基于STM32设计的智能空调

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。

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
}