو ماژول شامل مینیمم قطعات لازم سنسور Rain Sensor و میکروکنترلر STM32F میباشند که توسط تیم جبرابیت جهت آسان سازی کار فراهم شده اند.

در این آموزش چه چیزهایی یاد میگیریم؟

شما در این بخش ضمن راه اندازی و استفاده از سنسور Rain Sensor، به طور خلاصه با نحوه تنظیم بخش های مختلف میکروکنترلر STM32 برای راه اندازی این سنسور با استفاده از ADC، چگونگی استفاده از فایل کتابخانه و درایور مختص ماژول GB631EN، نحوه فراخوانی توابع و در نهایت دریافت داده های سنسور در کامپایلر Keil نیز آشنا خواهید شد.

برای انجام این پروژه به چه چیزهایی نیاز داریم؟

همانطور که احتمالا میدانید برای انجام این پروژه به سخت افزارها و نرم افزارهایی نیاز داریم. عناوین این سخت افزارها و نرم افزارها در جدول زیر در اختیارتان قرار داده شده که میتوانید با کلیک روی هرکدام از آنها، آنها را تهیه/دانلود کنید و برای شروع آماده شوید.

سخت افزارهای مورد نیاز	نرم افزارهای مورد نیاز
GebraBit Rain Sensor	Keil compiler
GebraBit STM32F303 module	STM32CubeMX program
ST-LINK/V2 programmer

ابتدا مانند تصویر زیر ماژول GebraBit Rain Sensor را به صورت زیر به ماژول GebraBit STM32F303 متصل می کنیم:

در نهایت مقادیر سنسور را به صورت Real Time در پنجره Watch1 کامپایلر Keil در حالت Debug Session مشاهده خواهیم کرد.
نکته : جامپر سلکتور VCC SEL را روی 3V3 قرار دهید در غیر این صورت امکان آسیب دیدن پین میکرو وجود خواهد داشت.

تنظیمات STM32CubeMX

در ادامه تنظیمات مربوط به هریک از بخش ADC, GPIO , RCC , Debug , Clock را در میکروکنترلر STM32F303 برای راه اندازی ماژول GebraBit Rain Sensor را مرور می کنیم.

تنظیمات ADC

برای خواندن مقادیر آنالوگ و تبدیل آن به مقادیر دیجیتال از واحد ADC استفاده می کنیم. در بخش mode از پنجره ی کشویی IN1 گزینه ی IN1 Signle-ended را انتخاب می کنیم. از قسمت Configuration و در بخش Resolution گزینه ی ADC 12bit-resolution را انتخاب می کنیم. گزینه ی Continuous conversion mode را نیز Enable می کنیم و پین PA0 را به عنوان ADC1_IN1 انتخاب می کنیم.

تنظیمات GPIO

برای گرفتن دیتای دیجیتال ماژول Rain Sensor پین PA10 را به عنوان GPIO_INPUT انتخاب می کنیم. ماژول Gebrabit STM32F303 دارای یک LED در پین PB6 و یک pushbutton در پین PA3 میباشد که به ترتیب این پین هارا به شکل GPIO_OUTPUT و GPIO_INPUT در می آوریم برای این که تنظیمات نرم افزاری کاربردی تر باشد و ایده های خود را به واقعیت تبدیل کنید.

فایل هدر GebraBit_RainSensor.h

در این فایل بر اساس دیتاشیت سنسور یا ای سی ، بدنه سنسور Rain Sensor و کانفیگ های مربوط به هریک از بلوک های داخلی سنسور Rain Sensor به صورت STRUCT با نام GebraBit_RainSensor نیز تعریف شده است. که نهایتا در محیط Debug Session تمامی کانفیگ های مربوط به هر بلوک به صورت Real Time قابل مشاهده است.

RCC / Clock تنظیمات

به‌دلیل وجود کریستال خارجی (External Crystal) در برد جبرابیت STM32F303، در بخش “RCC” گزینه “Crystal/Ceramic Resonator” را انتخاب می‌کنیم.

سپس از صفحه Clock Configuration حالت PLLCLK را انتخاب کرده و سایر تنظیمات لازم را انجام می‌دهیم (برای اطلاعات بیشتر کلیک کنید).

HSE – LSE – LSE – LSI

LSI : Low Speed Internal
LSE : Low Speed External
HSI : High Speed Internal
HSE : High Speed External

Debug & Programming تنظیمات

برای کاهش تعداد پایه‌ها در زمان Debug and Program، در این ماژول گزینه “Serial Wire” را از بخش “Debug” در بلوک “SYS” انتخاب می‌کنیم که مربوط به پایه‌های “SWCLK” و “SWDIO” است.

Project Manager تنظیمات

تنظیمات “Project Manager” به صورت زیر است؛ در اینجا از نسخه “5.32” محیط توسعه “MDK-ARM” استفاده کرده‌ایم. اگر شما برای برنامه‌نویسی از محیط توسعه دیگری استفاده می‌کنید، باید از قسمت Toolchain گزینه مربوط به IDE مورد استفاده خود را انتخاب کنید.

پس از تکمیل تمامی تنظیمات بالا، روی گزینه GENERATE CODE کلیک می‌کنیم.

Source Code

کتابخانه پروژه (Library)

جبرابیت علاوه بر طراحی ماژولار انواع حسگرها و قطعات مجتمع، برای سهولت در نصب و توسعه نرم‌افزار توسط کاربران، مجموعه‌ای از کتابخانه‌های ساختاریافته و مستقل از سخت‌افزار را به زبان C ارائه می‌دهد. در این راستا، کاربران می‌توانند کتابخانه‌ی مربوط به ماژول مورد نظر خود را در قالب فایل‌های “.h” و “.c” دانلود کنند.

با افزودن کتابخانه‌ی ارائه‌شده توسط جبرابیت به پروژه (راهنمای افزودن فایل به پروژه)، می‌توانیم به‌راحتی کد خود را توسعه دهیم. فایل‌های مربوطه را می‌توانید در انتهای پروژه یا در بخش صفحات مرتبط در سمت راست مشاهده کنید.

تمام توابع تعریف‌شده در کتابخانه با جزئیات کامل توضیح داده شده‌اند و کلیه پارامترهای ورودی و مقادیر بازگشتی هر تابع به‌صورت مختصر شرح داده شده است. از آنجا که این کتابخانه‌ها مستقل از سخت‌افزار هستند، کاربر می‌تواند آن‌ها را به‌سادگی به کامپایلر دلخواه خود اضافه کرده و با میکروکنترلر یا برد توسعه مورد نظر خود استفاده کند.

RainSensor struct

تمام ویژگی های سنسور، ضرایب کالیبراسیون و داده های سنسور در این Struct تعریف شده است و تمامی اطلاعات و کانفیگ اجرا شده بر روی سنسور در این Structure ذخیره شده و می توان تغییرات در هر بخش از سنسور را در محیط Debug Session مشاهده نمود:

typedef struct RainSensor
{
            uint8_t                            DIGITAL_VALUE;
            uint8_t                            WETNESS_PERCENTAGE;
            uint32_t                           ADC_RAW_VALUE;
            float                              ADC_INPUT_VOLTAGE_VALUE;
            ADC_HandleTypeDef                  ADC_HANDELER;
}GebraBit_RainSensor;

اعلان توابع

در پایان این فایل تمامی توابع جهت خواندن و نوشتن ، کانفیگ سنسور و دریافت داده از سنسور اعلان شده است:

void GB_RainSensor_Configuration(GebraBit_RainSensor * RainSensor);
void GB_RainSensor_Read_ADC_Value(GebraBit_RainSensor * RainSensor);
void GB_RainSensor_Read_Digital_Value(GebraBit_RainSensor * RainSensor);
void GB_RainSensor_Get_Data(GebraBit_RainSensor * RainSensor);

فایل سورس GebraBit_RainSensor.c

در این فایل که به زبان C نوشته شده ، تمامی توابع با جزئیات کامل، کامنت گذاری شده و تمامی پارامتر های دریافتی در آرگومان توابع و مقادیر بازگشتی از آنها ، بطور واضح توضیح داده شده است.از این رو در این قسمت به همین توضیحات اکتفا کرده و کاربران را برای اطلاعات بیشتر به بررسی مستقیم از این فایل دعوت می کنیم

برنامه نمونه در Keil

بعد از تولید پروژه Keil با استفاده از STM32CubeMX و اضافه کردن کتابخانه GebraBit_RainSensor.c ارائه شده توسط GebraBit ، به بررسی قسمت اصلی برنامه آموزشی نمونه، فایل main.c و مشاهده خروجی ماژول GebraBit RainSensor در قسمت watch در محیط Debugging برنامه Keil می پردازیم.

شرح فایل main.c

توابع مورد نیاز ماژول GebraBit Rain Sensor، به ساختار اضافه شده است. در قسمت بعدی متغیری به نام RainSensor_Module از نوع ساختار GebraBit_RainSensor (این ساختار در هدر GebraBit_RainSensor.h بوده و در بخش توضیحات کتابخانه GebraBit_RainSensor توضیح داده شد) که برای پیکربندی ماژول GebraBit Rain Sensor می باشد، تعریف شده است:

/* USER CODE BEGIN PTD */
GebraBit_RainSensor RainSensor_Module;
/* USER CODE END PTD */

در بخش بعدی از کد ما از تابع GB_RainSensor_Configuration (&RainSensor_Module) استفاده می کنیم تا تنظیمات مورد نظرمان روی ماژول اعمال شوند و در آخر در قسمت حلقه while، دیتا ADC و دیجیتال به صورت پیوسته از سنسور خوانده می شود:

/* USER CODE BEGIN 2 */
  GB_RainSensor_Configuration(&RainSensor_Module);
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */
    GB_RainSensor_Get_Data(&RainSensor_Module);
    HAL_Delay(500);

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

متن کد main.c

/* USER CODE BEGIN Header */
/*
 * ________________________________________________________________________________________________________
 * Copyright (c) 2020 GebraBit Inc. All rights reserved.
 *
 * This software, related documentation and any modifications thereto (collectively “Software”) is subject
 * to GebraBit and its licensors' intellectual property rights under U.S. and international copyright
 * and other intellectual property rights laws.
 *
 * GebraBit and its licensors retain all intellectual property and proprietary rights in and to the Software
 * and any use, reproduction, disclosure or distribution of the Software without an express license agreement
 * from GebraBit is strictly prohibited.

 * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING BUT
 * NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY, FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NON-INFRINGEMENT IN
 * NO EVENT SHALL GebraBit BE LIABLE FOR ANY DIRECT, SPECIAL, INDIRECT, INCIDENTAL, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES,
 * OR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM LOSS OF USE, DATA OR PROFITS, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT,
 * NEGLIGENCE OR OTHER TORTIOUS ACTION, ARISING OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE USE OR PERFORMANCE
 * OF THE SOFTWARE.
 * ________________________________________________________________________________________________________
 */
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  * @Author         : Sepehr Azimi
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * Copyright (c) 2022 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.
  *
  * This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
  * in the root directory of this software component.
  * If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
  *
  ******************************************************************************
  */
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "adc.h"
#include "gpio.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "GebraBit_RainSensor.h"
/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */
GebraBit_RainSensor RainSensor_Module;
/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */

/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_ADC1_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  GB_RainSensor_Configuration(&RainSensor_Module);
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */
    GB_RainSensor_Get_Data(&RainSensor_Module);
    HAL_Delay(500);

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
  RCC_PeriphCLKInitTypeDef PeriphClkInit = {0};

  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
  PeriphClkInit.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_ADC12;
  PeriphClkInit.Adc12ClockSelection = RCC_ADC12PLLCLK_DIV1;
  if (HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&PeriphClkInit) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/* USER CODE BEGIN 4 */

/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  __disable_irq();
  while (1)
  {
  }
  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

خروجی برنامه

STLINK V2

پس از ایجاد پروژه Keil با استفاده از STM32CubeMX و افزودن کتابخانه، آداپتور STLINKV2 را متصل کرده و برنامه‌نویس STLINK V2 را به برد جبرابیت STM32F303 وصل می‌کنیم.
وقتی برنامه‌نویس STLINK V2 را به برد جبرابیت STM32F303 متصل می‌کنید، نیازی به تغذیه جداگانه ماژول نیست، زیرا ولتاژ تغذیه را مستقیماً از برنامه‌نویس STLINK V2 دریافت می‌کند.