#第九届立创电赛#桌面温湿度显示器+5892883A - 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#桌面温湿度显示器+5892883A

创建时间：4个月前

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描述

<h3 style="line-height: 1.8;">1、项目功能介绍</h3> <hr />          在追求舒适生活与高效工作环境的今天，准确监测并即时显示室内温湿度变得尤为重要。本项目旨在设计并开发一款集高精度、低功耗、易于操作于一体的智能桌面温湿度显示器，采用STM32微控制器作为核心处理单元，结合盛思锐（Sensirion）公司的高性能温湿度传感器，为用户提供实时、准确的室内环境信息。   <h3 style="line-height: 1.8;">2、项目属性</h3> <hr />          本项目为首次公开，在立创训练营提供的复刻模板上增添了一些个性元素；本项目还未曾在其它比赛中获奖，也未在学校内参加过答辩。   <h3 style="line-height: 1.8;">3、开源协议</h3> <hr />          GPL3.0 <h3 style="line-height: 1.8;"> </h3> <h3 style="line-height: 1.8;">4、硬件部分</h3> <hr /> <h1>一、硬件电路分析</h1>        在桌面温湿度显示器项目中，硬件电路的设计是关键一环，每一部分电路模块都不可或缺，发挥着关键作用。其中包括电源模块、MCU模块、传感器模块、显示模块、检测模块和提示模块。 <h2>1.1 电源模块</h2>        桌面温湿度显示器支持两种供电方式，分别为USB供电和两节5号电池供电，因此电源模块需要分为两种供电方式分别介绍。 <h3>1.1.1 USB供电方式</h3>        在USB供电方式下，外部电源通过Micro-USB接口为系统供给5V电源，但是我们系统中的器件正常工作的电压均为3.3V以内，因此需要先将5V电压通过一个线性稳压器（AMS1117-3.3）将5V降压稳压为3.3V,才能供给我们系统中的器件使用。   <img style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" src="//image.lceda.cn/oshwhub/0c9c1aba37d946ffb840d4cae5e6e624.png" /> 图1 5V供电模块 <h3>1.1.2 电池供电方式</h3>        电池供电方式采用两节5号电池串联，单节电压为1.5V，串联后电池组正好能够给系统提供稳定的3V电压。在这部分供电电路中，采用了一个P沟道的MOS管用于简单地防反接。我们将MOS管的栅极（G）接地，源极接在串联电池组的正极。P沟道MOS管的导通条件是只有当源极与栅极之间的正向电压大于开启电压时，源极和漏极才能被导通，此时电源才能被正确接通。如果不小心把电池接反了，那也就是相当于在源极和栅极之间加上了反向电压，此时不足以满足MOS管的导通条件，因此电源也不会被接通，这样就可以避免因反接而损坏器件。   <img style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" src="//image.lceda.cn/oshwhub/17768d000dcf4aba8f65451c9cad499c.png" /> 图2 电池供电模块 <h3>1.1.3 供电切换</h3>        为了切换到不同的电源输入，系统中采用了一个单刀双掷开关用来切换到不同的输入，这样就可以满足不用场景下的使用需求。   <img style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" src="//image.lceda.cn/oshwhub/7a51f5e4eebb4590a77902938ee43d46.png" /> 图3 供电切换 <h2>1.2 MCU模块</h2>        MCU采用的是STM32G030K6T6，主要用于控制三个8位移位寄存器芯片输出控制数码管显示，读取温湿度传感器数据，控制LCD显示和电压测量等。   <img style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" src="//image.lceda.cn/oshwhub/290ad230d98c40b589d1a2607dcb0696.png" /> 图4 MCU模块 <h2>1.3 移位寄存器和数码管显示</h2>        这三个移位寄存器的作用，用简单的话来讲就是将输入给移位寄存器的串行数据并行地输出，所谓串行数据就是说输入给移位寄存器的数据原本是一连串有先后顺序的数据，就比如说是01101100，然后通过一个引脚输入到芯片上。移位寄存器输出的时候就是将这串数据，同时地输出到八个端口上，对应地将端口设置为高电平或者低电平，以此来点亮对应于串行数据的数码管段，从而显示出我们想要的数字。图中的U2和U3实现的就是这样的功能，分别控制显示温度和湿度的数码管的单个数字八个段，而U4的作用是用来选中对应于六个位置的哪个数码管亮起，配合起来就能在对应位置显示对应的数字了。   <img style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" src="//image.lceda.cn/oshwhub/3a1fc3d1dc1046e8a6b55cadf076904f.png" /> 图5 移位寄存器   <img style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" src="//image.lceda.cn/oshwhub/4df457fee6ea4acbb63b87b1b52d36ca.png" /> 图6 数码管显示模块 <h2>1.4 温湿度传感器</h2>        在温湿度传感器模块中，主要就是通过IIC协议的两根信号线与MCU连接实现通信，从而获取到传感器采集的数据。   <img style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" src="//image.lceda.cn/oshwhub/54ef6092700642c5af428c67b21e21ed.png" /> 图7 温湿度传感器模块 <h2>1.5 触摸唤醒</h2>        考虑到系统存在电池供电的形式，如果长期使系统处于测量和显示的状态，那么两节干电池可能不足以支持系统长时间的运行，因此设置了低功耗模式，经过一段时间的测量和显示后自动休眠。需要唤醒被唤醒的时候，将由触摸模块输出一个低电平信号（空闲时处于高电平），然后MCU检测到出现下降沿之后，再进入工作模式，完成数据获取和显示后再次进入低功耗模式，这样就能有效提高待机时长。   <img style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" src="//image.lceda.cn/oshwhub/f936bb47366f445394a8c5be66e386e5.png" /> 图8 触摸唤醒模块 <h2>1.6 电池电压测量</h2>        电池电压测量可以及时反馈给用户是否需要更换电池，当然这样的测量也只是仅供参考。将电池电压通过两个10K电阻分压后的一半电压输入到MCU的ADC引脚，通过MCU监测端口上的电池分压就能大概反应出当前系统内电池的健康状况，从而提示用户是否更换电池。   <img style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" src="//image.lceda.cn/oshwhub/fe26e0c5e6b043698306e357ce1447d8.png" /> 图9 电池电压测量 <h2>1.7 显示模式切换</h2>        本设计支持两种显示模式，第一种就是通过数码管显示，这种显示方式更加直接、简单、也更加节能。但是考虑到用户可能需要更加生动的显示方式或者需要有个性化定制的需求，所以增加了LCD的显示方式，相比数码管显示色彩会更加丰富，但是功耗也会更高，所以设置了一个开关供用户自行选择显示方式。开关中间的公共端接入到MCU引脚上，两端分别连接系统供电和地，如果MCU检测到当前引脚为低电平，那么就采用数码管显示；反之，则为LCD显示的方式，MODE引脚同时还连接了LCD的VCC引脚，当切换到接地端时会自动给LCD断电，减少不必要的电量消耗。   <img style="display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" src="//image.lceda.cn/oshwhub/8cab92ddd68045f99393ff05c0579e29.png" /> 图10 显示模式切换   <h3 style="line-height: 1.8;">5、软件部分</h3> <hr />        系统的软件设计部分采用Keil MDK编写，以及Cubemx生成部分源码，其中Cubemx配置部分如下：   <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/9fb24b1807fa41b9ad85ac4ab1cb8248.png" /> 图11 CubeMX配置        在图形化配置中，PC14和PC15引脚是外部低速晶振信号的输入引脚。其中除了PA6引脚被设置为输入模式，PB5被设置为外部中断（下降沿触发）外，其余引脚均配置为输出模式。PA6用于读取外部输入电平，以便于根据引脚上电平信号的高低切换到不同的显示模式；PB5引脚连接触摸模块的输入引脚，当空闲时引脚上电平为高，当MCU需要被唤醒时，触摸模块会产生一个由高电平到低电平的跳变，通过检测这个下降沿信号，就可以唤醒睡眠状态的MCU。PA0~PA5以及PA8、PA9和PB2引脚是三个8位移位寄存器的控制信号输出引脚，具体作用会体现在代码中。PA13和PA14是MCU的外部调试接口，PB8和PB9复用为硬件IIC的SCL和SDA引脚，用于和温湿度传感器通信，获取测量得到的温湿度信息。其余输出引脚均为LCD屏幕的控制引脚，采用软件模拟SPI的形式。

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立创电赛：《基于盛思锐传感器的桌面温湿度计》-演示视频.mp4
《桌面温湿度计》源码.zip
《桌面温湿度计》-LCD显示.jpg
《桌面温湿度计》-LCD显示（2）.jpg
《桌面温湿度计》-数码管显示.jpg
《桌面温湿度计》-立创电赛丝印.jpg