基于STM32设计的智能空调

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DS小龙哥 发表于 2023/07/28 09:08:52 2023/07/28
【摘要】 智能空调系统是一种创新的技术应用，提供舒适和智能化的室内温度控制体验。该系统采用先进的硬件设计和智能算法，结合温度检测传感器、微控制器、OLED显示屏和按键等关键组件，实现了精确的温度检测、智能的温度控制和直观的用户界面。通过该系统，用户可以根据个人需求和环境变化，轻松调整空调工作模式和温度设定，以达到舒适度和能源效率的最佳平衡。

一、项目背景

随着人们生活水平的不断提高，对居住环境的舒适度要求也越来越高。空调作为一种重要的家电设备，已经成为了现代家庭中必不可少的一部分。本文介绍了一种基于STM32的智能空调设计方案，可以自动地根据环境温度进行温度调节。

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二、设计思路

2.1 整体构架

智能空调系统由温度检测传感器、微控制器、OLED显示屏、按键及直流电源等组件构成。传感器用于检测环境温度，通过微控制器进行处理后，将结果输出到OLED显示屏上展示。按键可根据需求调整预设阀值，切换模式等操作。

2.2 硬件设计

（1）温度检测传感器

选择DS18B20数字温度传感器作为本系统的温度检测器件。该传感器具有精度高，响应速度快等特点，可以满足该系统的检测需求。

（2）微控制器

使用STM32F103系列的微控制器，在该控制器活跃的生态环境下，以及其先进的处理能力，可以对信号进行快速采集、处理和控制。

（3）OLED显示屏

本系统使用的是一块128 * 64 OLED显示屏，显示屏具有高亮度、高对比度和低功耗等优点，易于与STM32微控制器进行通信。

2.3 软件设计

在软件设计方面，实现了温度检测传感器数据的采集，使用处理算法对数据进行处理，根据预设阀值自动调节温度，同时可以根据用户需求，切换制冷、制热和关闭等3种模式。最后，将结果通过OLED显示屏进行输出。

三、代码设计

3.1 DS18B20温度检测代码

 #include "main.h"
 #include "delay.h"
 ​
 #define GPIO_PORT_TEMP     GPIOA        //温度数据引脚所在的端口
 #define GPIO_PIN_TEMP      GPIO_Pin_0   //温度数据引脚所在的引脚编号
 ​
 #define RCC_PORT_TEMPP     RCC_APB2Periph_GPIOA  // 温度引脚所在端口时钟号
 ​
 void USART_SendByte( USART_TypeDef * pUSARTx, uint8_t ch );
 ​
 void delay_us(uint32_t us){     // 延时us微秒函数
     uint8_t i;
     for(i=0;i<us;i++){
         asm("nop");  
     }
 }
 ​
 float get_temp(){   // 获取温度函数
     uint16_t temp;
     uint8_t buf[2];
 ​
     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
     TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_InitStruct;
 ​
     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_PORT_TEMPP,ENABLE);
 ​
     //DATA拉低480us复位
     GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
     GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_PIN_TEMP;        
     GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
     GPIO_Init(GPIO_PORT_TEMP , &GPIO_InitStruct);    
     GPIO_ResetBits(GPIO_PORT_TEMP , GPIO_PIN_TEMP ); 
     delay_us(500);                                  
     GPIO_SetBits(GPIO_PORT_TEMP , GPIO_PIN_TEMP );   
     delay_us(60);                                   
 ​
     //查询DS18B20是否存在
     GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;        
     GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_PIN_TEMP;         
     GPIO_Init(GPIO_PORT_TEMP , &GPIO_InitStruct);    
     while (GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_PORT_TEMP , GPIO_PIN_TEMP ) == RESET);     
 ​
     //通信开始
     GPIO_ResetBits(GPIO_PORT_TEMP , GPIO_PIN_TEMP );  
     delay_us(480);                                  
     GPIO_SetBits(GPIO_PORT_TEMP , GPIO_PIN_TEMP );    
     delay_us(60);                                   
 ​
     //读取温度数据
     GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;        
     GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_PIN_TEMP ;        
     GPIO_Init(GPIO_PORT_TEMP , &GPIO_InitStruct);
     delay_us(10);
     if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_PORT_TEMP , GPIO_PIN_TEMP ) == RESET){
         temp |=0x01;
     }
     else{
         temp &=0xfe;
     } 
     delay_us(50);
     if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_PORT_TEMP , GPIO_PIN_TEMP ) == RESET){
         temp |=0x02;
     }
     else{
         temp &=0xfd;
     }
     delay_us(50);
     if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_PORT_TEMP , GPIO_PIN_TEMP ) == RESET){
         temp |=0x04;
     }
     else{
         temp &=0xfb;
     }
     delay_us(50);
     if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_PORT_TEMP , GPIO_PIN_TEMP ) == RESET){
         temp |=0x08;
     }
     else{
         temp &=0xf7;
     }
     delay_us(50);
     if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_PORT_TEMP , GPIO_PIN_TEMP ) == RESET){
         temp |=0x10;
     }
     else{
         temp &=0xef;
     }
     delay_us(50);
     if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_PORT_TEMP , GPIO_PIN_TEMP ) == RESET){
         temp |=0x20;
     }
     else{
         temp &=0xdf;
     }
     delay_us(50);
     if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_PORT_TEMP , GPIO_PIN_TEMP ) == RESET){
         temp |=0x40;
     }
     else{
         temp &=0xbf;
     }
     delay_us(50);
     if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_PORT_TEMP , GPIO_PIN_TEMP ) == RESET){
         temp |=0x80;
     }
     else{
         temp &=0x7f;
     }
     delay_us(50);
 ​
     //读取温度小数点数据
     if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_PORT_TEMP , GPIO_PIN_TEMP ) == RESET){
         buf[0] |=0x01;
     }
     else{
         buf[0] &=0xfe;
     }
     delay_us(50);
     if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_PORT_TEMP , GPIO_PIN_TEMP ) == RESET){
         buf[0] |=0x02;
     }
     else{
         buf[0] &=0xfd;
     }
     delay_us(50);
     if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_PORT_TEMP , GPIO_PIN_TEMP ) == RESET){
         buf[0] |=0x04;
     }
     else{
         buf[0] &=0xfb;
     }
     delay_us(50);
     if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_PORT_TEMP , GPIO_PIN_TEMP ) == RESET){
         buf[0] |=0x08;
     }
     else{
         buf[0] &=0xf7;
     }
     delay_us(50);
     if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_PORT_TEMP , GPIO_PIN_TEMP ) == RESET){
         buf[0] |=0x10;
     }
     else{
         buf[0] &=0xef;
     }
     delay_us(50);
     if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_PORT_TEMP , GPIO_PIN_TEMP ) == RESET){
         buf[0] |=0x20;
     }
     else{
         buf[0] &=0xdf;
     }
     delay_us(50);
     if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_PORT_TEMP , GPIO_PIN_TEMP ) == RESET){
         buf[0] |=0x40;
     }
     else{
         buf[0] &=0xbf;
     }
     delay_us(50);
     if (GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_PORT_TEMP , GPIO_PIN_TEMP ) == RESET){
         buf[0] |=0x80;
     }
     else{
         buf[0] &=0x7f;
     }
     delay_us(50);
 ​
     return (float)temp+((float)buf[0]/16.0);   // 将温度整数位和小数位转换为十进制
 }
 ​
 int main(void){
 ​
     char temp_buf[20];  // 接收温度值的临时缓冲区
 ​
     USART_InitTypeDef USART_InitStruct;
 ​
     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1,ENABLE);
     RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_DMA1,ENABLE);   
 ​
     USART_InitStruct.USART_BaudRate = 115200;
     USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
     USART_InitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
     USART_InitStruct.USART_Parity = USART_Parity_No;
     USART_InitStruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
     USART_InitStruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
     USART_Init(USART1,&USART_InitStruct);
 ​
     USART_Cmd(USART1,ENABLE);
 ​
     while(1){
         float temp_get=get_temp();  // 获取当前温度值
         sprintf(temp_buf,"temp:%0.1f\r\n",temp_get);  // 将温度值格式化为字符串输出
         for(int i=0;i<strlen(temp_buf);i++){  // 逐字符发送温度值至串口
             USART_SendByte(USART1,temp_buf[i]); 
         }
         delay_ms(1000);  // 延时1s后再次获取温度值
     }
 }
 ​
 void USART_SendByte( USART_TypeDef * pUSARTx, uint8_t ch ){
     while(USART_GetFlagStatus(pUSARTx,USART_FLAG_TXE) == RESET);     
     USART_SendData(pUSARTx,ch);
 }

3.2 OLED显示屏代码

 #include "main.h"
 #include "delay.h"
 #include "oled.h"
 ​
 void iic_init(void);
 void GPIO_I2C_Delay(void);
 void write_com(unsigned char com);
 void write_data(unsigned char data);
 ​
 int main(void){
 ​
     unsigned char x,y;
     iic_init();  // 初始化IIC接口
     OLED_Init();  // 初始化OLED显示屏
 ​
     while(1){
         OLED_ShowString(0,0,"1234");  // 在OLED显示屏上显示字符串“1234”
         delay_ms(500);  // 延时500ms
         OLED_Clear();  // 清空OLED显示屏
     }
 }
 ​
 void iic_init(void){
     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct; 
     RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); //GPIOB使能
     RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C1, ENABLE);  //I2C1使能
 ​
     GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
     GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;         //配置开漏输出
     GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
     GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct); 
 ​
     I2C_InitTypeDef I2C_InitStruct; 
     I2C_DeInit(I2C1);
 ​
     I2C_InitStruct.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;                             // I2C 模式
     I2C_InitStruct.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;                     // 数传比率 2
     I2C_InitStruct.I2C_OwnAddress1 = 0x00;                              // 地址1, 设备地址
     I2C_InitStruct.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable;                            // 开启I2C应答机制
     I2C_InitStruct.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit; //设备地址长度为 7 位
     I2C_InitStruct.I2C_ClockSpeed = 400000;                             // 时钟速度为400kHz
     I2C_Cmd(I2C1, ENABLE);
 ​
     I2C_Init(I2C1, &I2C_InitStruct);
 }
 ​
 void GPIO_I2C_Delay(void){
     uint32_t i = 1000;
     while(i--);
 }
 ​
 void write_com(unsigned char com){
     while(I2C_GetFlagStatus(I2C1,I2C_FLAG_BUSY));  //等待I2C总线空闲
     I2C_GenerateSTART(I2C1,ENABLE);               //发送起始信号
     while(!I2C_CheckEvent(I2C1,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));
     I2C_Send7bitAddress(I2C1,0x78,I2C_Direction_Transmitter);//选择写入模式，发送从机器OLED的地址0x78
     while(!I2C_CheckEvent(I2C1,I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED));
     I2C_SendData(I2C1,0x00);                      //发送控制字节0x00表示写入指令
     while(!I2C_CheckEvent(I2C1,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));
     I2C_SendData(I2C1,com);                       //写入要发送的指令
     while(!I2C_CheckEvent(I2C1,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));
     I2C_GenerateSTOP(I2C1,ENABLE);                //停止信号，传输结束
 }
 ​
 void write_data(unsigned char data){
     while(I2C_GetFlagStatus(I2C1,I2C_FLAG_BUSY));  //等待I2C总线空闲
     I2C_GenerateSTART(I2C1,ENABLE);              //发送起始信号
     while(!I2C_CheckEvent(I2C1,I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));
     I2C_Send7bitAddress(I2C1,0x78,I2C_Direction_Transmitter); //选择写入模式，发送从机器OLED的地址0x78  
     while(!I2C_CheckEvent(I2C1,I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED));
     I2C_SendData(I2C1,0x40);                     //发送控制字节0x40表示写入数据
     while(!I2C_CheckEvent(I2C1,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));
     I2C_SendData(I2C1,data);                     //写入要发送的数据
     while(!I2C_CheckEvent(I2C1,I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));
     I2C_GenerateSTOP(I2C1,ENABLE);               //停止信号，传输结束
 }
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