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前言
源代码下载链接：
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一、项目介绍和演示视频
1. 实物图
2. 演示视频
基于STM32的家庭/室外环境监测系统（单片机毕设）
3. 概述
主控为stm32f103c8t6。使用DHT11温湿度传感器和MQ-2烟雾传感器，读取并实时刷新在0.96寸OLED屏幕上，同时通过蓝牙模块HC-05使用串口通信将数据上传到上位机（自制蓝牙APP）。可手动控制蜂鸣器以及电机作为报警器和风扇；在自动预警模式下，监测到温度高出设定的阈值后打开风扇降温；当监测到烟雾浓度高出设定阈值后将关闭风扇防止火情蔓延，并开启蜂鸣器报警，上位机同步更新报警状态。
二、硬件框架
1. 硬件模块
| stm32f103c8t6最小系统板 | 0.96寸OLED屏幕 |
| MQ-2烟雾传感器（5V） | DHT11温湿度传感器 |
| 有源蜂鸣器 | HC-05蓝牙模块（5V） |
| TB6612电机驱动模块（5V） |
直流电机（5V） |
| 面包板 | 排母若干 |
2. 原理图以及PCB
原理图：
PCB：
三、软件框架
1. 0.96寸OLED屏幕（SSD1306）
见我上传的资源：OLED驱动代码，设置成免费下载了。
1.1 CubeMX配置
勾选I2C1，设置为快速模式即可。
1.2 初始化代码
//oled初始化
HAL_Delay(20);
//屏幕启动比stm32要慢，上电延时20ms
OLED_Init();2. MQ-2烟雾传感器
使用ADC的连续转换模式，可参考这篇博客：HAL库教程。
2.1 CubeMX配置
记得配置Continuous Conversion Mode为Enabled，这样就开启了ADC的连续转换模式。
2.2 初始化代码
//烟雾传感器初始化
HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1);
HAL_ADC_Start(&hadc1);
HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, HAL_MAX_DELAY);3. DHT11温湿度模块
由于该模块是单数据线，需要在代码里不断改变引脚状态，因此不需要在CubeMX里配置，我这里用的是PA2引脚。
3.1 驱动代码
dht11.c：
#include "dht11.h"
uint8_t datas[5];//空气温湿度数据
void delay_us(uint16_t cnt)
{
uint8_t i;
while(cnt)
{
for (i = 0; i < 10; i++)
{
}
cnt--;
}
}
void DHT_GPIO_Init(uint32_t Mode)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_2;
GPIO_InitStruct.Mode = Mode;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}
void DHT11_Start(void)
{
DHT_GPIO_Init(GPIO_MODE_OUTPUT_PP);
DHT_HIGHT;
DHT_LOW;
HAL_Delay(30);
DHT_HIGHT;
DHT_GPIO_Init(GPIO_MODE_INPUT);
while(DHT_VALUE);
while(!DHT_VALUE);
while(DHT_VALUE);
}
void Read_Data_From_DHT(void)
{
int i;//轮
int j;//每一轮读多少次
char tmp;
char flag;
DHT11_Start();
DHT_GPIO_Init(GPIO_MODE_INPUT);
for(i= 0;i < 5;i++)
{
for(j=0;j<8;j++)
{
while(!DHT_VALUE);//等待卡g点
delay_us(40);
if(DHT_VALUE == 1)
{
flag = 1;
while(DHT_VALUE);
}
else
{
flag = 0;
}
tmp = tmp << 1;
tmp |= flag;
}
datas[i] = tmp;
}
}dht11.h：
#ifndef __DHT11_H__
#define __DHT11_H__
#include "main.h"
#define DHT_HIGHT HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_SET)
#define DHT_LOW HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET)
#define DHT_VALUE HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_2)
extern uint8_t datas[5];
void Read_Data_From_DHT(void);
#endif后续直接调用Read_Data_From_DHT函数读取数据就好了，数据会存放在datas数组里：datas[0]是湿度的整数数据、datas[1]是湿度的小数数据、datas[2]是温度的整数数据、datas[3]是温度的小数数据、datas[5]是校验数据。
4. HC-05蓝牙模块
使用串口收发数据，借助蓝牙APP，可以把这个模块当作平常用的CH340模块来用。
4.1 CubeMX配置
使用串口1收发数据，波特率为115200，由于我们需要接收不定长数据，因此还要用到串口空闲中断，不妨使用DMA模式下的空闲中断：
点开DMA设置，为接收和发送都创建DMA通道（默认即可），并确保打开了串口中断：
4.2 空闲中断回调函数
//串口接收buffer
#define RX_BUF_SIZE 50
uint8_t receiveData[RX_BUF_SIZE] = "";
void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)
{
//每次进入回调函数之前判断是哪个串口触发的中断
if(huart == &huart1)
{
HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, (uint8_t *)receiveData, sizeof(receiveData));
__HAL_DMA_DISABLE_IT(&hdma_usart1_rx, DMA_IT_HT);
}
}5. 有源蜂鸣器和TB6612电机驱动模块
全部设置为推挽输出即可，不需要对电机进行调速。
5.1 CubeMX配置
PA3为蜂鸣器引脚，PA4~6分别为TB6612的PWMA、AIN2、AIN1。电机驱动模块主要操作的是AIN2和AIN1引脚，要让电机旋转只需要随便拉低一个引脚即可，蜂鸣器也是低电平触发。
5.2 核心代码
/* 头文件包含 */
#include "main.h" // HAL库主头文件
#include "adc.h" // ADC驱动
#include "dma.h" // DMA驱动
#include "i2c.h" // I2C驱动（用于OLED）
#include "usart.h" // 串口驱动
#include "gpio.h" // GPIO驱动
#include "dht11.h" // DHT11温湿度传感器驱动
#include "oled.h" // OLED显示驱动
#include <stdio.h> // 标准输入输出（用于printf）
#include <string.h> // 字符串操作
/* 系统状态宏定义 */
#define OFF 0 // 关闭状态
#define ON 1 // 开启状态
/* 蜂鸣器控制宏 */
#define BUZZER_ON HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_3, GPIO_PIN_RESET) // PA3低电平触发蜂鸣器
#define BUZZER_OFF HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_3, GPIO_PIN_SET) // PA3高电平关闭蜂鸣器
/* 全局变量声明 */
float smoke = 0.0; // 烟雾浓度值（百分比）
#define RX_BUF_SIZE 50 // 串口接收缓冲区大小
uint8_t receiveData[RX_BUF_SIZE] = ""; // 串口接收缓冲区
// 设备状态标志
uint8_t Buzzer_State = OFF; // 蜂鸣器状态
uint8_t Fan_State = OFF; // 风扇状态
uint8_t Auto_Alarm_State = OFF;// 自动报警模式状态
// 状态显示字符串（OLED用）
char State_String[2][5] = {"OFF", "ON"};
/* 自定义printf输出重定向 */
int fputc(int ch, FILE *f)
{
HAL_UART_Transmit(&huart1, (const uint8_t *)&ch, 1, HAL_MAX_DELAY);
return ch;
}
/* 串口接收完成回调函数 */
void HAL_UARTEx_RxEventCallback(UART_HandleTypeDef *huart, uint16_t Size)
{
char buffer[50] = "";
memcpy(buffer, receiveData, sizeof(receiveData)); // 复制接收数据到临时缓冲区
if(huart == &huart1)
{
buffer[Size] = '\0'; // 添加字符串终止符
/* 自动报警模式控制 */
if(strcmp(buffer, "Auto_On\r\n") == 0) {
Auto_Alarm_State = ON;
HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, (uint8_t *)buffer, Size);
}
else if(strcmp(buffer, "Auto_Off\r\n") == 0) {
// 关闭所有输出设备
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET); // 风扇IN1
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_SET); // 风扇IN2
BUZZER_OFF;
// 更新状态标志
Buzzer_State = OFF;
Fan_State = OFF;
Auto_Alarm_State = OFF;
// 返回确认信息
printf("Buzzer_Off\r\nFan_Off\r\nAuto_Off\r\n");
}
/* 手动控制模式处理 */
if(Auto_Alarm_State == OFF) {
// 风扇控制
if(strcmp(buffer, "Fan_On\r\n") == 0) {
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET); // IN1=0
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_SET); // IN2=1（正转）
Fan_State = ON;
HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, (uint8_t *)buffer, Size);
}
else if(strcmp(buffer, "Fan_Off\r\n") == 0) {
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET); // IN1=1
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_SET); // IN2=1（刹车）
Fan_State = OFF;
HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, (uint8_t *)buffer, Size);
}
// 蜂鸣器控制
else if(strcmp(buffer, "Buzzer_On\r\n") == 0) {
BUZZER_ON;
Buzzer_State = ON;
HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, (uint8_t *)buffer, Size);
}
else if(strcmp(buffer, "Buzzer_Off\r\n") == 0) {
BUZZER_OFF;
Buzzer_State = OFF;
HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, (uint8_t *)buffer, Size);
}
}
// 重新启动DMA接收
HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, receiveData, sizeof(receiveData));
__HAL_DMA_DISABLE_IT(&hdma_usart1_rx, DMA_IT_HT); // 禁用传输过半中断
}
}
/* 自动报警处理函数 */
void Auto_Alarm(void)
{
/* 烟雾浓度报警（阈值60%） */
if(smoke > 60) {
BUZZER_ON;
if(Buzzer_State == OFF) { // 状态变更时上报
Buzzer_State = ON;
printf("Buzzer_On\r\n");
}
} else {
BUZZER_OFF;
if(Buzzer_State == ON) {
Buzzer_State = OFF;
printf("Buzzer_Off\r\n");
}
}
/* 温度控制逻辑（阈值30℃） */
if(datas[2] >= 30 && smoke < 60) { // 温度高且无烟雾危险时开启风扇
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET); // 正转
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_SET);
if(Fan_State == OFF) {
printf("Fan_On\r\n");
Fan_State = ON;
}
} else { // 关闭风扇
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET);
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_6, GPIO_PIN_SET);
if(Fan_State == ON) {
printf("Fan_Off\r\n");
Fan_State = OFF;
}
}
}
/* 主函数 */
int main(void)
{
// 硬件初始化
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_DMA_Init();
MX_USART1_UART_Init();
MX_I2C1_Init();
MX_ADC1_Init();
/* 外设初始化 */
HAL_Delay(20); // 等待硬件稳定
OLED_Init(); // OLED显示屏初始化
// ADC校准和启动
HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1);
HAL_ADC_Start(&hadc1);
HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, HAL_MAX_DELAY);
// 启动串口DMA接收
HAL_UARTEx_ReceiveToIdle_DMA(&huart1, receiveData, sizeof(receiveData));
__HAL_DMA_DISABLE_IT(&hdma_usart1_rx, DMA_IT_HT);
/* 主循环 */
while (1)
{
OLED_NewFrame(); // 准备新显示帧
// 传感器数据读取
Read_Data_From_DHT(); // 获取温湿度数据
smoke = (HAL_ADC_GetValue(&hadc1) / 4095.0) * 100.0; // 计算烟雾浓度
// 自动报警模式处理
if(Auto_Alarm_State == ON) {
Auto_Alarm();
}
/* OLED显示内容格式化 */
char Tem_mes[10], Hum_mes[10], Smo_mes[10], Sta_mes[20], BlueTooth_mes[30];
sprintf(Tem_mes, "Tem:%d.%d", datas[2], datas[3]); // 温度显示
sprintf(Hum_mes, "Hum:%d.%d%%", datas[0], datas[1]); // 湿度显示
sprintf(Smo_mes, "Smoke:%.1f%%", smoke); // 烟雾浓度
sprintf(Sta_mes, "A:%s B:%s F:%s", // 状态显示
State_String[Auto_Alarm_State],
State_String[Buzzer_State],
State_String[Fan_State]);
sprintf(BlueTooth_mes, "NULL;%d.%d;%d.%d;%.1f;NULL\r\n", // 蓝牙数据格式
datas[2], datas[3], datas[0], datas[1], smoke);
/* OLED显示更新 */
OLED_PrintASCIIString(0, 0, Tem_mes, &afont16x8, OLED_COLOR_NORMAL);
OLED_PrintString(65, 0, "℃", &font16x16, OLED_COLOR_NORMAL);
OLED_PrintASCIIString(0, 17, Hum_mes, &afont16x8, OLED_COLOR_NORMAL);
OLED_PrintASCIIString(0, 33, Smo_mes, &afont16x8, OLED_COLOR_NORMAL);
OLED_PrintASCIIString(0, 49, Sta_mes, &afont12x6, OLED_COLOR_NORMAL);
OLED_ShowFrame(); // 刷新显示
/* 蓝牙数据传输 */
HAL_UART_Transmit_DMA(&huart1, (uint8_t *)BlueTooth_mes, strlen(BlueTooth_mes));
HAL_Delay(1000); // 主循环周期1秒
}
}
/* 注意事项：
1. GPIO分配：
- PA3: 蜂鸣器控制
- PA5/PA6: TB6612电机驱动控制引脚（IN1/IN2）
- 确保实际硬件连接与代码一致
2. 传感器数据格式：
- datas数组来自DHT11驱动，索引：
0: 湿度整数部分
1: 湿度小数部分
2: 温度整数部分
3: 温度小数部分
3. 蓝牙数据协议：
"NULL;温度;湿度;烟雾;NULL\r\n" 格式示例：
"NULL;25.5;60.0;30.5;NULL\r\n"
4. 改进建议：
- 增加传感器数据校验
- 添加看门狗防止死机
- 使用RTOS进行任务管理
- 添加EEPROM存储报警阈值
*/四、蓝牙APP界面设计
1. UI界面设计
控件如下：
2. 逻辑界面设计
蓝牙连接逻辑：
按键发送逻辑：
接收数据逻辑：
