一、摘要

在现代工业与科研领域，稳定精准的温湿度环境至关重要。传统恒温恒湿箱因技术局限，难以满足智能化与精准控制需求。本研究设计并实现了一款基于 STM32 的恒温恒湿箱。
系统整体设计时，对比多种方案后选用 STM32F103C8T6 微控制器，它性能高、功耗低、外设丰富且开发简便。系统集成多项实用功能，利用 DHT11 温湿度传感器实时采集环境温湿度，通过控制精准调控温湿度。OLED 显示屏用于人机交互，展示关键信息；蜂鸣器在温湿度异常时报警；BT04A 蓝牙模块实现远程监控与控制。
硬件设计遵循可靠性、可扩展性等原则。主控模块采用 STM32F103C8T6 单片机，为系统稳定运行提供保障。显示模块的 OLED0.96 寸显示屏接线简单、显示内容丰富。温湿度模块选用 DHT11 传感器，性价比高。继电器驱动模块借助三极管控制继电器，实现对执行设备的有效控制。按键模块方便用户设置参数，远程模块实现无线数据传输，电源电路提供稳定供电，蜂鸣器报警模块及时响应异常情况。
软件设计采用 C 语言，在 Keil5编译器环境下开发。系统程序模块化，主程序协调各模块工作。温湿度检测程序按传感器通讯时序编写，执行器驱动程序依据控制继电器，OLED 显示程序负责信息展示，蓝牙模块程序完成数据传输相关操作，按键程序处理按键信号，蜂鸣器报警程序在异常时启动报警。
经整体功能测试，该恒温恒湿箱性能稳定，能将温湿度精确控制在目标值附近，波动范围小于 ±1℃和 ±2% RH ，蓝牙通信距离达 10 米，满足实际应用要求。未来可优化控制、引入人工智能 控制提升控制精度与智能化水平，增加传感器拓展功能，完善手机 APP 并接入互联网，进一步提升系统性能与应用范围。

二、方案设计

本设计以单片机为核心控制器，加上其他模块一起组成此次设计的整个系统，其中包括中控部分、输入部分和输出部分。中控部分采用了单片机控制器，其主要作用是获取输入部分的数据，经过内部处理，逻辑判断，最终控制输出部分。输入由三部分组成，第一部分是温湿度检测模块，通过该模块检测当前环境的温湿度；第二部分是按键模块，通过该模块可以设置温湿度阈值、控制外设、切换模式等；第三部分是供电模块，通过该模块可给整个系统进行供电。输出由三部分组成，第一部分是显示模块，通过该模块可以显示温湿度及其阈值等；第二部分是继电器模块，通过四个继电器分别控制加热、除湿、制冷、加湿以及模式切换；第三部分是声光报警模块，当传感器采集到的温湿度数据不在设置的阈值内时进行声光报警。除此之外，蓝牙模块既作为输入又作为输出，蓝牙模块和手机进行连接，可以将监测的数据传输到用户手机端，用户也可以通过手机端发送指令控制继电器的工作及其模式的切换。具体系统框图如图2.1所示

图2.1 程序总体框图

三、硬件设计

单片机是一种微处理器，而STM32单片机是一种32系列的微处理器，是硬件程序的核心控制，能够向程序发送指令、接收指令，并控制外设作出一定的反应，同时能够对程序的数据进行计算处理，得到运算结果。STM32单片机分为了Cortex-M0、M3、M4 和M7四种类型。常用的STM32单片机是以Cortex-M3为内核的，其架构包括了I-code总线、4个驱动单元、4个被动单元、总线矩阵以及AHB/APB桥这几个部分。
I-code总线是程序的接口向量，负责完成指令预存；4个驱动单元包含了D-code总线、系统总线、通用DMA1总线、通用DMA2总线，其中D-code总线负责连接闪寸的数据接口、系统总线负责协调DMA的访问、通用DMA1总线负责AHB主控接口与总线矩阵连接；4个被动单元包括内部SRAM、内部FLASH、FSMC、从AHB到APB的连接APB设备；总线矩阵是负责来协调系统总线与DMA主控总线之间的访问，而AHB外设依靠总线矩阵和系统总线连接，并且允许DMA访问；AHB/APB桥主要负责同步连接。其应用十分广泛，在建筑、安防、消防、智能家居、工业自动化等领域。
本课题项目的主控模块选择的是STM32F103C8T6型号的单片机，其电路设计如下图3.1可知，该型号的芯片内集成了各种电路，由电源电路、复位电路、ADC转换电路、时钟电路等部分组成。其中，电源电路负责为整个系统提供供电电源，本STM32F103C8T6芯片规定供电电源为3.3V，在38管脚接入，由于本系统的一些外设需要5V的电源，所以在STM32F103C8T6芯片的18管脚接入了5V电源并通过内置的稳压芯片将其转换为符合STM32F103C8T6芯片要求的3.3V；复位电路是为程序提供的初始化功能，如果要重新进行启动，可以通过复位电路的按钮来操作，从而达到了初始化整个程序的目的；ADC转换电路负责将传感器采集到的数据信号转换为STM32F103C8T6芯片可以进行处理和计算的数字信号；时钟电路内置了震荡芯片，来对程序的运行进行计时处理，在本系统中，利用了单片机内置的时钟模块，来设定定时时间。主控模块的芯片具有一体化、简易化、灵活化的特点，该电路中的其余管脚和接口用来负责连接报警设备、提醒设备、显示屏、传感器等，实现信号通信。

图3.1(b) 项目总电路图设计

四、效果图

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