#第九届立创电赛#温湿度检测仪24

1、项目功能介绍

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      通过盛思锐SHT40温湿度传感器和STM32主控实现低功耗环境检测功能。

2、项目属性

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      该项目首次在立创开源平台开源，为原创作品，未曾在其它比赛获奖。

3、开源协议

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      GPL3.0

4、硬件部分

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4.1供电部分

       首先增加了18650锂电池2.54间距的供电插座（第一道防反设计）和总开关（在关闭状态，除了18650锂电池本身自放电，基本无损耗，实现彻底无损功耗）。使用PMOS管进行了第二道防反设计。在正确接通时，直接导通。在电池接反时，由于衍生二极管的作用，无法导通。

4.2充放电部分

      18650锂电池充放电主控芯片选择的是FM(富满)TC4056A。

      TC4056A 是一款完整的单节锂离子电池采用恒定电流/恒定电压线性充电器。其底部带有散热片的ESOP8/DIP8 封装与较少的外部元件数目使得 TC4056A 成为便携式应用的理想选择。TC4056A可以适合USB电源和适配器电源工作。由于采用了内部 PMOSFET 架构，加上防倒充电路，所以不需要外部隔离二极管。热反馈可对充电电流进行自动调节，以便在大功率操作或高环境温度条件下对芯片温度加以限制。充电电压固定于4.2V，而充电电流可通过一个电阻器进行外部设置。当充电电流在达到最终浮充电压之后降至设定值1/10 时，TC4056A将自动终止充循环。当输入电压（交流适配器或 USB 电源）被拿掉时，TC4056A 自动进入一个低电流状态，将电池漏电流降至2uA 以下。TC4056A 在有电源时也可置于停机模式，从而将供电电流降至 55uA。TC4056A 的其他特点包括电池温度检测、欠压闭锁、自动再充电和两个用于指示充电、结束的 LED 状态引脚。

       这边设计了1.2K充电调节电阻Rprog即R6，实现最大1.2A充电电流，以及红色充电指示灯和充满绿色指示灯。

4.3稳压部分

       为了使主控、传感器、移位寄存器、数码管等提供稳定的电压，这里使用了比较常用的AMS1117-3.3稳压芯片，提供了稳定的3.3V供电。

AMS1117-3.3是一种高性能的线性稳压器，广泛应用于需要稳定电源的电子产品中。其主要特点包括：

固定输出电压：AMS1117-3.3提供稳定的3.3V输出电压。

输入电压范围：该稳压器可以接受最大至18V的输入电压。

输出电流能力：它能够提供高达1A的输出电流，这使得它适用于多种电子设备和电路。

低压差（LDO）特性：在1A负载下，AMS1117-3.3的低压差仅为1.2V，这有助于提高整体系统的效率。

封装形式：AMS1117-3.3通常采用SOT-223或TO-252封装。

工作温度范围：该芯片能够在-40℃到125℃的温度范围内正常工作。

低负载调整率：典型值为0.2%。

片上热限制：这有助于防止过热问题。

适用于多种应用：包括微控制器电路、传感器和其他低功耗应用。

4.4主控部分

       主控选择的是STM32G030K6T6，预留了复位按键以及温湿度唤醒按键。

       STM32G030K6T6是一款由意法半导体（STMicroelectronics）生产的ARM Cortex-M0+ 32位微控制器。以下是该型号的详细参数和特点：

核心架构：

核心：ARM Cortex-M0+

工作频率：最高64 MHz 。

存储器：

程序存储器大小：32 KB（32K x 8）。

RAM大小：8 KB 。

数据总线宽度：

32 bit 。

电源要求：

工作电压范围：2 V 至 3.6 V 。

封装形式：

LQFP-32 。

通信接口：

支持多种通信接口，如SPI、I2C、UART等。

具有DMA、I²S、POR、PWM、WDT等外设。

其他功能：

包括ADC（模数转换器）、定时器、PWM等。

集成了存储器保护单元(MPU)和高速嵌入式存储器。

应用领域：

适用于消费者、工业和家电领域的广泛应用，并为物联网(IoT)解决方案做好了准备。

工作温度范围：

最小工作温度：-40°C 。

       STM32G030K6T6是一款高性能且功能丰富的微控制器，适合用于需要较高集成度和多样通信接口的应用场景。其广泛的应用范围和强大的性能使其成为许多电子项目中的理想选择。

                         

4.5传感器部分

       传感器选择的是本次训练营赞助商盛思锐的SHT40超小型温湿度传感器，通过I2C与单片机进行通讯。

       盛思锐（Sensirion）的SHT40湿度和温度传感器是一款业界公认的高精度、低功耗的温湿度测量设备。该传感器基于全新优化的CMOSens®芯片，具有超低功耗和行业领先的精度规格。

SHT40能够提供在广泛测量范围内的始终如一的高精确度，并且其宽电源电压范围（3.3V至5V）使其非常适合移动和电池驱动的应用。此外，SHT40还具备集成可变功率加热器，可以在冷凝环境中正常工作。具体来说，SHT40的湿度测量范围为0-100%RH，温度测量范围为-40℃至125℃，湿度测量精度为±1.8%，温度测量精度为±0.2℃。这些特性使得SHT40成为大批量应用的理想选择，例如胶带和卷筒包装及其对标准SMD组装工艺的适用性。（经过实测，用92号聚酰亚胺高温胶带进行绝缘处理，丝毫未影响其测试精度。传感器引脚堆焊的还算不错，哈哈！）

       另外，SHT40支持I2C数字输出，这进一步增强了其在各种嵌入式系统中的应用灵活性。其小型DFN封装（1.5x1.5mm）也便于集成到紧凑型设备中。

       盛思锐的SHT40湿度和温度传感器凭借其卓越的性能和广泛的适用性，成为了市场上性价比极高的选择之一。

4.6显示部分

       显示这里选择了0.4吋3位数码管作为显示输出,一个蓝色温度显示以及一个红色湿度显示。显控选择的是常用的XINLUDA(信路达)XL74HC595TS移位寄存器。

        XL74HC595TS是信路达信息技术有限公司生产的一款8位CMOS移位寄存器，其封装形式为TSSOP16。该芯片具有以下主要特点：

1. 低功耗：静态电流最大为80uA，输入电流最大为1uA。
2. 宽工作电压范围：可以在2V到6V之间工作。
3. 串行输入并行输出：带有存储功能的8位串行输入和并行输出端口，可以实现多级芯片串行控制，组成8n位（n为芯片数量）并行输出。
4. 高噪声免疫性：由于其CMOS结构，具有较高的噪声免疫性。
5. 可级联使用：移位寄存器可以直接清零，并且支持级联使用。
6. 移位时钟频率高：移位时钟频率可达DC-30MHz。

        总体来说，XL74HC595TS是一款低噪声、低功耗、高速的CMOS移位寄存器，适用于需要低功耗和高可靠性的电子电路设计中。

 

5、软件部分

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5.1软件开发部分        

       软件部分，使用的是基于HAL库的STM32CUBE IDE开发软件，集成了STM32CUBE MX和KEIL的功能，非常适合新手入门开发。按照教程配置好引脚、时钟等参数，再添加相关功能代码既可以实现功能。真的非常简单实用，基本就是点点配置然后加入教程的相关外设等代码，然后生成HEX或者BIN文件就可以。

      这里数码管消影代码真的非常好用，学到了。

5.2程序烧录部分

      程序烧录选择了PWLink2，烧录器配套上位机非常强大和实用。

PWLink2：

• 这是一款多功能在线调试编程器，支持当前累计50+品牌、1000+系列、4000+实际MCU型号的在线编程和调试。
• 它集成了调试器（Debugger）和烧录工具（Programmer），主要适用于单片机开发和小批量生产使用。
• PWLink2 Lite是PWLink2的一个简化版本，提供自动更改支持品牌的软件功能，并且在固件和硬件上与PWLink2完全兼容，但限制最多可使用5个品牌。
• 其接线模式包括SWIM接线（适用于STM8系列芯片）、SWD接线（适用于ARM Cortex-M系列MCU）以及串口接线

     首先，按照烧录口进行接线即3.3V(VREF)、GND、SWCLK、SWDIO。

     其次，打开配套上位机软件，按照顺序操作就行，即可烧录HEX文件。

     每一个步骤窗口都会提示，如有错误及时按照提示操作即可。

6、3D外壳部分

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      3D外壳部分，采用滑盖设计。预留了温湿度显示窗口、烧录口、Type-C充电口、充电指示灯、调试指示灯、温湿度传感器网孔、唤醒和复位按键。

     侧面预留了电源总开关口，方便彻底关断供电，做到几乎无损耗。

7、面板部分

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      面板部分预留了温湿度显示窗口、烧录口、Type-C充电口、充电指示灯、调试指示灯、温湿度传感器网孔开口。唤醒和复位按键设计了鼓包按钮。除了必要开孔丝印，总开关也预留了丝印指示以及立创开源硬件平台LOGO。当然，底图加上了自己喜爱的元素。