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环境检测系统设计与实现

前言

本设计共分为单片机部分和Android端APP部分。本文将详细介绍环境检测系统的单片机部分实现方法。系统硬件部分采用市面上常见的电路模块，包括STM32F103C8T6最小系统板、DHT11温湿度模块、2.4寸带触摸的TFT屏幕模块、ESP8266-01 Wifi模块和GY-30数字光模块。程序部分主要是对各个模块代码的拼接，部分代码来自网络收集加工，基本上都有注释。

一、总体设计方案

环境检测设备以STM32F103C8T6最小系统板为主控模块，负责数据采集和控制。数据采集模块包括DHT11温湿度模块和GY-30数字光模块。主控模块通过2.4寸带触摸的TFT屏幕模块作为输入输出设备，ESP8266-01 Wifi模块实现与百度云Iot平台的数据收发。手机端APP可实现实时显示环境信息，也可发送指令控制设备工作状态。

二、系统硬件电路模块

1. STM32F103C8T6最小系统板

• 规格概述：基于ARM Cortex-M3内核，最高工作频率为72MHz，内置64K字节闪存和20K字节SRAM，配备多种通信接口（如I2C、SPI、USART、CAN）和丰富的I/O端口。
• 启动模式：通过BT0/BT1启动选择端口（via跳帽）选择复位后启动的高电平或低电平模式。
• 引脚说明：如附图所示，主要引脚包括(GPIO)控制、定时器、UART、ADC等。

2. DHT11温湿度模块

• 规格概述：数字温湿度传感器，支持±5%RH的湿度测量和±2°C的温度测量，采用串行接口（1位或2位）输出数据。
• 引脚说明：PA1引脚用于数据输出，PA8引脚用于片上电阻式感湿元件，其他引脚用于内部电路。

3. GY-30数字光模块

• 规格概述：支持I2C总线通信，光谱范围与人眼相近，抗干扰能力强，测量范围为0-65535勒克斯。
• 引脚说明：SDA和SCL引脚用于I2C通信，VCC和GND引脚供电，ISO和G输入端用于光感检测。

4. 2.4寸TFT带触摸屏幕模块

• 规格概述：配备ILI9341显示芯片，支持240x320分辨率，RGB565色彩，扩展功能包括滚动显示、旋转显示等。
• 引脚说明：TS、RTC、D0-D7、A0-A7、SCK、SDI、SDO、GND、VCC等引脚，具体见附图。

5. ESP8266-01 Wifi模块

• 规格概述：超低功耗Wifi模块，支持802.11 b/g/n标准，内置TCP/IP协议栈，支持STA/AP/STA+AP工作模式。
• 引脚说明：CH_PD、RST、GPIO0-15、SPI、I2C、ADC、PWM等引脚，具体功能见附图。

三、软件设计

1. STM32单片机程序设计

• 初始化系统：配置时钟、初始化串口、LCD屏幕模块、DHT11、GY-30模块及ESP8266模块。
• 触摸屏校准：检测触摸屏是否已校准，若未校准则启动校准程序，存储触摸参数至FLASH。
• 数据采集：通过定时器控制DHT11、GY-30模块每10秒采集一次环境数据。
• Wifi连接：ESP8266模块通过STA模式连接指定无线网络，使用MQTT协议登录百度云Iot平台。

2. ESP8266 Wifi模块程序设计

• 初始化模块：通过串口接收配置信息，完成Wifi连接和云端登录。
• 数据通信：支持TCP客户端连接，实现实时数据通信，模块可转发云端数据给单片机。

3. 触摸检测状态机

• 功能实现：通过状态机模式管理触摸检测，消抖时间设置为2u8ms，确保高效且精准的触摸检测。

4. 界面组件程序

• 按钮和文本组件：支持按键和文本显示，通过定时器管理组件生命周期。
• 页面管理：自定义页面视图管理器，支持多种组件绘制和动态更新。

四、调试及验证

五、资源下载

本设计提供了完整的Keil工程和AD工程，供有需求的同学参考使用。

本文完整介绍了环境检测系统的硬件电路和软件设计方案，涵盖了从模块选择到系统调试的全过程，希望对相关领域的同学有所帮助！