電子防潮箱控制面板的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u5407電子防潮箱控制面板的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例 128951.1硬件框圖 1269831.2單元電路介紹 215571.2.1溫濕度采集電路 2246721.2.2顯示電路 42381.2.3存儲(chǔ)電路 540051.2.4USB-TTL與電源供電電路 5220951.2.5按鍵和報(bào)警電路 676981.2.6單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 7222591.3主要器件清單 81.1硬件框圖本章主要介紹電子防潮箱控制面板的電路設(shè)計(jì)，課題需要實(shí)現(xiàn)溫濕度采集、濕度報(bào)警設(shè)定、液晶顯示溫濕度、斷電保存等功能，該電路由多個(gè)模塊組成，使用AltuimDesigner軟件繪制該電路原理圖與PCB板圖。圖3-1STM32系統(tǒng)框圖由框圖所示，系統(tǒng)將溫濕度傳感器SHT30采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)I2C通訊協(xié)議傳送給單片機(jī)，然后經(jīng)過(guò)單片機(jī)處理得到十進(jìn)制溫濕度值后，將得到的數(shù)據(jù)顯示在OLED屏幕并且經(jīng)過(guò)CH340電平轉(zhuǎn)換后通過(guò)串口打印在串口助手上。通過(guò)按鍵設(shè)定報(bào)警閾值，主控芯片將設(shè)定數(shù)值寫入EEPROM芯片，保證斷電后數(shù)據(jù)不丟失，每次上電前讀取EEPROM里的內(nèi)容。當(dāng)外界環(huán)境達(dá)到報(bào)警閾值時(shí)單片機(jī)發(fā)出高電平驅(qū)動(dòng)蜂鳴器和LED燈提示報(bào)警。1.2單元電路介紹1.2.1溫濕度采集電路該電路采用SHT30傳感器采集溫濕度，SHT30數(shù)字溫濕度傳感器是Sensirion盛世瑞恩公司生產(chǎn)的，工作電壓2.4-5.5V，測(cè)量溫度與實(shí)際溫度相差±0.2℃，測(cè)量濕度與實(shí)際濕度相差±3%RH，采用IIC總線與單片機(jī)通信。采用DFN-8_L2.5_W2封裝，具有體積小，測(cè)量精度高等特點(diǎn)。圖3-2SHT30電路圖圖3-3SHT30實(shí)物圖SCL同步微控制器和傳感器之間的通信。時(shí)鐘頻率可以在0~1000KHZ之間自由選擇SDA引腳用于向傳感器傳遞數(shù)據(jù)和從傳感器傳遞數(shù)據(jù)。單片機(jī)與SHT30采取I2C通訊所以SDA與SCL引腳需要加上上拉電阻，才能滿足通訊要求。通過(guò)ADDR引腳合適的接線，可以選擇I2C地址。ADDR引腳可以直接接到VDD或VSS,或者也可以作為一個(gè)選擇銷。這意味傳感器的地址可以改變，在運(yùn)行過(guò)程中動(dòng)態(tài)切換水平上的地址引線。唯一的限制是電平必須保持恒定，從I2C開(kāi)始狀態(tài)直到通信結(jié)束。NRESE引腳可用于傳感器的復(fù)位。1.2.2顯示電路圖3-4OLED顯示屏原理圖圖3-5OLED顯示屏實(shí)物為了便于用戶可以直觀的看到溫度、濕度及設(shè)定的報(bào)警閾值數(shù)據(jù)，所以電路采用一個(gè)OLED屏幕來(lái)顯示，該顯示屏為0.96OLED顯示，采用SPI接口。各引腳功能如下：1、GND:電源地2、VCC:電源正（3V-5.5V）3、D0:OLED的D0腳，在SPI通信中為時(shí)鐘管腳4、D1:OLED的D1腳，在SPI通信中為數(shù)據(jù)管腳5、RES：OLED的RES#腳，用來(lái)復(fù)位（低電平復(fù)位）6、DC：OLED的D/C#腳，數(shù)據(jù)和命令控制管腳7、CS:OLED的CS#管腳，也就是片選管腳1.2.3存儲(chǔ)電路圖3-6EEPROM電路圖3-7AT24C02芯片為了保護(hù)單片機(jī)的內(nèi)部FLASH可擦寫次數(shù)所以沒(méi)有把數(shù)據(jù)存放在單片機(jī)的內(nèi)部FLASH里，而是采用該電路來(lái)存儲(chǔ)設(shè)定的報(bào)警濕度數(shù)據(jù)，AT24C02是電可擦除PROM,采用256×8-bit的組織結(jié)構(gòu)以及兩線串行接口。AO、A1、A2是器件的地址輸入引腳，SDA串行地址和數(shù)據(jù)輸入/輸出。SDA是雙向串行數(shù)據(jù)傳輸引腳，漏極開(kāi)路，需外接上拉電阻到VCC。該電路沒(méi)有進(jìn)行上拉是因?yàn)椴捎玫腟TM32C8T6單片機(jī)PB6、PB7引腳支持I2C通訊，在單片機(jī)內(nèi)部上拉即可。SCL串行時(shí)鐘輸入，SCL同步數(shù)據(jù)傳輸，上升沿?cái)?shù)據(jù)寫入，下降沿?cái)?shù)據(jù)讀出。WP寫保護(hù)，WP引腳提供硬件數(shù)據(jù)保護(hù)。當(dāng)WP接地時(shí)，允許數(shù)據(jù)正常讀寫操作；當(dāng)WP接VCC時(shí)，寫保護(hù)，只讀。1.2.4USB-TTL與電源供電電路圖3-8USB-TTL圖3-95V轉(zhuǎn)3V3 該電路實(shí)現(xiàn)設(shè)備與PC端通信，CH340是一個(gè)USB總線的轉(zhuǎn)接芯片，實(shí)現(xiàn)USB轉(zhuǎn)串口或者USB轉(zhuǎn)打印口，在串口方式下，CH340提供常用的MODEM聯(lián)絡(luò)信號(hào)，用于為計(jì)算機(jī)擴(kuò)展異步串口，或者將普通的串口設(shè)備直接升級(jí)到USB總線。CH340芯片內(nèi)置了USB上拉電阻，所以UD、UD-引腳直接連接到USB接口的D+、D-，連接到USB總線上。TXD串行數(shù)據(jù)輸出，RXD串行數(shù)據(jù)輸入，因?yàn)橐瓿赏ㄐ?，所以PC端的TX數(shù)據(jù)輸出應(yīng)該接到主控芯片的RX端數(shù)據(jù)輸入,所以PC端的RX數(shù)據(jù)輸入應(yīng)該接到主控芯片的TX端數(shù)據(jù)輸出,這樣才能完成交互。USB接口還提供了應(yīng)該5V直流電壓，經(jīng)過(guò)AMS1117-3V3的轉(zhuǎn)換，由5V轉(zhuǎn)換為1.3V為整個(gè)系統(tǒng)供電。AMS1117是一款低壓差的線性穩(wěn)壓器，該電路使用芯片的是固定電壓輸出版本，只需要在Vin輸入、Vout輸出端加上濾波電容，使輸出電壓更加平滑。1.2.5按鍵和報(bào)警電路圖3-11按鍵輸入圖3-12蜂鳴器LED報(bào)警電路按鍵輸入電路，可以用來(lái)調(diào)節(jié)屏幕上顯示的報(bào)警數(shù)值，按鍵采用共地連接，單片機(jī)的PB10-PB13IO設(shè)置為上拉輸入模式，當(dāng)按鍵按下時(shí)電路導(dǎo)通，IO口由高電平變?yōu)榈碗娖?，就可以檢測(cè)到按鍵按下，按照程序執(zhí)行下面的任務(wù)。報(bào)警電路，由一個(gè)蜂鳴器和LED組成，該電路主要在外界環(huán)境達(dá)到報(bào)警閾值時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警來(lái)提醒用戶。LED還起到電路報(bào)錯(cuò)功能，例如AT24CO2、SHT30I2C通訊時(shí)沒(méi)有應(yīng)答，LED燈閃爍，提醒用戶設(shè)備異常。蜂鳴器正級(jí)接了3,3V電壓負(fù)極接到三級(jí)的集電極，當(dāng)電路需要報(bào)警時(shí)，單片機(jī)IO口發(fā)出一個(gè)高電平到三級(jí)管的基級(jí)，三極管導(dǎo)通蜂鳴器發(fā)出聲音，其中R10、R11、R12電阻起到限流的作用。1.2.6單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖3-10單片機(jī)最小系統(tǒng)電路單片機(jī)的最小系統(tǒng)就是使單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單運(yùn)行的最少的原件的組合。1.時(shí)鐘，選用一個(gè)32.768K的外部低速晶振用于單片機(jī)內(nèi)部RTC電路，一個(gè)8M的高速晶振為單片機(jī)提供時(shí)鐘頻率，晶振兩端并聯(lián)了2個(gè)20pF的電容來(lái)讓晶振正常起振。2.復(fù)位電路，當(dāng)按下RST導(dǎo)通觸發(fā)低電平復(fù)位,在RST兩端并聯(lián)一個(gè)電容C15濾波可以去除開(kāi)關(guān)按下的抖動(dòng)。R8的作用是與C15組成一個(gè)RC的外部復(fù)位電路，在RST按鈕沒(méi)有按下時(shí)，每次單片機(jī)上電R8和C15形成一個(gè)RC復(fù)位電路，也會(huì)為單片機(jī)進(jìn)行外部復(fù)位。1.電源，STM32的工作電壓是1.3V，將經(jīng)過(guò)ASM1117轉(zhuǎn)換后的1.3V電源經(jīng)電容濾波接到單片機(jī)的供電引腳。4.燒制程序接口，采用SWD模式燒錄程序，配合J-link燒錄器可以實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試。5.單片機(jī)使用STM32C8T6，LQF48封裝單片機(jī)主要引腳及功能：所屬電路網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)端口功能溫濕度采集電路I2C_SDAPB6雙向串行數(shù)據(jù)線溫濕度采集電路I2C_SCLPB7串行時(shí)鐘線溫濕度顯示電路D0PA5時(shí)鐘管腳溫濕度顯示電路D1PA7數(shù)據(jù)管腳溫濕度顯示電路RESPB0復(fù)位溫濕度顯示電路DCPB1數(shù)據(jù)和命令控制管腳溫濕度顯示電路CSPA4片選管腳USB-TTL電路TxDPA3串口發(fā)送管腳USB-TTL電路RxDPA2串口接收管腳表3-1單片機(jī)主要引腳及功能1.3主要器件清單器件描述標(biāo)號(hào)封裝數(shù)量220uF/10V貼片電解電容E1SMD,6.3x8mm1HDR-1X55P接插件J1HDR2.54-LI-5P1HDR-1X77P接插件J2HDR2.54-LI-5P1LED貼片LEDLED1,LED206032S9013低頻放大-NPN型Q1SOT23-3L11K±1%貼片電阻R1,R2,R3,R4,R5,R6,0805R6輕觸開(kāi)關(guān)3×6輕觸開(kāi)關(guān)RSTTSWSMD-3*6*4.31輕觸開(kāi)關(guān)貼片6x6輕觸開(kāi)關(guān)SW1,SW2,SW3,SW4TSWSMD-6*6*84STM32F103C8T6STM32ARM-based32-bitMCUwith64KbytesFlash,U1LQFP48_N1SHT30-DIS-B溫濕度傳感器U2DFN-8_L2.5-W2.5-P0.50-BL-EP1CAT24C02WI-GT3EEPROM存儲(chǔ)芯片U3SOIC-8_L5.0-W4.0-P1.27-LS6.0-BL1CH340C串口轉(zhuǎn)U