#第九届立创电赛#桌面温湿度检测仪 - 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

版本协议

GPL 3.0

专业版

#第九届立创电赛#桌面温湿度检测仪

创建时间：4个月前

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描述

<h3 style="line-height:2">更新日志</h3> 2024.7.27首次发布开源项目 <hr> 项目说明 制作本项目的初衷是为了独立完成一个软硬件都有的小项目，提高系统设计能力和软件能力。硬件部分参考了参考B站“立创EDA”的视频进行布局规划，走线则是自己独立完成；软件部分，函数参考了官方的语雀文档，软件的整体流程设计则是自己独立规划完成。 <hr> 项目简介 使用两节干电池供电，主控采用STM32G030K6T6。在平时默认为休眠模式，当按下按键后，显示温湿度约2s，显示电池电压约1s，随后恢复休眠模式。 <hr> 硬件部分 1.主控电路 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/16a4ba5e662d416cb9fd27cb4f1bb9d2.png" width="1058" height="487"> 给STM32G030K6T6分配引脚标签。 利用磁珠L1对电池电压进行过滤，得到更加纯净的直流电压。 磁珠全程为铁氧体磁珠滤波器，是一种抗干扰元件，滤除高频噪声的效果显著。 磁珠的电路符号就是电感，并且原理相同，只是频率特性不同。 <div>复位电路原理具体可以参考博客——<a href="https://blog.csdn.net/hxh33321/article/details/124611776" target="_blank">https://blog.csdn.net/hxh33321/article/details/124611776</a></div> 简单来说就是不上电时NRST为低电平，上电后短暂时间内，电容两端电压不会突变，所以NRST还是保持低电平，经历4τ-5τ之后电容充电完成，NRST为高电平，不再对主控电路进行复位，芯片开始正常工作。 这里就需要注意，烧录代码时需要勾选Reset and run，否则就需要拔下电池才能执行新烧录的程序（也可以设计使用按键复位） <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/d2cc344db0cd4d23b8ed07488f529ad1.png" width="559" height="271"> 2.晶振电路 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/7e29c8367595494ea52b9d19e6739bad.png" width="491" height="288"> 常见的晶振电路，其中的C3、C4为匹配电容，与晶振的参数——负载电容（Load capacitance）、静电容（Shunt capacitance）有关 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/37cd5d5c486f4c9d97218342a446222f.png" width="764" height="271"> 通常取C3、C4为相同容值，容值满足公式： <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/dcb1b6f958f04a9e9f029b2e132e77e8.png" width="306" height="42"> 计算得到的匹配电容值 = 23pF，但是官方的B站视频给出的值是18pF，这里存在一些疑惑，希望和大家一起交流。 实际选用的是20pF的匹配电容，但是实际上本项目并没有用到外部晶振，没有体现出电容的误差会造成什么影响。如果设计适合需要时钟功能（RTC），就需要用到外部晶振。 3.SHT40温湿度传感器模块接口 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/e7b0dd44505348698daf2a392a6e9f41.png" width="517" height="299"> 该部分实际上就是一个1.27mm的弯插母座，用来插接官方推荐的SHT40温湿度传感器模块，只需要注意线的顺序是否正确即可 其中R2、R3是IIC协议要求的上拉电阻，因为IIC协议默认SCL和SDA为高电位，主机和从机通过拉低和释放SDA和SCL进行通信 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/f5fcf1600150487ab6f09fbf191b5ac0.png" width="379" height="185"> 图片来自博客——<a href="https://blog.csdn.net/sinat_15677011/article/details/105035024" target="_blank">I2C总线通信原理与电路设计_i2c 通讯2.8v-CSDN博客</a> 4.三态移位寄存器 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/124b7dc895dc4e478408c3fe76a3cb3a.png" width="842" height="482"> 这里使用三态移位寄存器的原因是为了节省引脚，具体如何使用芯片可以参考博客——<a href="https://blog.csdn.net/ReCclay/article/details/78245642" target="_blank">一文搞懂74HC595芯片（附使用方法）_74hc595芯片引脚图及功能-CSDN博客</a> 三个滤波电容尽量贴近芯片进行走线 注意SIG_TEST引脚连接的是一个测试LED，所以控制这一个测试LED的操作实际上会放在74HC595的操作里面，而不能直接通过GPIO操作LED 5.共阴极三位数码管 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/8af30b8180224c418836aadad0cfb686.png" width="410" height="491"> 此处的共阴极数码管可以用共阳极的替代（前提是除了共阴共阳之外一切相等），只需要在软件设计里面进行修改即可 本人使用的是共阳极数码管 6.两节5号电池盒+防反接 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/01feb0fdd6ae46c68c65e65d37daf48a.png" width="527" height="460"> BAT_VOL引脚作为ADC输入引脚，可以测量电池电压，可以设计电量显示功能 两节干电池进行串联，实现3V供电 防反接设计依靠控制PMOS管的导通而实现，反接时PMOS管截止，实现保护 具体PMOS管原理可参考博客——<a href="https://blog.csdn.net/chenhuanqiangnihao/article/details/114385700" target="_blank">NMOS和PMOS详解以及电路设计_nmos怎么接在电路里可以当成电容-CSDN博客</a> 或各种模电教材 7.唤醒按键 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/c1f9b9995efc47868bdaeaf136504016.png" width="344" height="121"> 该引脚作为外部中断输入引脚，外部中断可将设备从休眠模式唤醒。 8.SWD下载调试接口 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/a59c9b3616bb4843ac8b89347d729765.png" width="413" height="198"> 线序可以随意设计，走线方便优先，连接调试器的时候正确连接即可 9.LED测试电路 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/13210cd907b141798cda2ed0061d12f2.png" width="626" height="61"> 用于实现闪灯实验，测试软件能和硬件正常进行通信，硬件有基本的工作能力 <hr> <h3 style="line-height:2">PCB部分</h3> 本项目PCB走线除电源线和晶振信号线之外，均为正常信号线。 电源线：一般电源线都比正常信号线略宽，在本项目中，正常信号线为10mil，电源线为15mil，实测没有问题。 晶振信号线：外部晶振需要靠近主控芯片进行摆放，目的是减少寄生电容。在官方的视频里面，提到了晶振电路需要禁止铺铜。去网上查阅资料后，有说需要铺铜的，也有说不需要的，个人认为可能和电路频率有关系。因为铺铜实际上影响的是电路的电容，高频和低频的情况下影响程度不同。（自己也不是很理解，欢迎大家一起讨论）本项目因为没有用到外部晶振，所以可以不考虑铺铜问题。 丝印：在外部接口部分，为了防止出错，需要用丝印做标记，如： <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/d6a38e444add49a8bc94ab4c401f3fdf.png"> <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/c4163b0cb976419099a64ee4098db61c.png"> <hr> <h3 style="line-height:2">软件部分</h3> 源码和工程文件放在附录里面，此处提供程序流程图，具体细节可以参考源码 <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/8098050b9973466981fbd494e159fb18.png" width="347" height="497"> <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/0db6e136fc574a179be8c00a82742482.png" width="262" height="500"> <img src="//image.lceda.cn/oshwhub/b77e58feb58742ad908bc556a6b7ed3c.png" width="220" height="491"> <hr> <h3 style="line-height:2">元器件</h3> 和BOM几乎一致，除了共阴极数码管换成了共阳极数码管，没有需要特别注意的地方 <hr> 附件 附件包含演示视频，因为数码管的刷新是在定时器中断里面实现的，刷新一轮大约需要20ms，所以手机拍摄的效果不好 除此以外，附件包含STM32CubeMX生成的工程文件 <hr> 最后 祝大家能够顺利完成项目！