第 04 节测试 Sensor AD 接口

在现实的自然界中大部分的物理量都是模拟信号，例如温度，光照，电压，电流，声音，压力，气体浓度等，这些都是连续变化的，但是 MCU 是数字逻辑，只能读 0 和 1 的组合，所以此时 ADC（Analog-to-Digital Converter）就是模拟世界通向数字世界的桥梁。

在 ESP32‑S3 上，总共支持 20 个测量通道：ADC 通道 1：GPIO1 - GPIO10；ADC 通道 2：GPIO11 - GPIO20。具体定义可查看官方的数据手册。关于 ESP32-S3 在 Arduino IDE 上的 ADC 驱动教程，可学习我们的 ESP32 入门教程 ADC 模拟输入。

在本产品中，我们将 IO6 引出作为 ADC 引脚，集成了一个 PH2.0 3pin Sensor AD 排座，方便客户连接带模拟输出的传感器。

为了让用户更快熟悉 AD 接口的应用，我们提供了一个简单的模拟信号读取代码，还提供了一个连接 MQ-7 Gas Sensor 气体传感器进行数据读取和转换的例子，方便新手用户了解如何在基础代码的进行修改，驱动自己的 ADC 设备。

元件清单

ESP32-S3-Touch-LCD-7 x1
USB 线 Type-A 公口转 Type-C 公口 x1
MQ-7 Gas Sensor 气体传感器 x1
HY2.0 3P 转杜邦公头 x1

基础代码

请先从以下地址下载例程包：ESP32-S3-Touch-LCD-7 示例程序（如果先前已经下载，直接打开对应文件夹即可）将例程压缩包解压之后，打开对应的 \Arduino\examples\04_Sensor_AD 文件夹。

双击打开 04_Sensor_AD.ino。

这里我们提供了一个简单的模拟信号读取代码，用户可以在这个代码的基础上进行修改接入自己的模拟信号传感器。下面我们会进行简单的讲解分析。

    #include <Arduino.h>
    #define PIN_ADC2_CH2 6   //Define the pin macro

引入 Arduino 头文件，并给 GPIO6 起一个名字叫 PIN_ADC2_CH2，让代码更易读。

    void setup() {
    Serial.begin(115200);      //The serial port is initially configured
    analogReadResolution(12);  //Set ADC resolution to 12 bits (0-4096)
    }

在 setup() 初始化阶段，打开串口通讯设置波特率为 115200，并设置 ADC 的读取分辨率为 12 位数据（从 0 到 4095）。12-bit 意味着有 4096 个刻度，分辨率越高，精度越细。低分辨率会让数值跳动更明显。ESP32 默认就是 12-bit，但写上更规范。

接下来是 loop() 主循环，ESP32 会一直不停地读取 ADC 并打印结果

    int analogOriginalValue = 0;
    int analogVoltsValue = 0;

定义两个变量，一个用来存 ADC 原始值（0~4095），一个用来存 ADC 转换后的电压值（单位 mV）。

    analogOriginalValue = analogRead(PIN_ADC2_CH2);

读取 GPIO6 上的模拟电压，返回 0～4095 的数字。这是纯数字，没有单位。

    analogVoltsValue = analogReadMilliVolts(PIN_ADC2_CH2);

直接返回电压值，不用手动计算，单位是毫伏（mV）。analogReadMilliVolts() 是 ESP32 Arduino 框架中特有的函数，不是标准 Arduino 函数，它会自动把 ADC 原始值转换为能直接读懂的电压值，不需要自己数学计算。

    Serial.printf("ADC analog value = %d\n",analogOriginalValue);
    Serial.printf("ADC millivolts value = %d mV\n",analogVoltsValue);

把读取到的原始值和电压值输出到串口监视器。

    delay(100);

每次读取后会延时 100ms，这样可以减少串口刷屏，稳定 ADC 输出，更易观察数据变化。

使用基础代码读取传感器数据

接下来我们将修改上面给出的基础代码，用于读取 MQ-7 Gas Sensor 气体传感器的模拟信号，并打印读取和转换后的结果。

1. MQ-7 Gas Sensor 气体传感器产品介绍

这是一款由微雪推出的主要检测一氧化碳气体的传感器。这类传感器内部有一个用金属氧化物制成的气敏元件。当它接触到特定气体时，其电导率会发生变化。传感器将这个电导率的变化转换成了两种信号输出供您选择：模拟量输出 和 数字量输出。

引脚功能详解：

VCC：电源正极。接 2.5V ~ 5.0V 的直流电压。为整个传感器模块供电。
GND：电源地。接电源的负极，与您的 MCU 共地。
AOUT：模拟量输出。这个引脚会输出一个连续变化的电压值。
DOUT：数字量输出。这个引脚只会输出两种状态：高电平或低电平。

2. 硬件连接

在本次的测试当中，我们仅需要使用到 AOUT 引脚。如图所示将传感器接入到 ESP32-S3-Touch-LCD-7 的 Sensor AD 接口：GND 对 GND，VCC 对 3V3，AOUT 对 AD；并用 Type A 公口转 Type C 的 USB 线将 ESP32 的 USB 也接到电脑的 USB，用于下载程序和查看串口调试信息。

完成全部连接如下图：

3. 修改代码

将代码改写如下：

    #include <Arduino.h>
    #define gas_ain 6
    int ad_value = 0;
    int ad_voltsvalue = 0;
    void setup()
    {
    pinMode(gas_ain,INPUT);
    Serial.begin(115200);
    analogReadResolution(12);
    }
    void loop()
    {
    ad_value=analogRead(gas_ain);
    ad_voltsvalue = analogReadMilliVolts(gas_ain);
    Serial.printf("gas analog value = %d\n",ad_value);
    Serial.printf("gas millivolts value = %d mV\n",ad_voltsvalue);

    delay(1000);
    }

传感器的 AOUT 引脚输出到 GPIO 6，因此设定 #define gas_ain 6，并在 void setup() 将这个引脚设定成输入模式。

注意

在使用前应预热一分钟（为了给传感器内部的敏感材料加热，从而正常工作），可在 setup() 函数当中加入：

    Serial.println("\n=== 气体传感器启动 ===");
    Serial.println("传感器预热中。.. 请等待 60 秒");

    // 预热等待
    for(int i = 60; i > 0; i--) {
        Serial.printf("预热倒计时：%d 秒、n", i);
        delay(1000);
    }

4. 代码上传

前面我们已经连接好了下载程序的 USB 口，在打开程序后，右上角选择好串口和开发板型号 Waveshare ESP32-S3-Touch-LCD-7：

然后点击箭头按钮进行程序上传，等待上传完成即可。

5. 运行结果

程序下载成功后，打开工具菜单栏当中的串口监视器，设置波特率为 115200，即可看到程序已经开始运行了，正在预热传感器：

向传感器哈一口气，即可看到串口输出值发生变化，说明传感器已经在正常运作。

元件清单​

基础代码​

使用基础代码读取传感器数据​

1. MQ-7 Gas Sensor 气体传感器产品介绍​

2. 硬件连接​

3. 修改代码​

4. 代码上传​

5. 运行结果​