立创&涂鸦训练营第二期--物联网温湿度传感器

基于涂鸦智能的小温湿度传感器，自动采集当前温湿度数据，并通过STM32 & wifi模块上传至云端，送至APP端显示

主要内容

• 整体介绍
• 部分电路
• 部分程序
• 注意事项
• 实际效果

整体介绍

• 本次工程是一个基于涂鸦智能的温湿度传感器，采用低代码 MCU 方案，SHT20负责采集温湿度，涂鸦物联网模块与STM32F0单片机结合使用，实现温湿度数据的采集和上报，并将数据可视化。
• 传感器可以由两块PCB构成，通过排针排母及四颗固定柱连接，整体尺寸：56mm* 44mm*15mm。下层板包含了传感器所需的各种电路，上层是一块OLED模块。
• 供电上，可以使用3.7V锂电池或者Type-C接口供电，当两者同时接入时，默认采用USB供电，右下角按键用来实现一键开关机功能。
• OLED接口为IIC通信接口，可以在OLED上显示当前的温湿度和其他内容，OLED也可以通过右上方按键控制是否开启显示。

部分电路

1. 电源：

   • 首先是电源的输入来源：USB接口或者单节锂离子电池（3.7V输入） 两种电源都是最常见的电源来源，为了更好的管理两者，在电源的输入端使用了锂电池和USB自动切换电路，它由一个PMOS管，肖特基二极管和电阻构成，可以做到：

     USB和电池同时接入时，切断电池供电

     USB断开时，切回到电池供电

     原理图连接如下

     

     首先，需要注意的是PMOS管的方向，电池电源的流入方向确实是从D(漏极)→S(源极)，它利用了PMOS的体二极管。

     • 当只有USB供电时，PMOS关闭，VBUS 经过肖特基二极管后供给后续电路，由于肖特基二极管压降较低，实测大概0.26V，所以VCC得到的电压在4.8V左右。
     • 当锂电池单独供电时，R4 将 G(栅极)电压下拉到 0V,PMOS 导通，VBAT 流过MOS后供给后部电路，由于MOS内阻很小，所以只有很小的电压损耗，实测只有0.005V，故 VCC ≈ VBAT 。
     • 当两者同时接入时，VBUS 流过 D3 ，VCC 在4.8V左右，而 PMOS 的栅极 电压为VBUS = 5V，PMOS 截止，而且VCC(4.8V) > VBAT ，故电池是被切断的。
     • 如果将 PMOS 方向旋转，VBAT 由 S → D ，那么当两者同时接入时，USB 电流会流入锂电池，出现问题。
     • 当两者同时接入时，如果突然拔掉USB，由于后续电路有电容会存储一定的电荷，故不会出现整体先断电在上电的情况，而是中途不掉电，直接切换的效果

   • 一键开关机电路：借助于开关机电路，可以通过右下方的轻触按键实现一键开关机，长按两秒后开机，开机后再按一下则关机。 原理图如下

     • 不使用时，PMOS关闭，不会有电源流入
     • 当按下按键时，PMOS 栅极 通过按键下拉到地，PMOS导通，电源流入，整体电路上电，此时，需要在初始化程序中拉高 PWR_ON 引脚电压，三极管导通，MOS栅极拉低，这样，即使松开按键，电路也会一直导通了。
     • 需要关机功能，则将 PWR_DOWN 引脚设置为输入检测，当再次按下按键时， PWR_DOWN 引脚检测到低电平，则程序控制 PWR_ON 引脚输出低电平，三极管截止，PMOS再次关断，实现关机功能。

     

   • LDO降压电路：电源流入后，经过一路LDO电路降压到3.3V后供给整个系统使用，为了保护电路，添加了PTC以及两个TVS二极管，整体需求的电流峰值在200mA左右，平均正常工作电流100mA。
2. wifi模块：采用涂鸦智能的 WB3S 模块，通过串口和STM32通讯，将 1 脚拉高，焊接 R6 ,R2 悬空即可，为了满足瞬时的大电流需求，可以在VDD端可以多加一个电容。
3. STM32系统：本次使用的单片机型号为STM32F030F4P6，M0内核，TSSOP-20封装，小体积，负责处理SHT20传感器的数据，控制OLED显示，通过串口与WB3S通信等，包含了复位，晶振，SWD接口等电路，并充分地使用了它的所有引脚.
4. SHT20: 温湿度传感器，IIC通讯，故两个上拉电阻是必须的，为减少PCB本身的干扰，芯片周围挖槽。
5. OLED模块：模块电路较为简单，包含一路LDO电路以及必要的阻容元件，使用IIC和STM32通讯，供电电压可使用5V或3.3V。
6. 按键：共包含3个侧贴按键，空间占用少而且按压方便，下方SW3控制整体的开关，上方SW1为配网按键，SW2则控制着OLED的显示情况，默认开启，再次按压关闭显示。
   • 按键并联一个电容，实现简单的硬件消抖，

     程序部分

• 官方文档教程请看文档教程
• 官方视频教程请看MCU SDK 移植
• 这次的程序思路较为清晰，创建F0工程后，按照教程将从涂鸦下载的MCU SDK移植到工程中，然后添加SHT20驱动，OLED驱动，按键程序以及控制开关机的程序。
• STM32 将各个模块初始化后，开机，进入while(1),利用按键触发配网，配网成功后，用SHT20采集数据，并将采集的数据上报，核心的程序为

// SDK函数
wifi_uart_service();
// 温湿度采集
temp=SHT2x_GetTempPoll();//获取SHT20 温度
Humi=SHT2x_GetHumiPoll();//获取SHT20 湿度
// 温湿度上报
mcu_dp_value_update(1,(long)temp*10); //温度数据上报，采集的 float 数据转换为 long;
mcu_dp_value_update(2,(long)Humi); //湿度数据上报，float 转换为 long ;
// 温湿度OLED显示
OLED_WS_DIS(temp,Humi);

• 完整的程序已经放在了附件中，还请大佬指正

注意事项

• 我手中的是micro usb接口，现在的图中已经改为了Type-C接口。
• 板子整体平均电流在100mA，峰值电流在200mA，所以选择LDO时，需要选择最大输出超过300mA的型号。
• 使用锂电池供电时，由于板子本身没有电池管理芯片，所以要选择带有放电保护板的锂电池，而且电池不宜长期使用，当电压不足时，应该及时充电。
• 关于OLED显示模块，使用常见的即可，这里使用的是技新的模块，本来计划做一块和下板相同尺寸的OLED模块，使用1.3寸OLED，但是种种原因，放弃使用。
• 程序上，有几处需要注意的地方，例如，如果使用定时器，要注意串口和定时器的中断优先级，移植SDK时的串口发送函数是用的单字节函数等等，需要留心。

void USART1_SendByte(unsigned char data)//单字节发送函数
{   
    while((USART1->ISR & USART_FLAG_TXE) != USART_FLAG_TXE);
    USART1->TDR = data;
}

实际效果

• 几张图片：

  如果有任何问题，请留言，评论。