stm32---室内温湿度监控系统

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项目处于开发阶段，尚未完成，仍在不断更新

一、系统功能要求

1. 设备能够检测并显示环境温湿度值
2. 系统监控软件能够实时监控环境温湿度值
3. 系统监控软件能够设置设备温度值的上下阈值， 设备能够发出声光报警， 监控软件能够发出报警提示或者取消报警
4. 设备及监控软件能够查看对应设备的温度阈值信息
5. 设备能够显示时间
   二、软硬件需求

三、软硬件精选

1、处理器：stm32 / CC2530（常用于做智能家具，支持 Z-Stack 协议栈<基于ZigBee实现的>），stm32W系列的芯片也支持 Z-Stack 协议栈。
我们选用 STM32F103VBT6

2、温湿度传感器：（1）Pt100 （热电偶），使用时需要进行校准，但是精度高。
（2）DS18B20， 单总线的
（3）DHT11：温湿度传感器（精度低） ，学习过程中暂时选用 DHT11

3、存储单元：存储阈值，
外部存储单元：AT24C02，2K存储空间，（EEPROM）； Flash，128M。
内部存储单元：ROM（单片机内部的 Flash）。我们选用内部存储单元。
选用存储单元要考虑其寿命，存储单元的寿命与擦写次数有关（一般为10万次）

4、输出设备：（1）数码管：占用 16 个I/O口，显示的内容有限。
（2）LCD1602：占用 11 个I/O口（八根data线，三根电源线），两行，每行显示16个字符，不能显示汉字。
（3）TFT：多彩屏，可现实各种颜色的字以及汉字，有65536中颜色可选
有三种驱动方式：并口驱动，SPI驱动，FSMC驱动（刷屏频率更快）。
（4）LCD12864：每行显示128个字符，共64行（可显示汉字）。
（5）串口屏：串口驱动（三根线：Rx，Tx，GND），工作中使用最多。

5、通信协议：

6、传输介质：IIC、USB、SPI、SDIO 的传输近距离太近，不适合；
CAN 配置比较麻烦，但是更可靠更安全,多用于汽车以及军用；
无线，需要买一个无线模块，然后与 I/O 口连接，可以选用；
这里我们选用有线传输介质：485总线，232总线，先使用232总线，后期换为485总线。

7、输入设备：键盘、触摸屏
8、发声设备：蜂鸣器、喇叭
9、发光设备：LED
10、时钟电路：32内部的RTC
11、操作系统：uC/OS-II，创建多个任务（1、根据协议接收指令；2、指令响应；3、温湿度采样；4、输入的检测，切屏）

四、代码实现

1、由定时器控制串口接收一个字符串，并发送给上位机。

串口、定时器的配置函数略去，，

中断函数：
接收中断：接收数据，打开定时器；
定时器中断：关闭接收中断，关闭定时器，定时器计数值清零，打开发送中断；
发送中断：发送数据，发送完成后，打开接收中断，关闭发送中断。

unsigned char rsvbuff[100];
unsigned char *rsvBufferPoint;

unsigned intrsvbuffcnt;

void USART1_IRQHandler(void)           
{
if (USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_ORE) == SET)
{
USART_ClearFlag(USART1, USART_FLAG_ORE);
USART_ReceiveData(USART1);
}
if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_RXNE) == SET)
{
rsvbuff[rsvbuffcnt++] = USART_ReceiveData(USART1);

USART_ClearFlag(USART1, USART_IT_RXNE);

TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);      
rsvBufferPoint = rsvbuff;
}


if (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_TXE) == SET)
{
if (rsvbuffcnt != 0)
{
USART_ClearFlag(USART1, USART_IT_TXE);

  USART_SendData(USART1, (char)*rsvBufferPoint);
rsvBufferPoint++;
rsvbuffcnt--;
}else
{
while (USART_GetITStatus(USART1, USART_IT_TC) == SET) ; 
USART_ClearFlag(USART1, USART_IT_TC);

USART_ClearFlag(USART1, USART_IT_TXE);

USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, ENABLE);
    USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TXE, DISABLE);
}
}
}
void TIM2_IRQHandler(void)
{
if (TIM_GetFlagStatus(TIM2, TIM_IT_Update) == SET)
{
TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_IT_Update);

USART_ITConfig(USART1, USART_IT_RXNE, DISABLE);

TIM_Cmd(TIM2, DISABLE);
TIM_SetCounter(TIM2, 0x0000);

USART_ITConfig(USART1, USART_IT_TXE, ENABLE);
}
}

2、DHT11 采集温湿度，并显示在 LCD1602 上

配置好 LCD1602、DHT11：

LCD1602的配置：参考《LCD1602数据手册》的时序图，和《LCD1602液晶完整中文资料》的11条指令

void LCD_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC | RCC_APB2Periph_GPIOD, ENABLE);

    //LCD1602
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);

    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_Init(GPIOD, &GPIO_InitStruct);

    while(LCD_ReadStatus() & 0x80)
    {
    }   
    LCD_WriteCmd(0x38);   //??
//  LCD_WriteCmd(0x0F);   //???,????,?????
//  LCD_WriteCmd(0x06);   //??????,???????????
//  LCD_WriteCmd(0x14); 
    LCD_WriteCmd(0x0C);
    LCD_WriteCmd(0x06);
    LCD_WriteCmd(0x02);
    delay(1000);
    LCD_WriteCmd(0x01);   //??
}

void LCD_WriteCmd(unsigned char Cmd)
{
    GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_5);  //RS = 0
    GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_6);  //RW = 0
    //delay(10000);
    GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_7);    //EN = 1
    GPIO_Write(GPIOC, (GPIO_ReadOutputData(GPIOC) & 0xFF00) | Cmd);
    delay(1000);
    //GPIOC->ODR = Cmd;
    GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_7);  //EN = 0
}

void LCD_WriteData(unsigned char Data)
{
    GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_5);    //RS = 1
    GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_6);  //RW = 0
    //GPIOC->ODR = Data;
    GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_7);    //EN = 1
    GPIO_Write(GPIOC, (GPIO_ReadOutputData(GPIOC) & 0xFF00) | Data);
    delay(1000);
    //GPIOC->ODR = Data;
    GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_7);  //EN = 0
}

unsigned char LCD_ReadStatus(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    unsigned char tmp = 0;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);

    GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_5);  //RS = 0
    GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_6);    //RW = 1
    GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_7);  //EN = 0
    GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_7);    //EN = 1
    delay(1000);
    tmp = GPIO_ReadInputData(GPIOC) & 0x00FF;

    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);
    return tmp;
}

unsigned char LCD_ReadData(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
    unsigned char tmp = 0;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);

    GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_5);    //RS = 1
    GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_6);    //RW = 1
    GPIO_ResetBits(GPIOD, GPIO_Pin_7);  //EN = 0
    GPIO_SetBits(GPIOD, GPIO_Pin_7);    //EN = 1
    delay(1000);
    tmp = GPIO_ReadInputData(GPIOC) & 0x00FF;

    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2 | GPIO_Pin_3 | GPIO_Pin_4 | GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct);
    return tmp;
}

void LCD_ShowString(unsigned char *str, unsigned char m, unsigned char n)
{
    if(m == 1)
    {
        LCD_WriteCmd(0x80 + n); 
    }

    if(m == 2)
    {
        LCD_WriteCmd(0x80 + n + 0x40);  
    }
    while(*str != '\0')
    {
        LCD_WriteData(*str);
        str++;
    }
}

DHT11 的配置：参考《DHT11中文资料及C例程》时序图
*配置函数略去

void DHT11_Read_Data()
{
  unsigned int i = 0;
  char humidity[9] = "humidity=";
  char temputure[10] = "temputure=";
  char check[] = "Device Not Available\n";
  char error_data[] = "Error Data\n";
  unsigned int Data_Buff[5];

    unsigned char rcvBuff[30];

  DHT11_Rst();
  if (DHT11_Check() == 0)
  {
    while((!DHT11_DQ));
    while(DHT11_DQ);    
    for (i = 0; i < 5; i++)
    {
      Data_Buff[i] = DHT11_Read_Byte();
    }

    if ((Data_Buff[0]+Data_Buff[1]+Data_Buff[2]+Data_Buff[3]) == Data_Buff[4])
    {
            i = 0;
            sprintf(rcvBuff, "H: %d  T: %d", Data_Buff[0], Data_Buff[2]);

            LCD_ShowString(rcvBuff, 1, 0);
    }else
    {
        i = 0;
    }
  }else 
  {
//    Usart_Send_String(check,21);
//    LED2 = 0;
  }
}

然后，在主函数调用这个函数即可显示。

• sprintf(rcvBuff, “H: %d T: %d”, Data_Buff[0], Data_Buff[2]);
  善于使用 sprintf 函数将别的类型转化

3、用芯片内部的RTC，将时间显示在LCD上

//设置初始时间

int main()
{
    struct tm tm_ini;

    LCD_Init();
    DHT11_Init();

    tm_ini.tm_year = 2017;
    tm_ini.tm_mon = 3;
    tm_ini.tm_mday = 18;
    tm_ini.tm_hour = 15;
    tm_ini.tm_min = 34;
    tm_ini.tm_sec = 0;

    RTC_Config();   
    Time_SetCalendarTime(tm_ini);

void show_rtc_lcd(void)
 {
     struct tm time_my;
     unsigned char rtc_ymd_buff[20]; 
     unsigned char rtc_hms_buff[20];

     time_my = Time_GetCalendarTime();
     time_my.tm_mon += 1;

     sprintf(rtc_ymd_buff, "%04d-%02d-%02d.", time_my.tm_year, time_my.tm_mon, time_my.tm_mday);
     sprintf(rtc_hms_buff, "%02d:%02d:%02d.", time_my.tm_hour, time_my.tm_min, time_my.tm_sec);

     LCD_ShowString(rtc_ymd_buff, 2, 0);
     LCD_ShowString(rtc_hms_buff, 2, 11);
 }

4、使用EEPROM保存阈值，并可以读出显示在LCD上

void test(void)
{
    int i = 0;
    u8 read[20];
    int len;

    th_threvalue th;
    th_threvalue *thread;
    u8 *th_point = (u8*)&th;

    th.hum_threvalue = 50;
    th.temp_threvalue =50;

    IIC_Configuration();

    len = sizeof(th);
    for (i = 0; i < len; i++)
    {
        IIC_Byte_Write(*th_point++, START_ADDR + i);
        SysTick_ms(100);
    }

    for (i = 0; i < len; i++)
    {
        IIC_Byte_Read( &read[i], START_ADDR + i);   
    }

    thread = (th_threvalue*)read;
    sprintf(read, "t:%d h:%d", thread->temp_threvalue, thread->hum_threvalue);
    LCD_ShowString(read, 2, 0);
}

使用 char* 指向结构体，每次一个字节的读取结构体的内容。

5、通信协议

室内温湿度监控系统通信协议

 通信协议组成
帧头( SHE)+数据部分+校验和(1Byte)+帧尾( END)
说明： 校验和为数据部分所有字节内容相加的结果， 如果校验和的数值超过十六进制的 FF,也就是 255. 就要求其补码(取反加 1)作为校验和。
 数据部分格式
数据长度 地址 指令 数据内容
1 Byte 1 Byte 1 Byte n Byte
 数据长度： 数据长度 1 Byte+地址 1 Byte+指令 1 Byte+数据内容 n Byte
 地 址： 设备本地地址
 指令说明：
命令类型 (Bit:7-0)
W 监控平台向某节点设置参数
R 监控平台向某节点读取参数
N 监控平台取消某节点报警功能
Q 监控平台向某节点请求实时数据
E 错误应答