【mcu-1200】基于单片机的环境测控系统设计【单片机毕业设计项目参考】

单片机俱乐部--官方

100人浏览 · 2026-11-02 20:00:00

单片机俱乐部--官方 · 2026-11-02 20:00:00 发布

一、功能介绍

项目名：基于单片机的环境测控系统设计
项目编号：mcuclub-dz-1200
单片机：STM32F103C8T6
功能简介：
1、通过DS18B20监测当前环境的温度，监测到温度低于或高于目标温度，会相应的加热或制冷；
2、通过SGP30监测当前环境的CO2浓度，监测到CO2浓度大于最大值打开通风；
3、通过按键可以设置目标温度、CO2最大值；
4、通过OLED显示模块显示当前环境的监测值；

二、实物演示视频

【mcu-1200】基于单片机的环境测控系统设计

三、仿真演示视频

【mcu-1200】基于单片机的环境测控系统设计

四、资料展示

实物资料

请添加图片描述

仿真资料

请添加图片描述

五、原理图

软件版本：AD2013
电路连线方式：采用网络标号连线方式，各功能模块之间通过统一的网络标号名称建立电气连接，避免大量走线交叉，使图纸层次更清晰、便于阅读与后期修改。
注意：原理图仅绘制了各模块的引脚图，并非模块的内部结构原理图，因此图中只体现模块对外的引脚定义与连接关系，模块内部的电路细节不在本图中展开。
在这里插入图片描述

六、PCB图

由原理图导出，封装很大一部分都是作者自己绘制，不提供封装库，只提供连接好的源文件，源文件可直接导入嘉立创进行打板。
板子采用两层板设计，上下两层均做了覆铜接地处理，一方面可以降低地线阻抗、提升抗干扰能力，另一方面也能减少走线难度、方便布线。PCB 上预留了各模块的接口与调试引脚，方便后续焊接与测试；中间还隐藏了一个项目编号，位于单片机底座下方，插入单片机后不会看到。
在这里插入图片描述

七、系统框图

绘制软件：VISIO
在这里插入图片描述

八、软件设计流程图

绘制软件：VISIO
在这里插入图片描述

九、部分程序展示

软件版本：keil5

/* USER CODE BEGIN Header */

/**********************************
作者：单片机俱乐部
网站：https://www.mcuclub.cn/
**********************************/

/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * Copyright (c) 2024 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.
  *
  * This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
  * in the root directory of this software component.
  * If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
  *
  ******************************************************************************
  */
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "gpio.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */

#include "stdio.h"
#include "string.h"

#include "./DELAY/delay.h"
#include "./OLED/oled.h"
#include "./KEY/key.h"
#include "./DS18B20/ds18b20.h"
#include "./SGP30/sgp30.h"
#include "./PID/pid.h"


/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */

/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */

uint8_t key_num = 0;										//按键键值
uint8_t display_num = 0;								//显示界面
uint16_t time_num = 0;									//计时值
char display_buf[32] = {0};							//显示数组

DualRelayTempControlSystem temp_control;	//温度控制结构体

// 初始化PID参数
double Kp = 5.0;   											//比例系数
double Ki = 0.05;   										//积分系数  
double Kd = 4.0;   											//微分系数
double target_temp = 25.0;  						//目标温度25.0°C

float temp_value = 25.0;								//温度

uint16_t co2_value = 0;									//CO2值
uint16_t co2_max = 1000;								//CO2最大值


/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */

void Key_Function(void);								//按键函数
void Monitor_Function(void);						//监测函数
void Display_Function(void);						//显示函数
void Manage_Function(void);							//处理函数

/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */

/**********************************
函数名：按键函数
传参值：无
返回值：无
**********************************/
void Key_Function(void)
{
	key_num = Chiclet_Keyboard_Scan(0);		//按键扫描，获取键值
	if(key_num != 0)								      //有按键按下
	{
		switch(key_num)
		{
			case 1:								            //按键1：切换界面
				display_num++;
				if(display_num >= 3)
				{
					display_num = 0;
					
					DualRelayTempControl_Init(&temp_control, Kp, Ki, Kd, target_temp,
                             RELAY_JR_GPIO_Port, RELAY_JR_Pin,   	// 加热继电器
                             RELAY_ZL_GPIO_Port, RELAY_ZL_Pin,   	// 制冷继电器
                             1);                  								// 高电平有效
					
					DualRelayTempControl_SetDeadZone(&temp_control, 2.0);	//设置死区范围2°C，避免频繁切换
    
					DualRelayTempControl_Start(&temp_control);						//启动温度控制		
				}
				
				Oled_Clear_All();					      //清屏
			break;

			case 2:											      //按键2
				switch(display_num)
				{
					case 1:											  //界面1：目标温度+0.1
							target_temp += 0.1;
					break;
					
					case 2:												//界面2：CO2最大值+100
						if(co2_max < 10000)
						{
							co2_max += 100;
						}
					break;
					
					default:
					break;
				}
			break;

			case 3:														//按键3
				switch(display_num)
				{
					case 1:											  //界面1：目标温度-0.1
						target_temp -= 0.1;
					break;
					
					case 2:												//界面2：CO2最大值-100
						if(co2_max > 0)
						{
							co2_max -= 100;
						}
					break;
					
					default:
					break;
				}
			break;

			default:
			break;
		}
	}
}


/**********************************
函数名：监测函数
传参值：无
返回值：无
**********************************/
void Monitor_Function(void)
{
	if(time_num % 100 == 0)								//监测数据
	{
		temp_value = Ds18b20_Read_Temp();		//获取温度值

		DualRelayTempControl_Update(&temp_control, temp_value);		// 更新温度控制
		
		SGP30_Get_Co2_Tvoc_Value(&co2_value, NULL);		//获取CO2值
	}
}


/**********************************
函数名：显示函数
传参值：无
返回值：无
**********************************/
void Display_Function(void)
{
	if(time_num % 100 == 0)
	{
		switch(display_num)									//根据不同的显示界面，显示不同的内容
		{
			case 0:									      		//界面0：显示测量数据
				Oled_ShowCHinese(1,0,"目标温度：");
				sprintf(display_buf, "%.1fC ",temp_control.pid.setpoint);
				Oled_ShowString(1,10,display_buf);
			
				Oled_ShowCHinese(2,0,"当前温度：");
				sprintf(display_buf,"%.1fC ",temp_value);
				Oled_ShowString(2,10,display_buf);
			
				Oled_ShowCHinese(3,0,"最大");
				Oled_ShowString(3,4," CO2: ");
				sprintf(display_buf,"%d  ",co2_max);
				Oled_ShowString(3,10,display_buf);
			
				Oled_ShowCHinese(4,0,"当前");
				Oled_ShowString(4,4," CO2: ");
				sprintf(display_buf,"%d  ",co2_value);
				Oled_ShowString(4,10,display_buf);
			break;
			
			case 1:															//界面1：显示设置目标温度值
				Oled_ShowCHinese(1,0,"设置目标温度值");
				if(time_num % 100 == 0)
				{
					sprintf(display_buf,"%.1f  ",target_temp); 
					Oled_ShowString(2,7,display_buf);
				}
				if(time_num % 200 == 0)
				{
					Oled_ShowString(2,7,"    ");
				}
			break;
			
			case 2:									      		//界面2：显示设置CO2最大值
				Oled_ShowCHinese(1,0,"设置");
				Oled_ShowString(1,4,"CO2");
				Oled_ShowCHinese(1,4,"最大值");
				if(time_num % 100 == 0)
				{
					sprintf(display_buf,"%d  ",co2_max); 
					Oled_ShowString(2,7,display_buf);
				}
				if(time_num % 200 == 0)
				{
					Oled_ShowString(2,7,"     ");
				}
			break;
			
			default:
			break;
		}
	}
}


/**********************************
函数名：处理函数
传参值：无
返回值：无
**********************************/
void Manage_Function(void)
{
	if(display_num == 0)									//测量界面
	{
		if(co2_value > co2_max)							//CO2大于设置最大值，打开通风
		{
			RELAY_TF = 1;
		}
		else																//否则，关闭通风
		{
			RELAY_TF = 0;
		}
	}
	else																	//设置界面，关闭通风
	{
		RELAY_TF = 0;
	}
}

/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */

	Delay_Init();													//延时初始化
	Oled_Init();													//OLED初始化
	Key_Init();														//KEY初始化
	Ds18b20_Init();  											//DS18B20初始化
	SGP30_Init();													//SGP30初始化
	
	DualRelayTempControl_Init(&temp_control, Kp, Ki, Kd, target_temp,
                             RELAY_JR_GPIO_Port, RELAY_JR_Pin,   	// 加热继电器
                             RELAY_ZL_GPIO_Port, RELAY_ZL_Pin,   	// 制冷继电器
                             1);                  								// 高电平有效
														 
	 
	DualRelayTempControl_SetDeadZone(&temp_control, 2.0);	//设置死区范围2°C，避免频繁切换
    
	DualRelayTempControl_Start(&temp_control);						//启动温度控制								 
	
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
	
	Oled_Clear_All();											//清屏
	
  while (1)
  {
		Key_Function();										  //按键函数
		Monitor_Function();									//监测函数
		Display_Function();									//显示函数
		Manage_Function();									//处理函数
		
		if(time_num % 100 == 0)							//指示灯闪烁
		{
			SYSTEM_LED = !SYSTEM_LED;
		}
		
		Delay_ms(1);												//延时1ms
		time_num++;											    //计时值+1
		if(time_num >= 10000)
		{
			time_num = 0;
		}

    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
  * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
  RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
  RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
  RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/* USER CODE BEGIN 4 */


///**********************************
//函数名：定时器中断回调函数
//传参值：无
//返回值：无
//**********************************/
//void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
//{
//	static uint16_t time_count_1s = 0;

//	if(htim->Instance == htim1.Instance)		//定时器1触发中断
//	{
//		if(flag_begin_1s == 1)
//		{
//			time_count_1s++;
//			if(time_count_1s >= 1000)						//1s计时
//			{
//				time_count_1s = 0;
//				flag_finish_1s = 1;
//			}
//		}
//		else
//		{
//			time_count_1s = 0;
//			flag_finish_1s = 0;
//		}
//	}
//}


/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  __disable_irq();
  while (1)
  {
  }
  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}

#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

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