#第九届立创电赛#温湿度测量

* 1、项目功能介绍

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• 温湿度测量仪项目使用STM32G030K6T6芯片作为主控芯片，Arm Cortex-M0+内核，最大主频64Mhz，具有32KB的Flash、8K的SRAM，供电电压在2.0V~3.6V。
• 使用IIC通信，采集来自sht40传感器的温湿度数据，通过数码管显示温湿度数据。
• 空闲时间进入低功耗睡眠模式，按键进入正常运行模式，运行结束自动进入低功耗睡眠模式，等待按键唤醒。
• 锂电池供电，板载双电源自动切换电路：锂电池（3.0-4.2V）和Tpye-c供电（5V）。
• Type-c接口用于充电锂电池及供电运行电路。
• 功能演示：https://b23.tv/9zeGwvK

 

*2、项目属性

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• 首次公开

 

* 3、开源协议

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GPL 3.0 

 

• 第三版GNU通用公共许可证，由自由软件基金会（FSF）发布。
• 只要在工程项目中使用了GPL协议下的产品，那么这个工程项目必须采用GPL协议，即为：开源和免费。

    <<代码的开源与免费使用和引用、修改、衍生代码的开源与免费使用，但不允许修改后和衍生的代码做为闭源的商业软件发布和销售。>>

• 开源协议说明链接：立创开源硬件平台公告【帮助文档】开源硬件平台开源协议说明

 

*4、硬件部分

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MCU电路

 

• STM32G030K6T6，复位NRST默认上拉，外接LSE时钟源32.768kHz

图1  MCU主控电路图

 

图2  MCU内部结构块图

 

温湿度传感器电路+电量监测电路+操作指示电路

 

• SHT40-AD1B传感器芯片，I2C通信接口默认上拉；干路串联等值电阻分压，支路ADC采集；按键操作+LED灯指示

图3  温湿度传感器电路、电量监测电路、操作指示电路图

 

图4  sht40传感器手册提供的pseudo code图

 

图5  I²C通信代码

 

• I²C（Inter-Integrated Circuit）：一种常用的同步串行通信协议。
• I²C设备通过开集或开漏引脚连接到总线，将线路拉低。
• 当没有数据传输时，由于电路上外接上拉电阻，电平被拉高，此时的I²C总线处于高电平空闲状态。
• 当需要数据传输时，通过将电平先拉低再释放（变为初始状态：高电平），数据位在SCL时钟信号下由SDA产生的下降沿进行数据传输。
• 硬件I²C不需要查看I²C设备很具体的通信时序，由硬件搞定。
• 模拟I²C需要注意I²C设备的通信时序，模拟其时序来实现通信。

图6  I²C连接示意图

 

数码管驱动电路

 

• 由3个74HC595芯片来显示2个三位数码管构成驱动电路。
• 其中一个74HC595芯片用于控制数码管led的共阴极端口，另外两个74HC595芯片用于控制数码管的正极端口。
• 当LEDx_n（x：1-2   n：A-H）输出高电平，LEDx_DIGn（x：1-2   n：1-3）控制为低电平时，此时数码管内部对应的LED导通，即点亮。
• 74HC595芯片由一个移位寄存器和一个输出寄存器组成。移位寄存器用于接收串行输入数据并进行位移操作，输出寄存器用于锁存移位寄存器中的数据并提供并行输出。 数据通过SER引脚以串行方式输入到移位寄存器中。SRCLK引脚提供时钟信号，当信号上升沿到达时，移位寄存器中的数据将进行位移操作。 当需要锁存数据时，使用RCLK引脚提供一个时钟信号。在信号上升沿到达时，移位寄存器中的数据将被锁存到输出寄存器中。
• （单个Bit进行传输，每次共传输一个Byte，1Byte = 8 Bit）

图7  数码管驱动电路图

 

锂电池充电电路

 

• 锂电池充电电路：采用TC4056A芯片，通过调节R11的阻值，以控制充电电流大小。公式：I = 1200/Rprog （电流单位：mA  ;  电阻单位：kΩ）
• 充电状态：CHRG为低电平，STDBY为高电平，即（红灯亮，绿灯灭）。
• 满电状态：STDBY为低电平，CHRG为高电平，即（绿灯亮，红灯灭）。

图8  锂电池充电电路图

 

表1 TC4056A状态表

充电状态	红灯CHRG（7引脚）	绿灯CHRGT（6引脚 ）
正在充电中	亮	灭
电池充满	灭	亮
VCC=5V 电池反接	灭	灭
VCC=5V 未接电池	灭	亮
（*）电池反接后 LED 显示会 一直处于全灭状态，需电池正接后才能恢复其它状态，或断开电池后等10秒钟可恢复。

 

电源电路

 

• 当5V端口悬空时，PMOS管的栅极通过电阻R14下拉到地（0V），锂电池BAT（3.7~4.2V）通过PMOS管的内部体二极管到达源极，源极电压为（3~3.5）V，此时Ugs为（-3.5）V到（-3）V，Ugs < Uth，PMOS管导通，输出Vout=（3.7~4.2）V，（注当MOS管导通后，体二极管截止，不会有电流流过体二极管）。
• 当5V接入时，通过二极管D1到达源极，源极电压为4.3V，栅极电压为5V，Ugs=5-4.3=0.7V>Uth，此时MOS管关断，输出Vout=4.3V（5-0.7）。
• D2二极管充当增加放电作用，减少电源切换时间。
• 注意：两个电源的压差必须大于0.7
• 此电路参考源自于外部电源和锂电池自动切换电路

图9  电源电路图

 

• 在线模拟电路仿真，得到：双电源切换时间大致为10ms（100nF电容+18kΩ电阻）。
• 在上述的电路图中，若C13 = 220nF，R14 = 10kΩ ，经过模拟仿真，切换时间大致为20ms，即50Hz

图10  自动切换电源仿真图

 

*5、软件部分

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STM32CubeMX配置工程代码

• 具体配置请打开附件里的ioc文件进行查看。

 

MDK编程工程代码

• <<主程序>>

 

• <<部分数码管驱动代码>>

 

• <<获取SHT40传感器温湿度数据>>

 

• <<ADC采集电压>>
• volvalue = (adc_value*(3.03F-0.15F))*2/4095.0F
• 在前文看到的ADC采集电路，由两个等值电阻串联对锂电池于这部分的电压进行了分压，所以ADC采集的是总电压的一半，这里进行了*2
• 实测MCU的电压VDD/VDDA的电压：3.01V，至于减去的0.15算是误差吧（之前也试过一个HK芯片来ADC采集电压，精度到了小数点三位数，但是对现在的这个MCU进行ADC测试发现数据还存在较大误差，不知具体原因）
• STM32G030的ADC分辨率为12位，所以4095 = 2¹²-1 ，表示：内部电压3V可以分割为4095份，每份占比0.000732伏特（V），代码里的公式其实就是一个比例对换。
• 注意：这里所要采集的对象，电压不能超过VDD，否则测得的电源电压不准确，因为超过测量范围！

 

*6、BOM清单

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编号	数量	备注	位号	封装	数值	立创商城编号	立创商城价格	Manufacturer	材料费用
1	9	100nF	C1,C2,C8,C10,C12,C13,C15,C17,C18	C0603	100nF	C14663	0.013981	YAGEO(国巨)	0.125829
2	2	20pF	C3,C4	C0603	20pF	C105621	0.014605	YAGEO(国巨)	0.02921
3	5	1uF	C5,C6,C7,C14,C16	C0603	1uF	C59302	0.030538	FH(风华)	0.15269
4	2	10uF	C9,C11	C0603	10uF	C77044	0.067488	muRata(村田)	0.134976
5	1	HC-XH-2AW-G	CN0	CONN-TH_2P-P2.50_HC-XH-2AW-G		C5341208	0.107373	HCTL(华灿天禄)	0.107373
6	2	MBR120LSF	D1,D2	SOD-123_L2.8-W1.8-LS3.7-RD		C130880	0.2192	SHIKUES(时科)	0.4384
7	1	BSMD0805-050-6V	F1	F0805		C883108	0.276183	BHFUSE(佰宏)	0.276183
8	1	CBG160808U000T	L1	L0603		C43163	0.024165	FH(风华)	0.024165
9	2	SP420281N	LED1,LED2	LED-SEG-TH_SP420281N		C122944	2.1663	ARKLED(方舟)	4.3326
10	2	XL-1608UBC-04	LED3,LED4	LED0603-RD_BLUE		C965807	0.02253	XINGLIGHT(成兴光)	0.04506
11	1	SZYY0603R	LED5	LED0603-R-RD		C434419	0.041609	yongyu(永裕光电)	0.041609
12	1	XL-1608PGC-06	LED6	LED0603-RD_GREEN		C7371905	0.0586	XINGLIGHT(成兴光)	0.0586
13	4	M2	P1,P2,P3,P4	M2			0		0
14	3	10kΩ	R1,R8,R13	R0603	10kΩ	C25804	0.005579	UNI-ROYAL(厚声)	0.016737
15	6	4.7kΩ	R2,R3,R4,R5,R6,R7	R0603	4.7kΩ	C23162	0.006472	UNI-ROYAL(厚声)	0.038832
16	2	5.1kΩ	R9,R10	R0603	5.1kΩ	C23186	0.006186	UNI-ROYAL(厚声)	0.012372
17	1	2.4kΩ	R11	R0603	2.4kΩ	C22940	0.006003	UNI-ROYAL(厚声)	0.006003
18	1	250mΩ	R12	R0603	250mΩ	C422951	0.022713	UNI-ROYAL(厚声)	0.022713
19	1	22kΩ	R14	R0603	22kΩ	C31850	0.006147	UNI-ROYAL(厚声)	0.006147
20	1	GT-TC054A-H035-L1	SW1	SW-SMD_L7.8-W3.5-P4.20-EH		C778158	0.24573	G-Switch(品赞)	0.24573
21	1	SK12D07VG3	SW2	SW-TH_SK12D07VG3		C431547	0.130586	SHOU HAN(首韩)	0.130586
22	2	Test-Point	SWCLK,SWDIO	Test-Point-0.5mm			0		0
23	1	STM32G030K6T6	U1	LQFP-32_L7.0-W7.0-P0.80-LS9.0-BL		C529331	4.7	ST(意法半导体)	4.7
24	3	SN74HC595PWR	U2,U3,U4	TSSOP-16_L5.0-W4.4-P0.65-LS6.4-BL		C273642	1.2759	TI(德州仪器)	3.8277
25	1	GT-USB-7002C	U5	USB-C-SMD_GT-USB-7002C		C5117884	0.417367	G-Switch(品赞)	0.417367
26	1	TC4056A	U6	ESOP-8_L4.9-W3.9-P1.27-LS6.0-BR-EP3.3		C84051	0.312037	FM(富满)	0.312037
27	1	AO3401-ED	U7	SOT-23-3_L2.9-W1.3-P0.95-LS2.4-BR		C4748724	0.112913	HXY MOSFET(华轩阳电子)	0.112913
28	1	SHT40-AD1B-R2	U9	DFN-4_L1.5-W1.5-P0.8-TL-EP		C2909890	11.51	Sensirion(瑞士盛思锐)	11.51
29	1	JSM6206A3.0XG	U10	SOT-23-3_L2.9-W1.6-P1.90-LS2.8-BR		C2845116	0.191449	JSMSEMI(杰盛微)	0.191449
30	1	32.768kHz	X1	OSC-SMD_L3.2-W1.5	32.768kHz	C390740	1.2448	JGHC(晶光华)	1.2448
总数：	61	总价：	28.562081（不含锂电池）	MCU、sht40可以在某宝上采购，一个不到3.00元，3个数码管在某宝上也不到1.5元		如果不算MCU、数码管、sht40,那么得到：7.469403	7.469403+3+1.5=11.969403	有些元件还可以再节省些，预估（不含锂电池）总价至少小于12元

 

*7、大赛LOGO验证

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* 8、演示您的项目并录制成视频上传

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