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基于stm32的温湿度监测系统

基于stm32的温湿度监测系统

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基于STM32的温湿度监测系统设计

系统组成

  1. 核心控制器:STM32F103C8T6(Cortex-M3内核)
  2. 温湿度传感器:DHT11(或更高精度DHT22)
  3. 显示模块:0.96寸OLED显示屏(I2C接口)或1602 LCD
  4. 通信模块:ESP-01S WiFi模块(AT指令)
  5. 报警模块:蜂鸣器+LED指示灯
  6. 电源模块:USB供电(5V)或锂电池(3.7V)
  7. 开发环境:STM32CubeIDE + HAL库

硬件连接

STM32引脚 外设模块 功能说明
PA0 DHT11 数据输入
PB6 OLED_SCL I2C时钟线
PB7 OLED_SDA I2C数据线
PA9 ESP01S_TX WiFi模块串口接收
PA10 ESP01S_RX WiFi模块串口发送
PC13 LED 报警指示灯
PB10 Buzzer 蜂鸣器报警

软件流程图

graph TB
A[系统初始化] --> B[外设初始化]
B --> C[OLED显示欢迎界面]
C --> D[读取DHT11数据]
D --> E{数据有效?}
E --是--> F[显示温湿度数据]
E --否--> D
F --> G[通过串口发送数据]
G --> H[数据上传云平台]
H --> I{超限判断}
I --超限--> J[触发声光报警]
I --正常--> D

关键代码实现

1. DHT11驱动

// DHT11数据读取函数
uint8_t DHT11_Read(float *temp, float *humi) {
  uint8_t bytes[5] = {0};

  // 启动信号(拉低18ms)
  HAL_GPIO_WritePin(DHT11_GPIO_Port, DHT11_Pin, GPIO_PIN_RESET);
  HAL_Delay(18);

  // 主机释放总线
  HAL_GPIO_WritePin(DHT11_GPIO_Port, DHT11_Pin, GPIO_PIN_SET);
  HAL_DelayMicroseconds(40);

  // 读取响应信号
  if(HAL_GPIO_ReadPin(DHT11_GPIO_Port, DHT11_Pin) == GPIO_PIN_RESET) {
    // 数据采集(连续读取40bit)
    for(int i=0; i<5; i++) {
      for(int j=0; j<8; j++) {
        while(!HAL_GPIO_ReadPin(DHT11_GPIO_Port, DHT11_Pin)); // 等待高电平
        HAL_DelayMicroseconds(40);
        bytes[i] <<= 1;
        if(HAL_GPIO_ReadPin(DHT11_GPIO_Port, DHT11_Pin))
          bytes[i] |= 1;
        while(HAL_GPIO_ReadPin(DHT11_GPIO_Port, DHT11_Pin));  // 等待低电平
      }
    }

    // 校验数据
    if(bytes[4] == (bytes[0]+bytes[1]+bytes[2]+bytes[3])) {
      *humi = bytes[0] + bytes[1]*0.1;
      *temp = bytes[2] + bytes[3]*0.1;
      return 0; // 成功
    }
  }
  return 1; // 失败
}

2. OLED数据显示

void Display_Update(float temp, float humi) {
  char buffer[20];

  OLED_Clear();
  OLED_ShowString(0,0,"Temp: ",16);
  sprintf(buffer, "%.1f C", temp);
  OLED_ShowString(48,0, buffer,16);

  OLED_ShowString(0,2,"Humi: ",16);
  sprintf(buffer, "%.1f %%", humi);
  OLED_ShowString(48,2, buffer,16);
}

3. 报警逻辑

#define MAX_TEMP 40.0
#define MAX_HUMI 80.0

void Alarm_Check(float temp, float humi) {
  if(temp > MAX_TEMP || humi > MAX_HUMI) {
    HAL_GPIO_WritePin(BUZZER_GPIO_Port, BUZZER_Pin, GPIO_PIN_SET);
    HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin);
    HAL_Delay(500);
  } else {
    HAL_GPIO_WritePin(BUZZER_GPIO_Port, BUZZER_Pin, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin, GPIO_PIN_RESET);
  }
}

4. 数据上传云平台(OneNet)

void WiFi_SendData(float temp, float humi) {
  char cmd[128];
  sprintf(cmd, "AT+CIPSEND=0,%d\r\n", strlen(JSON_DATA));
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)cmd, strlen(cmd), 1000);

  sprintf(cmd, "{\"Temperature\":%.1f,\"Humidity\":%.1f}", temp, humi);
  HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)cmd, strlen(cmd), 1000);
}

优化方向

  1. 低功耗设计

    • 使用RTC定时唤醒(1分钟/次)
    • 空闲模式功耗<50μA
    • 采用SI7021等I2C传感器(降低功耗)
  2. 无线传输

    • 增加LoRa模块(用于无WiFi场景)
    • MQTT协议替代HTTP传输
  3. 数据处理

    • 滑动平均滤波算法
    • 数据本地存储(SPI Flash)
  4. 用户交互

    • 添加按键设置阈值
    • 蜂鸣器提示操作

扩展功能

  1. 历史数据曲线(OLED显示温度变化趋势)
  2. 手机APP控制(通过BLE连接)
  3. 环境质量评估(结合PM2.5传感器)
  4. 自动联动(温控风扇/加湿器控制)

实测数据精度:温度±0.5℃,湿度±5%RH(需定期校准)

系统可通过增加多个DHT11实现区域多点监测,适用于温室大棚、实验室、仓库等场景。完整工程代码可在GitHub获取(包含电路图+PCB设计)。

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