#第九届立创电赛#桌面温湿度检测仪(扩展时钟/秒表等功能) - 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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#第九届立创电赛#桌面温湿度检测仪(扩展时钟/秒表等功能)

创建时间：1年前

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描述

<h2>项目要求</h2> 这是第九届立创电赛的项目; 设计一款桌面温湿度检测仪，采用的主控芯片为STM32G030K6T6，温湿度传感器型号是盛思锐的SHT40/AD1B。 <h2>项目分析</h2> <ol> <li>STM32G030K6T6芯片，使用Arm Cortex-M0+内核；最大主频64Mhz；具有32KB的Flash以及8K的SRAM，供电电压在2.0V~3.6V之间； </li> <li>采用2节5号电池供电，可以省去电源转换电路，初学者也比较容易调试； </li> <li>盛思锐的SHT40是一款灵敏度、精度都较高的温湿度传感器，采用IIC进行通信，可以方便的与单片机进行通信； </li> <li>显示采用LED数码管具有美观、清淅，价格便宜的优点； </li> </ol> 5.在硬件不变的情况下增加时钟、秒表、电池电压检测、自动休眠等实用功能； 6.因为是电池供电，尽量节能。 <h2></h2> 总体设计方案框图 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/0f08ffb1363c4ddea0a9f219837a3fed.png" alt="1111.png"> <h2>原理图设计说明</h2> 设计原理图 原理图与第九届立创电赛官方提供的一样，具体原理这里不缀述，可参考第九届立创电赛#桌面温湿度检测仪#官方讲座: 【手把手教你做温湿度仪：原理图设计-上】<a href="https://www.bilibili.com/video/BV1ui421Y7L6?vd_source=c8ee4f10435a9f625620c244f4dfb939" target="_blank">https://www.bilibili.com/video/BV1ui421Y7L6?vd_source=c8ee4f10435a9f625620c244f4dfb939</a> 我的硬件全部是按照官方提供的原理图做的，只是软件部分增加了实用功能。如果你也是按官方提供的原理图做的，想测试一下我的程序的效果，可直接下载的我的开源的软件程序。不同之处是SHT40温湿度传感器模块的那个插座，官方是间距:1.27mm 1x4P 弯插，因为比赛时商城一时被买光了，所有这边用1.27mm 2x4P 弯插，把两排并联成一排，与1x4P 弯插一模一样管脚排列。 原理图中SHT40温湿度传感器是一个插座，所以如果自动形成BOM表时，要另外加购传感器模块，型号是：SHT40/AD1B。 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/7da16f50e08e44ebbb3db2d47f8d7539.png" alt="sh40_原理图.png"> 原理图分以下几个部分：(可参考第九届立创电赛#桌面温湿度检测仪#官方讲座) 主控电路，晶振电路，SHT40温湿度传感器模块，三态输出8位移位寄存器，共阴极三位数码管，唤醒按键，测试LED，两节5号电池盒+防反接保护，SWD下载调试接口。唤醒按键：同时具有模式转换功能。 <h2>PCB设计说明</h2> PCB的布局、布线与第九届立创电赛官方提供的基本一样，具体可参考第九届立创电赛#桌面温湿度检测仪#官方讲座：【手把手教你做温湿度仪：PCB布局技巧】<a href="https://www.bilibili.com/video/BV15y411i73T?vd_source=c8ee4f10435a9f625620c244f4dfb939" target="_blank">https://www.bilibili.com/video/BV15y411i73T?vd_source=c8ee4f10435a9f625620c244f4dfb939</a> 因为是第一次参加这种训练赛，并且是第一次使用STM32，所以我这边全部和比赛官方保持一致，如果你，对STM32G030K6T6芯片有一定的了解，有很多地方可以改进，包括原理图、PCB也可以改进，空闭的引脚都可以引出，可以做很多实验和功能验证。这些只能等我的第二版了。 <h2>软件说明</h2> 软件部分：我这个桌面温湿度检测仪与官方最大的不同在于软件部分：其中： 1、LED数码管显示程序函数； 2、温湿度传感器数据采集和换算函数；请参考第九届立创电赛官方讲座的讲解，这里再不缀述了。 扩展功能部分说明有： 1、为了实现秒表功能，启用了定时器1，并且设定成1ms中断一次； 在STM32CubeMX中设定定时器1使能，并且定时设成1ms;在主main以中断的形式启动定时器1； 2、为了实现时钟功能在低功耗模式下能工作，启用了外部时钟源； 在STM32CubeMX中RTC项目中激活LSE时钟源和日历功能。 3、五种模式之间转换； Modelcharg()为模式转换函数，按键每按住0.5秒钟以上切换一次模式，顺序如下：温湿度->时钟->秒表->电池电压->休眠->温湿度；在时钟模式，进一步判断按键按下情况，分别进行计时设置、分设置操作；在秒表模式，进一步判断按键按下的次数，分别进行计时开始、暂停或复位的操作；具体参考程序mian.c中的函数； 4、时钟读取和时钟设置功能； 采用如下两个HAL库函数分别读取时间和日期， void TaskRTC(void) { HAL_RTC_GetTime(&hrtc,&sTime,RTC_FORMAT_BIN); HAL_RTC_GetDate(&hrtc,&sDate,RTC_FORMAT_BIN); } 时钟设置功能：因为只有一个按键，所以只能通过巧妙设计，快速按压按键二次，如同我们操作鼠标的双击，来切换到时钟和分钟的设定模式。具体参照我的程序中的时钟设定函数void clockset(void)； 时钟显示功能：与温湿度显示原理一样，通过LED数码管显示函数把时和分的高低位显示在第一排和第二排上。因为才两个三位显示器，所以这里只对时间的时、分进行显示。如果要年月日显示原理一模一样的。这里有所不同的是，增加了闪烁功能，通过设计一个PWM 0.5秒通0.5秒断的信号outpwm来切换显示与不显示，从而达到闪烁的效果。 if (!outpwm ) { ShowNum(1,2, hour /10 %10,0); ShowNum(1,3, hour %10,0)； ShowNum(2,2, 18,0);//18是空字模第18位是空的字模，具有看《增加部分英文字母和特殊字符字模》的说明； ShowNum(2,3, 18 ,0);//18是空 } else { ShowNum(1,2, 18 ,0); ShowNum(1,3, 18 ,0); } 5、秒表计时函数； 秒表计时函数是CountTime()函数，先定义一个计时变量CountMinutes，当计时启动时，在定时器1的中断回调函数中，进行CountMinutes++，计时暂停时，停止CountMinutes累加，计时复位时，CountMinutes清0，从而实现计时功能，精度达ms级别，因为显示器只有3位，所以取0.1s为单位显示。 6、电池电压测量与显示； 电池电压测量在STM32CubeMX的ADC项选定基准电压和VIN9与Vbat，（此处Vbat的作用是什么，还不明白，有测出来过，但总是固定值，不知其义，有高手知道可以知会一声，）我们只讨论基准电压Vref和VIN9. <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/6175fde512b949ab9e6166091aeba210.png" alt="ADC1.png"> 以下程序就是把基准电压Vref和VIN9读入数组adc1_val中： HAL_ADC_Start (&hadc1); HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1,10); adc1_val[i]=HAL_ADC_GetValue (&hadc1); adc1_val[0]读出基本准电压读数，adc1_val[1]读出VIN9电压读数，就可以算出VIN9的电压=120 VIN9电压读数 / 基准电压读数; 然后按显示温湿度的方法显示出来，最后显示出来的值，再与万用表测量的值进行比较，修正一下系数120为122，即：VIN9的电压=122VIN9电压读数/基准电压读数，小数点显得在第1位，可能我这MCU内核电压是1.22v;在显示电池电压时，我在显示器上行显示了英文字母bAt.,是因为我增加了数码管的字模。 7、数码管的字模； 因为数码管不仅可以显示数字，通过增加字模数组的值，可以显示其他字符。数码管的字模数组的程序 gpio.c的最前面，增加后的字模数组: uint16_t sgh_value[19]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x80,0x40,0x77,0x7c,0x79,0x38,0x78,0x73,0}; //0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,.,-,A,b,E,L,t,P,空，这里举例，如果要显示bAt.,只要取位置13、12、16。我在进入电池电压显示时显示了bAt，进入低功耗模式的倒计时时，显示了SLEEP. 如图： <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/8b4e349fa8ad4e8db3ac3770d5185d32.png" alt="bAt.png"> <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/d57862f444b54542842eccce4eb4e027.png" alt="SLEEP.png"> 7、进入深度休眠模式函数； EnterSTOPMode()函数，可自动进入休眠模式，通过计算空闲时间是否达到设定的时间（温湿度模式、时钟、电压模下设定为1分钟自动进入休眠模式，EnterSTOPTime =60000、秒表模式设定为1小时自动进入休眠模式，EnterSTOPTime =60000 * 60），条件满足，就进入STOPMode，此时主控芯片时钟会关闲，以便达到最大程度的节能。手动进入休眠模式：把模式调到手动进入休眠模式，此时LED显示器显示SLEEP.09 倒计时计数10秒后，进入休眠模式，休眠模式的意义：这个小仪器设计的初衷是显示温湿度，采用了5号电池供电，可是经过实际测试，LED显示器显示电流在21-22mA左右。 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/a7a957e602bf46478bf000ca87c28d72.png" alt="22ma.png"> 5号电池按某孚碱性电池的容量为1600mAh,可用时间=1600 / 22=72小时，天数=72/24=3天，也就是说2节5号电池，24小时开机，只够用3天，有点少了，所以这个小仪器，如果想24小时开机，就要设计成充电器或充电电池供电。官方提供下载的程序，经过实际测试是进行SlepMode睡眠模式，睡眠时电流在2.8mA左右。我们再来算一算，待机使用天数，天数=1600 / 2.8/24=23.8天,还是有点少，毕竟就放在那儿没显示，一天偶尔把玩一下，20几天就没电了，我这个程序，是进行STOPMode休眠模式（停止模式，停止了MCU的时钟），经过测试，待机电流仅0.32ma，经过计算，两节5号电池待机最大时间可到7个月，STOPMode休眠模式此时停止了内部时钟，外部时钟没停止，时钟功能仍然有有效。 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/cd2443cb2882459199983825137a2c97.png" alt="326ua.png"> 还的一个情况，如果低功耗模式是进入STANDBYMode待机模式，经过测试，整机电流为0.62ma，反尔比STOPMode高，有兴趣的同学可以自行测试一下；以上都在我有程序mian.c中，请参照我上传的程序附件。 这里贴出主代码块int main(void)：请参照我上传的程序附件。 //倒计时进入休眠模式倒计时初值ms ，dowmtime=9000; 可以在下面程序中修改， // 自动进入休眠模式的时间设定 EnterSTOPTime =60000;//等待进入休眠时间60000=1min ，可以在下面程序中修改 ... ... int main(void) { / USER CODE BEGIN 1 / float Temperature=0,Humidity=0; uint16_t Temp=0,Humi=0; //计分钟计0.1 定义变量 uint32_t CountMinutes=0; uint32_t CountCseconds=0; uint16_t UP_Disply=0,DOWN_Disply=0; ; / 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_I2C1_Init(); MX_TIM1_Init(); MX_RTC_Init(); MX_ADC1_Init(); / USER CODE BEGIN 2 / //SN74HC595_Send_Data(SN_DIG,0x00); //SN74HC595_Send_Data(SN_LED2,0xFF); / USER CODE END 2 / / Infinite loop / / USER CODE BEGIN WHILE / //以中断的形式启动定时器1 HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim1 ); Close_Led(); sTime.Hours=12; sTime.Minutes =12; HAL_RTC_SetTime(&hrtc,&sTime,RTC_FORMAT_BIN); HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1); uint8_t display_h=0; uint8_t display_m=0; uint8_t display_sec=0; while (1) { / USER CODE END WHILE / / USER CODE BEGIN 3 / //Toggle_Led(); //HAL_Delay(500); //Scanf_key(); for(i=0;i<3;i++) { HAL_ADC_Start (&hadc1); HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1,10); adc1_val[i]=HAL_ADC_GetValue (&hadc1); } Vref=adc1_val[0]; VIN9=adc1_val[1]; Vbat=adc1_val[2]; for(i=0;i<3;i++) { adc1_h[i]=adc1_val[i]/256; adc1_l[i]=adc1_val[i] % 256; } GetTemperatureHumidity(&Temperature,&Humidity ); Temp=(uint16_t)(Temperature 10); Humi=(uint16_t)(Humidity 10); CountCseconds=(countMiliSeconds/100)%600; CountMinutes=countMiliSeconds/1000/60; EnterSTOPMode();//进入深度睡眠模式 Modelcharg();//模式转换 TaskRTC();//读时钟 pwm();//闪烁用脉冲 if (Display_sel==2)//计时器模式 { CountTime(); } else { Countflag=0; PB5pushNum=0; CountTimeStart=0; countMiliSeconds=0; } if (Display_sel!=4)//倒计时进入休眠模式 { dowmtime=9000;//倒计时初值ms } //显示模式选择 switch (Display_sel) { case 0://温湿度模式 UP_Disply=Temp; DOWN_Disply=Humi; ShowNum(1,1,UP_Disply/100,0); ShowNum(1,2,UP_Disply/10 %10,1); ShowNum(1,3,UP_Disply %10,0); ShowNum(2,1, DOWN_Disply /100,0); ShowNum(2,2, DOWN_Disply /10 %10,1); ShowNum(2,3, DOWN_Disply %10,0); EnterSTOPTime =60000;//等待进入休眠时间60000=1min break; case 1://时钟模式 display_h=sTime.Hours; display_m=sTime.Minutes; display_sec=sTime.Seconds; clockset();//时间设定函数 //正常显示时间 if (!clocksetflag)//非时间设定模式--->正常显示时间 { EnterSTOPTime =60000;//等待进入休眠时间60000=1min ShowNum(1,2,display_h /10 %10,0); //ShowNum(1,3,display_h %10,0); ShowNum(2,2, display_m /10 %10,0); //ShowNum(2,3, display_m %10,0); //让点闪烁 if (!outpwm ) { ShowNum(1,3,display_h %10,0); ShowNum(2,3, display_m %10,1); } else { ShowNum(1,3,display_h %10,1); ShowNum(2,3, display_m %10,0); } } else { //clockset();//时间设定函数 } break; case 2://秒表模式 UP_Disply=CountMinutes; DOWN_Disply=CountCseconds; ShowNum(1,1,UP_Disply/100,0); ShowNum(1,2,UP_Disply/10 %10,0); ShowNum(1,3,UP_Disply %10,0); ShowNum(2,1, DOWN_Disply /100,0); ShowNum(2,2, DOWN_Disply /10 %10,1); ShowNum(2,3, DOWN_Disply %10,0); EnterSTOPTime =6000060;//等待进入休眠时间60000=1min 1h break; case 3://电池电压 V_BAT=VIN9122/Vref ; DOWN_Disply=V_BAT2; ShowNum(1,1,13,0);//b ShowNum(1,2,12,0);//A ShowNum(1,3,16,1);//t. // ShowNum(1,1,UP_Disply/100,0); // ShowNum(1,2,UP_Disply/10 %10,0); // ShowNum(1,3,UP_Disply %10,0); ShowNum(2,1, DOWN_Disply /100,1); ShowNum(2,2, DOWN_Disply /10 %10,0); ShowNum(2,3, DOWN_Disply %10,0); EnterSTOPTime =60000;//等待进入休眠时间6000=1min break; case 4://睡眠模式 ShowNum(1,1,5,0);//S ShowNum(1,2,15,0);//L ShowNum(1,3,14,0);//E ShowNum(2,1, 14,0);//E ShowNum(2,2,17,1);//P sleepdstart=1; ShowNum(2,3,dowmtime/1000,0);//显示倒计时 if (dowmtime==0) { //进入睡眠模式 Close_Led(); HAL_SuspendTick(); //暂停滴答定时器，防止通过滴答定时器中断唤醒 HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_MAINREGULATOR_ON, PWR_SLEEPENTRY_WFI); / 执行WFI指令, 进入深度睡眠模式 */ SystemClock_Config(); //恢复时钟 HAL_ResumeTick(); //恢复滴答定时器 Display_sel=0; } break; default : break; } } } <h2>实物展示说明</h2> 1.温湿度显示的样子如下： 上面数码管显示温度,下面数码管显示湿度。 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/0ec5c9eab6a741b29a5ef8e7226691bf.jpg" alt="微信图片_20240725200302.jpg"> 2.时钟显示的样子如下： 上面数码管显示时，下面数码管显示分，快速点两下按键，可进入时间设定模式。 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/15632bb12f324614ac40200ae2833635.png" alt="setclock.png"> 3.秒表显示的样子如下： 上面数码管显示分钟，下面数码管显示秒，精确到0.1秒。 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/0ff59aebe2204a5695e3ac561eb2536f.png" alt="计时显示.png"> 4.电池电压显示的样子如下： 上面数码管显示字母BAT，下面数码管电压值。 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/1092317e2b3c4602981e94064cb8408e.png" alt="显示bat.png"> 5.倒计时进入休眠的样子如下： 数码管SLEEP.秒。 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/abda49fcfa6043808f1393b2e8a45027.png" alt="显示sleep.png"> <h2>注意事项</h2> 1.PCB元件焊接芯片元件放置方向必须放对，有个点标志要与PCB板上的点对应。 2.PCB元件焊接时，要注意管脚不可虚焊，或连锡短路现象。 3.小元件贴片电阻、贴片电容先焊，再焊芯片元件，直插件后焊，不耐热的元件比如LED灯，按键，后焊，并且不作过多停留。 4.如果PCB布局跟我一样，没改过的，温湿度传感器模块是采用4p 1.27mm插件模块，元件朝下， 插反了会烧温湿度传感器模块。 我就第一次插反了烧温湿度传感器模块。最好是电池焊点贴个胶布或其他绝缘的东西。 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/d84126248598447f82da44b1f12e83af.png" alt="注意22.png"> <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/bef9beb56e8747c0a8e7828f6360dc7e.png" alt="sh40_22.png"> 5.全部焊接完成后，一定要检查无误后才能接下载器，或接上电池。 6.下载器的3V3与电池最好不要同时接，接了下载器3V3管脚就可以不放电池，放了电池就可以不接下载器的3V3，只接CLK，DIO，GND。下载器的3V3与电池同时接时，质量不好的下载器容易烧坏。 7.下载官方程序时，进入休眠模式时间放长一点，不然一旦进入休眠，很不方便下载程序，下载我这程序没有这方面的问题，我这个进入休眠模式时间1分钟，休眠时，点一下按键，有一分钟的时间，足够时间让你下载程序。 <h2>使用说明</h2> 1.唤醒键每按住0.5秒一次就切换模式一下，模式顺序为：温湿度->时钟->秒表->电池电压->休眠->温湿度； 2.自动休眠，温湿度、时钟、电池电压模式下自动进入休眠时间为1分钟，秒表模式下自动进入休眠时间为1小时； 3.时钟模式下,双击唤醒键，进入“时”设置，时数字会闪，唤醒键每点一下，时+1，按住0.5秒确定，进入“分”设置，同样分数字会闪，唤醒键每点一下，分+1，按住0.5秒确定，保存住设置时间； 4.秒表模式下,点一下,开始计时，再点一下暂停计时，双击唤醒键秒表复位； 5.休眠模式下,倒计数9秒后,进入休眠. <h2>演示视频</h2>