#第九届立创电赛#温湿度检测仪 - 立创电子设计大赛

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第九届立创电子设计开源大赛

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<h2>项目简介</h2> 本项目采用STM32G030K6T6芯片，搭载SHT40高精度温湿度传感器，设计了一款低功耗的桌面温湿度检测仪。通过STM32CubeMX进行基础代码配置，实现温湿度高精度测量与显示，支持低功耗待机模式，具备电池电量监测及防反接保护功能，适合日常环境监控。 <h2>项目功能</h2> 本项目使用STM32G030K6T6作为主控芯片，集成高精度SHT40温湿度传感器，具备以下功能： <ol> <li>高精度测量：能准确测量环境温度和湿度，湿度精度±1.5%RH，温度精度±0.1℃。</li> <li>低功耗设计：通过唤醒按键实现低功耗待机模式，延长电池使用时间。</li> <li>直观显示：采用两位共阴极3位数码管分别显示温度和湿度值，清晰易读。</li> <li>电源防反接保护：电池供电部分设有WST3401保护芯片，防止电池反接损坏电路。</li> <li>基础调试支持：预留SWD下载调试接口，便于代码调试和固件升级。</li> </ol> <h2>项目参数</h2> <ul> <li>本项目采用STM32G030K6T6单片机，具备Arm Cortex-M0+内核，最大主频64Mhz，具有32KB Flash和8K SRAM；</li> <li>温湿度传感器采用SHT40模块，具有高精度和低功耗特性，湿度测量精度可达±1.5%RH，温度测量精度可达±0.1℃；</li> <li>主控MCU供电通过磁珠和电容滤波，确保获得干净的电源；</li> <li>使用32.768KHz时钟晶振为RTC提供计时功能，支持温湿度检测仪的计时及后续功能拓展；</li> <li>配备两个0.36寸共阴极3位数码管，分别显示温度和湿度，LED颜色可自选；</li> <li>引入专门的唤醒按键，实现低功耗待机与唤醒显示功能，提高设备续航；</li> <li>包含测试LED电路，便于软件调试与功能验证；</li> <li>电池供电部分采用两节7号电池，并集成WST3401防反接保护，确保供电安全；</li> <li>调试接口为外接SWD下载调试接口，支持软件调试及代码烧录。</li> </ul> <h2>原理解析（硬件说明）</h2> 原理解析（硬件说明） 本项目设计的温湿度检测仪主要由以下几部分组成：电源供电部分、主控MCU部分、晶振电路、温湿度传感器模块、三态输出8位移位寄存器电路、唤醒按键电路、测试LED电路、数码管显示电路及电池电路。各部分的详细设计原理如下： 1. 电源供电部分 本项目采用两节5号电池作为供电来源，通过WST3401芯片实现防反接保护，确保电池正负极接反时不会损坏IO口以及元器件。这种设计简单且可靠，为系统提供稳定的电源。 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/d16f4c286bb64eb4a666b9423909d459.png" alt="电源.png"> 2. 主控MCU部分 采用STM32G030K6T6芯片作为主控核心，该芯片基于Arm Cortex-M0+内核，具有高性能、低功耗的特点。MCU的供电通过磁珠和电容滤波，获得干净的电源信号，以保证系统稳定运行。 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/829c21ced8014b98b167e42497cb119a.png" alt="MCU.png"> 3. 晶振电路 使用一个标准频率的晶振，为MCU提供稳定的时钟源，支持系统正常运行和时序控制。 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/150f5929a26b42209e07da6a9a8f617e.png" alt="晶振.png"> 4. 温湿度传感器模块 采用SHT40温湿度传感器模块，该模块具备高精度、超低功耗的特点，能够满足日常温湿度测量的需求。传感器模块采用I²C协议接入MCU，通过编程读取温湿度数据，并进行后续处理与显示。 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/b164e4d8e12b42e29c7594c01bbd67b1.png" alt="传感器模块.png"> 5. 三态输出8位移位寄存器电路 为了实现数码管的多位显示，选用SN74HC595PWR寄存器来控制LED数码管。通过MCU的单个引脚即可实现对多个LED的控制，简化了电路设计，提高了系统的集成度。 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/41d8cb78ba8048679d1a9ef697dc1f39.png" alt="移位寄存器.png"> 6. 唤醒按键电路 设计有专门的唤醒按键，用于在低功耗模式下唤醒温湿度检测仪，以显示当前温湿度。这一设计使得设备能够在不需要显示时进入低功耗待机状态，延长电池使用寿命。 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/83519ed6a42444f4b3d9a1938f32571c.png" alt="唤醒按钮.png"> 7. 测试LED电路 配置了两颗LED灯用于软件调试，通过LED的亮灭状态可以直观地判断程序运行状态，便于开发者进行代码调试和故障排查。 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/c3777fd75fca4ef9bc785f7079802cf2.png" alt="测试LED.png"> 8. 数码管显示电路 使用两个0.36寸共阴极3位数码管分别显示温度和湿度，通过MCU控制数码管上的字符，实现温湿度数据的直观显示。 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/3b8b8a54ed8d4738a70312caf2a8923f.png" alt="数码管.png"> <h2>软件代码</h2> 流程图示意： <a href="https://www.yuque.com/wldz/jlceda/ul1wcz7n5dgt6s60" target="_blank">软件代码</a> <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/5e5041e1816f41d4aab8a6e70470a387.png" alt="流程图.png"> <h2>注意事项</h2> <ul> <li>在设计主控电路时，确保MCU的供电通过磁珠和电容进行滤波，以获得稳定的电源供应。</li> <li>温湿度传感器SHT40模块引脚与插座必须正确对应插入，避免插反导致测量误差或模块损坏。</li> <li>使用SN74HC595PWR寄存器连接数码管时，注意焊接质量，避免引脚连锡或焊接不良导致显示问题。</li> <li>唤醒按键的布局应靠近板框边缘，便于操作，同时确保按键的稳固性。</li> <li>调试阶段使用LED进行代码调试时，注意LED的极性，避免接反。</li> <li>数码管选择共阴极类型时，确保驱动电路与数码管类型匹配，以正确显示温湿度信息。</li> <li>电池供电部分需使用防反接保护电路（如WST3401），以防止电池反接损坏系统。</li> <li>在焊接调试接口时，考虑外壳安装便利性，可选择不焊接排针，使用烧录器夹持下载烧录代码。</li> <li>晶振电路的配置对系统计时功能至关重要，确保晶振正确连接并稳定工作。</li> </ul> <h2>组装流程</h2> 根据提供的PDF文件《#第九届立创电赛#温湿度检测仪 - 立创开源硬件平台.pdf》中的参数和描述，以下是一个模拟的组装流程，旨在指导用户如何组装温湿度检测仪，同时避免直接照抄原文内容。 <hr> 温湿度检测仪组装流程 步骤1：准备材料 <ol> <li>确保你拥有以下主要组件：STM32G030K6T6主控芯片、SHT40温湿度传感器模块、SN74HC595PWR三态输出8位移位寄存器、两颗测试LED、两个0.36寸共阴极3位数码管、两节7号电池、WST3401防反接保护芯片、SWD下载调试接口等。</li> <li>准备必要的辅助材料：导线、焊锡、焊锡丝、电烙铁、万用表等。</li> </ol> 步骤2：焊接主控电路 <ol> <li>将STM32G030K6T6主控芯片放置在PCB板上对应的位置。</li> <li>使用导线将主控芯片的电源引脚连接到L1磁珠和C2电容，确保滤波电路连接正确，以提供稳定的电源。</li> <li>按照芯片手册的引脚定义，连接其他必要的外围引脚。</li> </ol> 步骤3：安装晶振电路 <ol> <li>将32.768KHz的时钟晶振焊接到PCB板上，确保为MCU提供准确的时钟。</li> </ol> 步骤4：连接温湿度传感器 <ol> <li>小心地将SHT40温湿度传感器模块安装到PCB板上，确保引脚与插座对应无误，避免插反。</li> </ol> 步骤5：配置显示电路 <ol> <li>将SN74HC595PWR三态输出8位移位寄存器焊接到PCB板上，用于控制LED数码管的显示。</li> <li>连接两个0.36寸共阴极3位数码管到寄存器上，注意LED的颜色和排列方式。</li> </ol> 步骤6：添加唤醒按键和测试LED <ol> <li>将唤醒按键安装到PCB板上，确保按键布局方便使用，并在靠近板框边缘的位置。</li> <li>焊接两颗测试LED，用于后续的软件调试。</li> </ol> 步骤7：配置电池电路 <ol> <li>使用WST3401防反接保护芯片保护电池供电电路，避免电池反接损坏设备。</li> <li>将两节5号电池安装到电池盒中，并通过电路连接到系统。</li> </ol> 步骤8：调试接口准备 <ol> <li>将SWD下载调试接口连接到PCB板上，用于软件的调试和下载。</li> <li>如果需要，可以暂时不焊接1X4p的排针，使用烧录器夹持进行下载和调试。</li> </ol> 步骤9：系统测试 <ol> <li>使用万用表检查各个电路的连接是否正确，是否有短路或断路现象。</li> <li>编写并下载基础测试程序，检查温湿度传感器、数码管显示、按键唤醒等功能是否正常工作。</li> </ol> 步骤10：完成组装 <ol> <li>确认所有部件都已正确安装并测试无误。</li> <li>根据需要安装外壳，保护内部电路和组件。</li> </ol> <h2>实物图</h2> <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/041c7443ba8e4107ae62535b78b2b81b.jpg" alt="温湿度检测仪实物图.jpg">