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01 无线电轨

一、问题/目标

这个无线电轨智能小车主控板上设计有五路ADC通道，用于测量外部电压的。其中 ADC0 用于测量内部电源电压。另外四路 ADC1 至 ADC4 用于测量外部电磁场传感器的电压。下面通过一个小实验来读取、显示这五路模拟电压数值，观察它们变化情况。为后面实现智能车更好的控制打下基础。

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▲ 图1.1.1 ESP32控制板

▲ 图1.1.1 ESP32控制板

二、基本原理

首先在电路板上认识一下这些 AD 端口的位置，四路 AD输入端口位于电路板左侧的这个 6 针的插座，其中包括有四个模拟信号线以及 VCC， GND 两个电源线。这个端口可以直接接驳外部电感传感器。另外一个模拟输出口位于电路板内部的电源分压电阻上。这是用于显示 ADC转换结果的 OLED 屏幕。

下面在来认识一下这些端口在原理图上的标识，这是ADC1 到 ADC4 对应的检测端口。内部 ADC0 通过两个分压电阻反应电源的电压。下面在对照一下ADC0 到ADC4 连接 ESP32的端口。找到这些端口，可以为后面程序编写提供对应的端口参数。这里是 ADC0，下面是 ADC1,2,3,4。下面四个 ADC对应的 ESP32 端口表示的比较清楚，分别对应的IO34,35， 32 以及 33。 ADC0 对应的端口，通过查阅 ESP32 数据手册，可以知道它对应 IO36。这些参数在编程的时候需要用到。

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三、应用举例

1、程序设计

下面先看一下实验程序。这个程序是在给定的测试程序的基础上进行的修改。先看一下程序前半部分的初始化程序。最初的两句是 import 所需要的 MicroPython 内部的模块，包括 ADC， Pin， SPI 端口， time是用于定时的模块。接下来是 OLED 驱动文件模块。这个模块需要预先通过 Thonny 软件存在 ESP32 内部的文件区内。接下来是处定义五个 ADC 通道。其中后面四个，从 ADC1 到 ADC4 是给定示例程序中已经有的。上面这两行，定义了 ADC0 端口，这是后来增加的部分。大家手工增加到示例文件中。声明ADC端口，包括两个步骤，显示指明 ADC 对应的管教。这可以从刚才的原理图中查到。第二个部分是设置 ADC 的参数，在这场是设置了ADC输入信号衰减倍数。对应衰减 11 dB，有效的 ADC 输入电压范围可以达到 3.3V。需要说明的是， ESP32 的ADC转换的位数是 12位， 3.3V 对应的电压输出为 0xfff，是 4095。

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接下来看下面的程序，中间这部分代码，定义了 OLED 液晶屏的接口，这部分没有进行修改。直接使用原来示例程序中的代码就好。在这里定义了五个全局变量，用于存储五路 ADC 转换结果。请注意， val0 是后来增加的。这些变量被初始化为 0，用于在主循环程序和显示子程序之间传递数据。接下来是 OLED 显示 ADC结果的子程序。程序中将五个全局变量对应的数值，显示在 OLED屏幕上。这里的代码做了写调整，为的是能够在 OLED屏幕上均匀显示出五行 ADC 结果。对于这部分的代码，在这里就不做过多的解读，大家可以自行分析。接下来是程序的最后一部分。使用 oled 对象的 show 成员函数，刷新屏幕，下面是循环主程序，前面通过调用 ADC 对象的 read 函数读取外部五路模拟电压的转换数值，通过 print 函数显示在 Thonny 的 Shell 窗口，调用前面定义的 Show 函数，将结果显示在 OLED 屏幕上。最后利用 time 延时 0.5 秒钟。这就是整个实验程序的代码。接下来通过 Thonny 软件进行测试。

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2、运行结果

由于这个程序需要使用到 OLED 显示屏，所以需要实现将 OLED096 这个文件存储到 ESP32 单片机中。接下来将 Test ADC 程序拷贝到 Thonny 程序编辑区，存储在 ESXP32中，之后允许改成。可以看到改动之后的程序在OLED屏上显示了五个 ADC 数值，其中 ADC0 对应着电源分压之后的数值。这个数值相对稳定。前面四个通道数值由于悬空，所以电压跳动比较大。如果使用手指触碰 ADC端口，可以看到前面四个通道数值变化比较大。对应 ADC0 的数值仍然保持原来的读数。

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四、练习/实验

由于手边大家可能使用的电子设备不多，所以这个测试就到这里为止。通过这个程序，大家熟悉了读取外部电压的过程。这些数值可以用于之后的车模运动控制，包括方向和速度。最终使得车模能够更好地感知环境和适应环境。大家也可以想想看，还可以利用这些 ADC通道做哪些有趣的事情？

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02 讲座资料

一、讲座视频

如何在ESP32控制板上进行ADC实验？

1、测试程序

from machine import ADC ,Pin , SoftSPI
import time
from LQ_OLED096 import OLED096_SPI

adc0 = ADC(Pin(36))
adc0.atten(ADC.ATTN_11DB)  # Config input range as 3.3V
adc1 = ADC(Pin(33))
adc1.atten(ADC.ATTN_11DB)  # 这里配置测量量程为3.3V
adc2 = ADC(Pin(32))
adc2.atten(ADC.ATTN_11DB)  # 这里配置测量量程为3.3V
adc3 = ADC(Pin(34))
adc3.atten(ADC.ATTN_11DB)  # 这里配置测量量程为3.3V
adc4 = ADC(Pin(35))
adc4.atten(ADC.ATTN_11DB)  # 这里配置测量量程为3.3V

spi=SoftSPI(baudrate=100000,polarity=1,phase=0,sck=Pin(18),mosi=Pin(23),miso=Pin(19)) #创建软件模拟spi
dc=Pin(15,Pin.OUT)
res=Pin(13,Pin.OUT)
cs=Pin(19,Pin.OUT)
oled=OLED096_SPI(128,64,spi,dc,res,cs)  #创建oled对象

val1 =val2 = val3 =val4 = 0
val0 = 0

def Show():   #显示
    txt = ""
    oled.fill(0)   #清屏
    txt = ("    ADC_Test    ")
    oled.text(txt, 6*0, 8*0 ,1)
    txt = ("ADC1:   %d  ") % (val1)
    oled.text(txt, 6*0, 10*1+6 ,1)
    txt = ("ADC2:   %d  ") % (val2)
    oled.text(txt, 6*0, 10*2+6 ,1)
    txt = ("ADC3:   %d  ") % (val3)
    oled.text(txt, 6*0, 10*3+6 ,1)
    txt = ("ADC4:   %d  ") % (val4)
    oled.text(txt, 6*0, 10*4+6 ,1)
    txt = ("ADC0:   %d  ") % (val0)
    oled.text(txt, 6*0, 10*5+6 ,1)

    oled.show()

while True:
    val1 = adc1.read()  # 0-4095
    val2 = adc2.read()  # 0-4095
    val3 = adc3.read()  # 0-4095
    val4 = adc4.read()  # 0-4095
    val0 = adc0.read()  # 0-4095

    print(val1,val2,val3,val4,val0)
    Show()
    time.sleep(0.5)

二、讲座资料

▲ 图2.2.1 电路板测试

▲ 图2.2.1 电路板测试

■ 相关文献链接:

● 相关图表链接:

图1.1.1 ESP32控制板
图2.2.1 电路板测试

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