一、前言

物联网是互联网基础上的延伸和扩展的网络，将各种信息传感设备与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，实现在任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通。

物联网的底层是感知层，感知层主要器件是传感器，作用是使用传感器收集信息；收集到的信息会发给传输层，传输层的核心的无线网络（WiFi，蓝牙，zigbee等），作用是将感知层收集的信息传输给上层应用层，应用层是所谓的云服务器。应用层通过大数据，云计算等手段最终得出结论，在通过传输层发出操作指令给底层去执行。

单片机是物联网感知层的核心，而接在单片机上的各种传感器就是单片机的感官，通过这些传感器采集数据，经过单片机统一处理传递给应用终端进行统一分析，完成互联互通。

这篇文章合集就列出了单片机的常用传感器开发案例、IIC协议、SPI协议、上位机开发、红外线时序解码、编码。

在STM32上完成IIC模拟协议、IIC硬件时序实现，SPI模拟协议，SPI硬件实习的实现思路，利用AT24C02、W25Q64介绍IIC时序、SPI时序。

二、开发案例

2.1 STM32入门开发 介绍IIC总线、读写AT24C02(EEPROM)(采用模拟时序)

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介绍IIC时序，采用寄存器方式开发 (方便程序移植到其他单片机)，STM32本身支持IIC硬件时序的，本文采用的是模拟时序，下篇文章就介绍配置STM32的IIC硬件时序读写AT24C02和AT24C08。模拟时序更加方便移植到其他单片机，通用性更高，不分MCU；硬件时序效率更高，单每个MCU配置方法不同，依赖硬件本身支持。

AT24C02 是串行CMOS类型的EEPROM存储芯片，AT24C0x这个系列包含了AT24C01、AT24C02、AT24C04、AT24C08、AT24C16这些具体的芯片型号。

他们容量分别是：1K (128 x 8)、2K (256 x 8)、4K (512 x 8)、8K (1024 x 8)、16K (2048 x 8) ， 其中的8表示8位(bit)。

AT24C02系列支持I2C，总线数据传送协议I2C，总线协议规定任何将数据传送到总线的器件作为发送器。任何从总线接收数据的器件为接收器；数据传送是由产生串行时钟和所有起始停止信号的主器件控制的。主器件和从器件都可以作为发送器或接收器，但由主器件控制传送数据（发送或接收）的模式，由于A0、A1和A2可以组成000~111八种情况，即通过器件地址输入端A0、A1和A2可以实现将最多8个AT24C02器件连接到总线上，通过进行不同的配置进行选择器件。

2.2 基于CC2530_ZigBee+华为云IOT设计的冷链信息采集系统

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这篇文章以CC2530单片机为核心器件，设计一个冷链环境信息采集系统，利用传感器技术对冷藏仓内的环境参数进行采集，上传到物联网云平台，然后通过手机端或移动端进行显示，便于分析，观察冷链环境信息。

当前的设计中，用的物联网平台服务是华为云的设备接入服务（IoTDA），IoTDA提供海量设备连接上云、设备和云端双向消息通信、批量设备管理、远程控制和监控、OTA升级、设备联动规则等能力，并可将设备数据灵活流转到华为云其他服务。

使用物联网平台构建一个完整的物联网解决方案主要包括3部分：物联网平台、业务应用和设备。

物联网平台作为连接业务应用和设备的中间层，屏蔽了各种复杂的设备接口，实现设备的快速接入；同时提供强大的开放能力，支撑行业用户构建各种物联网解决方案。 设备可以通过固网、2G/3G/4G/5G、NB-IoT、Wifi等多种网络接入物联网平台，并使用LWM2M/CoAP、MQTT、HTTPS协议将业务数据上报到平台，平台也可以将控制命令下发给设备。 业务应用通过调用物联网平台提供的API，实现设备数据采集、命令下发、设备管理等业务场景。

2.3 STM32入门开发 介绍SPI总线、读写W25Q64(FLASH)(硬件+模拟时序)

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W25Q64是为系统提供一个最小空间、最少引脚，最低功耗的串行Flash存储器，25Q系列比普通的串行Flash存储器更灵活，性能更优越。

W25Q64支持双倍/四倍的SPI，可以储存包括声音、文本、图片和其他数据；芯片支持的工作电压 2.7V 到 3.6V，正常工作时电流小于5mA，掉电时低于1uA，所有芯片提供标准的封装。STM32本身支持SPI硬件时序，本文示例代码里同时采用模拟时序和硬件时序两种方式读写W25Q64。模拟时序更加方便移植到其他单片机，更加方便学习理解SPI时序，通用性更高，不分MCU；硬件时序效率更高，每个MCU配置方法不同，依赖MCU硬件本身支持。采用华邦W25Q64 flash存储芯片。W25Q64这类似的Flash存储芯片在单片机里、嵌入式系统里还是比较常见，可以用来存储图片数据、字库数据、音频数据、保存设备运行日志文件等。

2.5 STM32入门开发 制作红外线遥控器(智能居家-万能遥控器)

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红外线协议有很多，本章节主要是针对NEC协议讲解，只要把NEC协议原理搞懂了，其他协议都是一样的使用；如果想要模拟空调遥控器，去控制美的空调、格力空调这些设备，就需要按照美的、格力空调的协议发送；如果不知道协议长什么样，可以将逻辑分析仪插在红外线接收头的引脚上，拿个正常的空调遥控器对着接收头按一下，然后采集数据分析，即可得到协议规律，然后网络上也有空调按键值功能的说明文档，调试一下即可。

因为要模拟红外线遥控器，就需要一个红外线发射管；在学习阶段，如果不想自己搭建电路，可以买现成的模块。 买模块连接也是比较稳定，接线也比较简单，VCC和GND接好之后，把DAT引脚接到STM32任意一个IO口上即可，如果想用硬件PWM控制发送，那么引脚接到STM32的PWM输出脚即可。

2.6 STM32入门开发：编写XPT2046电阻触摸屏驱动(模拟SPI)

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XPT2046是一颗12位的ADC芯片，可以当做普通的ADC芯片使用，但是一般都是用在电阻触摸屏上，方便定位触摸屏坐标。 这篇文章介绍XPT2046芯片使用方法，介绍内部的时序，指令，使用场景，利用STM32读取XPT2046采集的触摸屏坐标。

(XPT2046支持笔中断输出--低电平有效,这个引脚可以配置到单片机的中断脚上，或者轮询判断这个引脚状态，判断触摸屏是否已经按下)

可以单独买一个触摸屏+一个XPT2046就可以自己做手画板、触摸按键(自己用一张纸在下面画个模型就行)、等等很多小玩意。

XPT2046 数据接口是串行接口，处理器和转换器之间的通信需要 8 个时钟周期，可采用 SPI、 SSI 和 Microwire 等同步串行接口。一次完整的转换需要 24 个串行同步时钟（DCLK）来完成。

2.7 基于STM32设计的环境检测设备

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随着人们生活质量的提高，对于生活环境的问题，人们的关注度进一步提高，同时政府部门采取了许多措施来改善环境状况。但是总体上来说我国的环境监测技术水平比较落后，传统上的监测手段比较单一，监测数据也不够准确，耗尽了大量的人力和财力，却成效不高。

针对上述缺点，当前文章综合了嵌入式处理技术、传感器技术、无线网络通信等技术，设计了一个基于STM32的无线环境监测系统，系统主要实现了对湿度、温度、有毒气体、烟雾浓度、空气质量等参数进行实时监测的功能。为了实现无线数据传输功能，采用了无线wifi技术。系统的测试分析表明系统整体数据采集性能良好，数据传输稳定性可靠，到达了预期目标。

系统与传统的监测技术相比，具有监测数据准确，监测范围广，智能化高等特点。且系统具有一定的创新性，在实际的工程运用和理论研究上体现出了一定的研究价值最后通过实物的调试，各项参数及功能符合设计要求，能达到预期的目的。

设计以STM32微控制器为平台，采用DHT11温湿度传感器、烟雾传感器MQ-2、易燃气体传感器MQ-4、空气质量检测传感器MQ-135对室内温湿度和危险气体进行采集。通过wifi无线网络将数据传送给微控制器，STM32微控制器处理数据后，由自带oled液晶屏显示。当室内温度达到预警值或有危险气体时，系统将会自动警报并将警报信息通过wifi网络传输给客户手机。且每隔一段时间会通过wifi自动发送监测信息到手机，从而实现对室内环境的监测及报警功能。

2.8 基于CC2530(ZigBee)设计的景观照明控制系统+配套手机APP

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这是基于CC2530设计的景观照明控制系统，一共包含了3个CC2530节点(就是3块CC2530开发板)。

下面将这个3个CC2530开发板称为A、B、C节点。

A节点： 当做协调器、可以接收BC节点上传的数据；A模块配了一个ESP8266 WIFI模块，可以连接手机APP，将BC节点上传温湿度数据再上传给手机APP显示。如果A节点在一定时间内没有收到B、C节点的数据，就会通知手机APP，告诉用户，B、C节点已经掉线。

B节点: 作为RGB多彩灯+温湿度检测节点，会根据当前温湿度调整当前RGB灯的颜色，用于告诉景区的游客，当前景区的温湿度情况，采集的温湿度也会通过CC2530传递给A节点。

C节点: 光照强度检测+LED灯节点。 这里的LED灯就是模拟景区的路灯，手机APP可以控制LED灯的开关，如果是白天的时候，LED灯会自动关掉，天气变暗，自动打开。也可以设计时间，定时关灯。

2.9 基于STM32的录音机设计(STM32F103+VS1053B)

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这是基于STM32F103C8T6设计的录音机功能，支持的功能如下：

(1). 按下按键1启动自动录音，默认为5秒录音一次，录音完毕自动保存在SD指定目录下。文件名称采用当前时间命名；音频文件格式采用WAV格式存储。

(2). 按下按键2启动手动录音，按键按下之后开始录音，再次按下结束录音，录音完毕之后，文件也是一样的保存在SD卡里。

(3). SD卡文件系统采用FAT32格式，STM32移植了FATFS开源文件系统对SD卡进行读写操作。

(4). OLED显示屏用于显示当前录音机的状态: 空闲、录音、回放等状态。

(5). 按下按键3，启动自动回放功能。自动扫描目录，按顺序播放录音文件。

2.10 基于STM32设计的拼图小游戏

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拼图游戏在小时候还是经常玩，玩法也比较简单，这里就使用STM32设计一个拼图小游戏分享出来一起学习。

目前游戏是通过开发板上4按键进行控制图片的移动，完成最终的拼图效果，如果想要在上面扩充其他游戏功能都还是比较容易。

当然，设计编写这个款小游戏不仅仅是为了玩游戏这么简单，主要是为了通过设计游戏的过程学习STM32编程、LCD的编程、按键、图片等等很多编程知识。

做拼图这款游戏主要的硬件就是LCD显示屏和几个按键，没有其他外设，如果自己有其他STM32最小系统板有LCD显示屏的话，完全可以把代码移植过去运行。当前的代码兼容正点原子战舰开发板，可以直接在正点原子战舰直接编译下载运行。其他的开发板上运行也是一样的道理，底层替换自己LCD画点函数即可。

目前的拼图的游戏工程里图片是提前通过取模软件取好模之后把数据放在工程里的，如果想要动态更加灵活的切换拼图的图片，可以加上SD卡和FATFS文件系统，把图片放在SD卡，通过按键选择指定图片切割进行拼图。

2.11 基于STM32设计的实时心率检测仪

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PulseSensor 是一款用于脉搏心率测量的光电反射式模拟传感器。

可以将其佩戴于手指、耳垂、手腕等处，通过杜邦线--导线将引脚连接到单片机，可将采集到的模拟信号传输给单片机，单片机配置ADC用来转换为数字信号，再通过单片机简单计算后就可以得到心率数值；为了方便联动健康管理系统，也方便自己了解自己的心率，可将脉搏波形通过串口、WIFI等方式上传到电脑、手机显示波形，然后根据提前配置的参数，结合算法确定是否正常。

PulseSensor 是一款开源硬件， 目前国外官网上已有其对应的单片机程序，也附带有对应的上位机Processing 程序， 比较适用于心率方面的科学研究和教学演示，也非常适合用于二次开发；上位机也可以自己开发，根据自己的需求定制，达到自己想要的功能。

STM32的采集代码比较简单，因为就只需要配置对应引脚的ADC功能采集即可。

可以采集10次，去掉最大值最小值取平均值，拿到最终结果再传递给上位机显示。

2.12 基于STM32设计的小说阅读器(翻页、字体切换、颜色切换、语音播报)

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这是基于ST32F103ZET6设计的小说阅读器，虽然对于真实的小说阅读器产品来讲，实用性和功能方面还差很多，但是对于刚入门的STM32、单片机开发工程师来讲，这里面设计到的技术才是最有价值的。

所以这篇文章的小说阅读器主要是用来作为嵌入式单片机工程师入门练手项目、大学生的课程设计等。目的不在于小说阅读器，而是以小说阅读器为例子，学习相关的技术: SD卡、串口通信、SPI通信、8080时序、触摸屏校准原理、FATFS文件系统使用、语音播报模块使用等等。

该阅读器支持常规阅小说读器具备的基本功能:

(1). 支持选择指定的小说进行查看阅读，可以通过触摸屏上的按钮进行切换。

(2). 支持切换字体大小

(3). 支持切换字体颜色、背景颜色

(4). 标题栏显示当前阅读器查看的小说文件名称

(5). 支持翻页、上一页、下一页

(6). 支持语音自动阅读,发声接近正常真人发声，非常强大。

语音方案可以选择两种: (1). 宇音SYN6658 (2). 科大讯飞SYN5152。 这两款芯片都是通过串口通信，编程十分简单。

2.13 基于STM32设计的校园一卡通项目-详解原理

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校园一卡通是基于智能卡物联网技术和计算机网络的数字化理念融合于校园管理进行的统一身份认证、人事、学工等MIS应用系统的应用解决方案。通过共同的身份认证机制，实现数据管理的集成与共享，使校园一卡通系统成为校园信息化建设有机的组成部分。通过这样的有机结合，可以避免重复投入，加快建设进度，为系统间的资源共享打下基础。

常用的IC卡一般是M1卡，也称为S50卡，购买RC522刷卡模块送的白卡，蓝色钥匙扣、公交卡、地铁卡都是S50卡。S50卡内部有16个分区，每分区有AB两组密码，总容量为8Kbit。

第0个扇区第0块用于存放厂商代码，意见固话，不可更改。

每个扇区的块0、块1、块2为数据块，可以用于存储数据。数据块可以进行读写操作。

每个扇区的块3为控制块，包括了密码A、存储控制、密码B。

2.14 基于STM32设计的遥控小车(手机APP+GPS+温湿度+ESP8266)

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这是基于STM32设计的4轮遥控小车,支持通过Android手机APP、Windows上位机完成对小车遥控；支持前进、后退、左转、右转、停止等操作。

小车上会实时采集温度、湿度、GPS经纬度、通过ESP8266 WIFI上传至手机APP,手机APP收到数据之后，会将温湿度实时显示出来，经纬度收到后会调用百度地图，显示小车的位置，并且数据也会存放到数据库里，方便查看历史数据;支持范围内温湿度查询、最高温湿度、最低温湿度查询。

小车电机驱动模块采用L298N、WIFI模块采用ESP8266、MCU采用STM32F103C8T6、温湿度模块采用DTH11、GPS模块采用北斗GPS+BDS。

STM32程序风格: 采用寄存器方式开发，注释齐全，执行效率高，方便移植

手机APP: 采用QT设计，程序支持跨平台编译运行(Android、IOS、Windows、Linux都可以编译运行，对应平台上QT的环境搭建，之前博客已经发了文章讲解)

硬件包含: 淘宝购买的完整一套4轮遥控小车(采用STM32F103ZET6作为主控板)、DHT11温湿度传感器、中科微GPS模块、ESP8266