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基于STM32的智能宠物箱的设计与实现

萌宠菠菠乐园
2024-09-14 15:15

1、基于stm32的智能宠物箱的设计与实现摘要传统的宠物箱存在箱内温湿度调节控制能力不强，箱内温湿度波动较大，保温保湿效果不好等问题。随着人工智能技术和嵌入式技术的快速发展，不仅对宠物箱的研究日益深入，而且将其在嵌入式平台上实现也日趋流行。本文从工程应用的角度出发，设计和开发了一款智能宠物箱。用户设定一个理想的温湿度范圉之后，宠物箱便开始了对箱内温湿度的自动监控与调节，并通过oled (organic light-emitting diode)显示屏将所釆集到的数据及时显示在显示屏上面，当然用户也可以人为的手动去调节箱内温湿度的情况，做到真正的人机交互。从而实现智能监控的功能，为饲主带

2、来更多的便利。本项目的主要目的是为了更好地解决宠物箱内温湿度变化过大的问题，旨在研发一款具有超强性能的宠物箱，以确保宠物箱内的工作安全可靠。该宠物箱具有保湿保温的效果，而且能够根据用户设定的温湿度，通过精确的温湿度控制技术，使得宠物箱的温、湿度恒定在一个很小的变化范围z内。对箱内环境参数实时监控，为宠物提供一个空气洁净、温湿度适宜的舒适安全的环境，让饲主们更放心。关键词：宠物箱监控调节温度湿度design and implementation of intelligent petbox based on stm32abstractthe traditional pet box don&

3、#39;t have agood control ability of box temperature and humidity, temperature and humidity fluctuations is so high, the insulation moisturizing effect is not good so. with the rapid development of artificial intelligence technology and embedded technology, not only the research of pet box is more an

4、d more thorough, but also the realization of embedded platform is becoming more and more popula匚 from the point of view of engineering application, this paper designs and develops an intelligent pet box.after the user set an ideal range of temperature and humidity, the pet box begin the automatic mo

5、nitoring and controlling of the temperature and humidity , then the collected data by oled (organic light-emitting diode) timely displayed on the screen above .users can also manually control the temperature and humidity in box , realizing real human-computer interaction. realize the intelligent mon

6、itoring and controlling functions nd bring more convenience to the users.the main purpose of this project is to solve the pet box problem of temperature and humidity change too large.to develop a pet box with superior performance and to ensure work safety and reliablely. the pet box has a moisture i

7、nsulation effect, and it can accord to the user to set the temperature and humidity, with a precisetemperature and humidity control technology, it can constant make the temperature and humidity in pet box within a very small range. having a real-time monitor to environmental viding a c

8、lean air, a suitable and comfortabletemperature and humidity environment for the pet owners, let ownersbe at ease.key words: pet box monitor control temperature humidity摘要iabstractii第1章绪论61. 1课题研究背景与意义61.2课题研究内容与方法613课题研究现状6第二章：关键技术82. 1温度采集芯片ds18b20 82.2温湿度采集芯片dht11 92.3 oled 显示屏112.4 stm32 芯片12第三章

9、：系统分析153.1系统设计目标153.1.1功能构架153.1.2模块需求描述163.1.3非功能模块需求173.2系统开发环境173.3系统任务的可行性分析 173. 3.1技术可行性173. 3.2经济可行性17第四章：系统设计194. 1设计指导思想和原则194.1.1指导思想194.2硬件设计194.2.1核心板电路设计194.2.2测湿模块电路204.2.3测温模块214.2.4电源模块214.2.5显示模块和按键模块224.2.6加湿模块234.2.7加热、除湿模块234.2.8散热模块234. 3软件设计244. 3.1软件功能模块设计244. 3.2系统控制流程设计25第5章

10、系统实现285. 1环境配置285. 2硬件主要模块的实现 285.2.1电源模块285.2.2主控模块285.2.3测温模块295.2.4测湿模块295. 3软件主要功能模块实现295. 3. 1 ds18b20初始化实现295.3.2 dth11初始化实现305. 4成果物展示30第6章系统测试326.1温度采集功能测试方案及用例 326. 4加湿功能测试方案及用例33第7章结论34参考文献35目录致谢36第1章绪论1.1课题研究背景与意义随着社会的发展，科学技术的不断提高，国民经济迅速提升，人们对宠物饲养的要求也越来越高。传统的宠物箱存在箱内温湿度调节控制能力不强，箱内温湿度波动较大,

11、保温保湿效果不好而且需要人工24小时去监测，手动去调节箱内的温湿度等问题，这样既耽谋了饲主的时间，又会导致动物生活环境的突变，最终还可能会导致动物不能适应多变的环境而死亡。当今社会，随着嵌入式技术的快速发展，不仅对宠物箱的研究日益深入，而且将其在嵌入式平台上的实现成为了可能。设计本项目的就是要改变和完善传统宠物箱的不足，使人们省吋，更安心的去饲养自家的宠物。与传统的宠物箱技术相比，本项目的优点在于可以更好更稳定的检测箱内的温湿度情况，并且可以及时的对箱内进行加热、散热、升温、降温等的调节。正因为如此，智能宠物箱越来越受到当今社会人们的关注，真正做到了方便人们的生活。1.2课题研

12、究内容与方法本课题采用stm32芯片对宠物箱进行监控,温湿度传感器通过对箱内温湿度的检测, 并通过箱内温湿度处理装置对宠物箱内的温湿度进行调节。通过oled示屏及按键实现人机交互。课题主要研究系统的整体设计和实现过程，温湿度感应的实现，显示界面的实现，系统处理等。本课题通过系统需求分析，对功能模块具体的分析，对元器件的功能及注意事项的具体分析，使功能得到具体化。通过实验法进行逐一进行测试，然后整合完成整个项目设计。1.3课题研究现状人们牛活水平提高，饲养娇贵宠物的人越来越多，对于宠物箱内温湿度环境要求越来越高。传统的宠物箱设备里面没有像stm32这样的mcu,不能通过程序来实现温湿度

13、的精细控制，使得检测和调节只能固定在某些温湿度范围，不能根据饲养宠物的不同环境需求任意设定监控参数，适用范围小。而且价格昂贵，体积大，导致在某些情况下不能方便使用，而且费时费力。因此越来越多人不喜欢这种传统的宠物箱，并且去寻求更智能的宠物箱。随着传感器技术领域的发展，各式各样的传感器技已经遍布了人们的牛活之中，我们可以用温湿度传感器结合散热散湿技术来设计一个智能宠物箱，使宠物箱内温湿度环境保持在相对稳定的范围内，减少人工参与，达到自动调控的效果。第2章：关键技术2.1温度采集芯片ds18b20ds18b20单线数字温度传感器，其具有独特的优点：（1）用单总线的接口方式，使用方便。（

14、2）测量温度范围广，测量精度高ds18b20的测量范围为-55 °c+ 125 °c, 精度为± 0.5。c。（3）在使用中只需要接个上拉电阻就可以使用。（4）持多点组网功能，多个ds18b20可以并联一条单线上，来实现多点测温。（5）供电更灵活，ds18b20可以从数据线上获取电源。因此，当数据线上的时序满足一定的要求吋，可以不接外部电源，简化系统结构。（6）当电源极性接反时，温度计不会轻易烧毁，但不能正常工作。（7）掉电保护功能，ds18b20内部含有eeprom,在掉电后，它仍可保存分设定。 ds18b20芯片管脚图如图2.1所示。nc匚nc匚vdd匚dq

15、匚底to 92封装 (ds18b20)8 7 6 5dallas 18b2012 3 4so封装(ds18b20z )ncnc ncgndnc =gnd c=12 3 418b20vooncncnc二 iwpsop封装 (ds18b20u )图2.1 ds18b20引脚图ds18b20通过达拉斯公司的单总线协议依靠一个端口与mcu进行通讯。当全部器件经由一个3p端子或者漏极开路的情况下与总线连接的时候，控制线需要连接一个阻值为1k上拉电阻。在这个总线系统中，mcu通过每个器件独有的片序列号辨认总线上的设备和记录总线上的设备地址。由于每个装置有一个独特的片序列号，总线可以连接的设备数冃可

16、以说是无上限的。2.2温湿度采集芯片dht11dht11温湿度传感器是一种具有已校准的数字信号输岀的温度和湿度复合型的传感器。其测湿范围为2090%rh,测湿精度为±5%rh,它被应用在专门的数字模块采集技术和温湿度传感技术，拥有通信便捷，超快响应，抗干扰能力强的优点，确保系统的实现具有超高的可靠性与卓越的长期稳定性。dht11是通过单总线与微处理器通讯，只需要一根线，一次传送40位数据，高位先出。微处理器(m0)与dht11通信约定：主从结构，dht11为从机，m0作为主机，只有主机呼叫从机，从机才能应答。详细流程：m0发送起始信号-> dht响应信号-> d

17、ht通知m0准备接受信号-> dht发送准备好的数据dht结束信号> dht内部重测环境温湿度数据并记录数据等待下一次m0的起始信号。由流程可知，每一次m0获取的数据总是dht±一次采集的数据，要想得到实吋的数据，连续两次获取即可，官方不建议连续多次读取dht,每次读取的间隔时间大于5秒就足够获取到准确的数据，上电时dht需要1s的时间稳定。m0起始信号：1、设置data引脚为输出状态并输岀高电平2、再将data输出为低电平，持续时间大于18ms,此时dht检测到后从低功耗模式>高速模式3、data引脚设置为输入状态，由于上拉电阻的关系，data就变为高电平

18、，从而完成一次起始信号。如图2.2所示。vddgnd上机仁号从机巧主机发送起始信号图2.2主机发送起始信号图thd响应信号、准备信号：dht在mo data引脚输出低电平吋，从低功耗模式转至高速模式，等待data引脚变为高电平）如图2.3所示1、dht输出80us低电平作为应答信号2、dht输出80us高电平通知微处理器准备接受数据3、连续发送40位数据（上次釆集的数据）图2.3主机到从机信号图dht11数据信号：数据为“0”格式：50us的低电平+ 26-28us的高电平数据为“1”格式：50us的低电平+70us的高电平如图2.4、2. 5所示位数据“0"恪式图2.4位数

19、据为“0”格式图kjvdd /0 2八17位数抓a-从机佶号t”格式图2.5位数据为“1”格式图dht结束信号：dht的data引脚输出40位数据后，继续输出低电平50us后转为输入状态，由于上拉电阻，data随之变为高电平。dht内部开始重测环境温湿度数据，并记录数据，等待外部的起始信号。2机伯号 1从机佔吋数据时序图2.3 oled显示屏有机发光二极管(organic light-emitting diode),也称为有机电激光显示(organicelectroluminesence display, oeld) o由于拥有轻薄、省电等特性，因此从2003年开始, 该种显示设备在mp3

20、播放器上面获得了广泛应用，而对于同属数码类''；产品的dc 与手机，此前只是在一些展会上展示过采用oled屏幕的工程样品，还并未走入实际应用的阶段。但oled屏幕却拥有了许多lcd不能比的优势。oled的显示技术与传统lcd的显示方式不一样，oled无需行光灯，利用非常薄的有机材料涂层以及玻璃基板，当电流通过时，这些有机材料便会发光。而且oled 的显示屏幕还能够做得更轻薄，可视角变得更人，而口还能够明显的节省电能。oled的基木结构是由一薄而透明具半导体特性之钢锡氧化物(ito),与电力的阴极相连接，再加上另外的一个金展阳极，包成像三明治一样的结构。整个的结构层里面包括

21、了：空穴传输层(htl)、发光层(el)与电子传输层(etl)。当电力供应至适当电压时，正极的空穴与阴极的电荷会在发光层中相互结合，产生光亮，按照它配方不同产生红、绿和蓝rgb三原色，构成基本色彩。oled的特性是可以自身发光，不像tft lcd需要背光，所以可视度和亮度均高，其次是电压需求低且省电效率高，加上反应快、重量轻、厚度薄，构造简单，成木低等，被视为21世纪最具前途的产品之一。其特点为：无需背光、显示单元能自发光分辨率高:128*64 (跟lcd12864 样，但木品点整更密集)可视角度大：160° (差点就是一个平面了)支持众多控制芯片：全面兼容arduino、

22、51系列、msp430系列、stm32/、csr芯片等（大量例程可供参考）低功耗：全屏点亮时0.08w,正常全屏显示汉字0.06w （远低于tft、lcd等技术）宽电压支持：无需任何修改，直接支持3v5v直流工作温度：40°c70°c模块体积（长宽厚）：27.3mm*27.8mm*3.7mm （比1元硬币稍大）io 口占用少：采用spi或iic通信方式，最多只要4个io 口就能驱动驱动芯片：ssd1306无字库：用取模软件取字，显示什么取什么2.4 stm32 芯片嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，可满足应用系统对功能、可靠性、成本、体积

23、和功能有严格要求的专用计算机系统。stm32f103c8t6是一种增强型、高性能的arm® cortex.m3 32位的risc内核, 它的工作频率为72mhz,里面包含有高速存储器（高达128k字节的闪存和20k字节的 sram）,多方面的增强i/o端口和联接于两条apb总线的外设。全部型号的元器件都包含2个12位的adc、3个通用16位的定时器和1个pwm定时器，还包括标准以及先进的通信接口：高达2个i2c接口和spi接口、3个usart的接口、一个usb接口以及一个can接口。stm32f103c8t6中等容量系列的产品供电电压为2.0v至3.6v, 包含40°

24、 c至+85° c温度范围和40。c至+105° c的扩展温度范围。具有系统内核小、专用性强、系统精简的特点。各式各样的省电模式满足了低功耗产品的应用要求。stm32f103c8t6中等容量系列产品提供包括从36脚至100脚的6种不同封装样式；根据不同的封装样式，器件屮外设的配置也全不一样。高实时性的系统软件（os）是嵌入式软件的基木要求ostm32系列微控制器基于突破性的arm cortex-m3内核，这是一款专门用于嵌入式设备应用开发的内核。stm32系列产品在原來cortex-m3内核的基础上进行了多项改良，其中包括即能提升代码密度又能提高性能的thumb

25、-2指令集，和非常大的程度上提高的中断速度的中断控制器，而h 这些新的功能都达到了业界功耗需求的最高水准。目前st是第一个推出基于这个内核的主要微控制器厂商。我们是所用的芯片 stm32f103rct6为“增强型”系列芯片,时钟频率达到72mhz,内置256k的flash,从flash执行代码，stm32功耗36ma,是32位市场上功耗最低的产品，相当于0.5ma/mhzo stm32f103c8t6芯片管脚图如图2.2所示。g-vy eood tad 98d01008 8cod 68d css>vbat 匚pc13-antltamp 匸 pc14-osc32n 匸 pc15-osc32

26、_out 匸 pdo o“n r pdi oscout rt enrst vssa vdda pa0-wkuppa1 pa2，口口口口口口口口<48 47 46 45 44 43 42 41 40 39 38 1 2345678lqfp48匚9 匚10c 11c36 vdd_235 3 vss 234ppa13mtsswdio3332pa12usart1 pauusart13ihpa10usartl30 329d28 2中 26p1225<13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 ) n n n nss>二ondsh- -ood08dze 9圧

27、scrtscantxvsbdp tim1 etc ctscanrxusbdm tim1 ch4 rxhm1ck tim1ch3ch2chi mcoch3npa9 usart1pasusart1pb15spi2 mositbhpb14spi2 xnso vsart3 rts tim1 ch2n pb13spi2 sck vsart3 cts tim! chin pb12图 2.2 stm32f103c8t6 引脚图2.5 tb6612fngtb6612fng引脚图tb6612fng是东芝半导体公司生产的一款直流电机驱动器件, 它具有大电流mosfet-h桥结构，双通道电路输出，可同时驱动2个电机

28、。tb6612fng每通道输出最高1.2 a的连续驱动电流，启动峰值电流达2a/3.2 a（连续脉冲/单脉冲）；4种电机控制模式：正转/反转/制动/停止;pwm支持频率高达100 khz; 待机状态；片内低压检测电路与热停机保护电路；工作温度:2085°c ;ssop24小型贴片封装。ljljfrlzjljlde叵叵叵叵bi3e3eeai3回eoen图2.3 tb6612芯片引脚功能图如图 2.3 所示,tb6612fng 的主要引脚功能:ain1/ain2、bin 1 /bin2、pwma/pwmb 为控制信号输入端;aol/a02、b01/b02为2路电机控制输出端;stby

29、为正常工作/待机状态控制引脚;vm(4.515 v)和vcc(2.75.5 v)分别为电机驱动电压输入和逻辑电平输入端。tb66i2fng是基于mosfet的h桥集成电路，其效率高于晶体管h桥驱动器。相比l293d每通道平均600 ma的驱动电流和1.2 a的脉冲峰值电流，它的输出负载能力提高了一倍。相比l298n的热耗性和外围二极管续流电路，它无需外加散热片，外围电路简单，只需外接电源滤波电容就可以直接驱动电机，利于减小系统尺寸。对于 pwm信号，它支持高达100 khz的频率，相对以上2款芯片的5 khz和40 khz也具有较大优势。2.6 ams1117 稳压源ams1117

30、是一个低漏失电的压调整器，它的稳压调整管由一个pnp驱动的npn管组成，漏失电压定义为：vdrop二vbe+vsat。ams1117有两个版本：固定输出版本和可调版本，固定输出电压为1.5v、2.5v、3.0v、5.0v,具有1%的准确度；固定的输岀电压为1.2v的精度为2%。为了确保ams1117的稳定性，对可调电压版本，输岀需要连接一个至少22 pf的袒电容。对于固定电压版本，可采用更小的电容，具体可以根据实际应用确定。ams1117里面的集成的过热保护以及限流电路，为电池供电和携带计算机方便性方面提供了更好的挑选。片内过热切断电路提供了过载和过热保护，以防环境温度造成过高的

31、结温。通常，线性调整器的稳定性随着输岀电流增加而降低。ams1117是一个正向低压降稳压器，在1a电流下压降为1.2v。ams1117利用片上微调将它的基准电压调节到1.5%的误差之内，并h电流方面限制也得到了调节，以此来把稳压器和电源电路超载所导致的的压力最大程度的减少。ams1117器件引脚上兼有另外的三端scsi稳压器，提供可以用于贴片来安装的 sot-223, 8引脚soic,和to-252(dpak)的塑料封装。ams1117系列稳压器有可调版与多种固定电压版，设计用于提供1a输出电流且工作压差可低至lvo在最大输出电流时，ams1117器件的最小压差保证不超过1.3v,并伴

32、随着负载电流的不断减小而不断降低。2.7加热丝电热丝是最为常见的一种发热元件，其作用是在通电后发热，将电能转化为热能。电热丝的应用范围很广，多种常用电热设备都会釆用电热丝作为发热元件，因此电热丝在医疗、化工、电子、电器、冶金机械、陶瓷玻璃加工等行业都有应用。电热丝在近年来多采用铁銘铝合金和银銘合金，铁銘铝合金的最高温度已经达到了 1400°co电热丝的基础上，近些年发展出了电热棒、电热盘、电热片等电热元件，但它们的本质依然是电热丝，其原理也脱离不了电热。电热丝的工作原理与其他金属发热元件相同，都是金属通电后的电热现象。电热就是指电流在通过导体后，电流会产生一定的热量并被导

33、体传递出来。电热丝本身就是金属导体，在通电后即会散发岀热量、提供热能。电热丝的优点是加热温度和耐热温度高，技术成熟、易于制造口方便配套应用于各种电热设备。电热丝的缺点是它的能量转换率较低，发热过程中伴随着发光过程，因此电能转换率只能达到60%到70%o第三章：系统分析3.1系统设计目标本课题采用stm32芯片对温湿度检测与调控系统进行监控，温湿度传感器通过对箱内温湿度进行检测，并把温湿度情况显示到显示器上面，系统则会根据人工设定好的合适的温湿度范围进行调节，并且整个检测与调节过程的数据都会显示在lcd显示屏上面，从而实现人机交互。预期成果：(1)设计可以完成，并制成电路板。(2)温

34、湿度传感器可以准确检测箱内的温湿度。(3)系统能够完成对箱内温湿度的调控。(4)人机交互界面实现友好交流。3.1.1功能构架根据需求调研结果确定本系统包括以下主要功能模块，如图3所示。图3.1系统体系结构3.1.2模块需求描述根据需求调研结果确定木系统主要包括以下功能模块。（1）加湿模块：主要负责对箱内进行加湿处理。（2）测温模块:主要负责对箱内温度的测量。（3）测湿模块:主要负责对箱内湿度的测量。（4）加热、除湿模块：主要负责对箱内进行加热。（5）显示模块：主要负责显示温度及输入选项。（6）散热模块：主要负责降低箱内的温度。（7）主控模块:主要负责信号的分析与处理，保证系统运行。（8）电源模

35、块：主要负责对系统进行供电。（9）输入模块：主要负责系统参数的输入。智能宠物箱系统的功能的描述如表3.1所示。表3.1智能宠物箱系统的功能功能编号功能名称功能描述1加湿模块加热水屮的电阻丝，促进水进行挥发，达到加湿的效果。2测温模块主要负责温度采集，采集范围为-10度到85度，精度值为±0.5度。3测湿模块主要负责湿度采集，釆集范围为20%rh度到90%rh度，精度值为±5%rh。4加热、除湿模块主要利用加热电阻丝对箱内进行加热。5显示模块主要负责温度的显示以及输入参数的显示。6散热模块利用电机带动风扇转动，达到箱内散热的效果。7主控模块负责分析处理采集到的信号，并且进行所

36、需要的操作。8电源模块负责各个模块间的用电情况。9输入模块主要负责系统参数的输入。3.1.3非功能模块需求因为是在家里使用，而且是针对体型较的小动物进行饲养，所以在家里并不需要占用太大的空间，只需满足动物的体型即可。3.2系统开发环境硕件环境：处理器2.3ghz、内存4.0g、i古i态硬盘250g、stm32f10、系统window8 专业版软件环境：单片机c语言编程软件mdk v4.7、原理图和pcb图绘制软件 altiumdesigner winter 09> 单片机程序下载软件 jlinkarm3.3系统任务的可行性分析3.3.1技术可行性系统将stm32芯片作为控制芯片，采用c

37、语言作为开发的语言，易于软件的编写和硬件调试，只需通过传感器检测箱内温湿度，输出一个实时变化的信号。通过按键进行设置标准温湿度，通过oled显示整个变化过程，所以智能宠物箱系统的设计与实现是可行的。3.3.2经济可行性本项目的主要花销点在核心板stm32,市场价值40元左右，其次dht11和ds 18b20 也是市场上面比较常见，功能强大h价格低廉的元器件，市场价在30元左右，其余剩余部分只要儿十元就可以全部购买到，因此该项目的经济花费方面并不需要多少，所以该智能宠物箱系统在经济上是一定可行的。第四章:系统设计4. 1设计指导思想和原则4.1.1指导思想本系统突岀的思想就是软件与硕件

38、的结合，对底层的硕件和上层软件进行前期进行合理的规划，了解它们的基本功能，首先对各个部分分别进行测试，并做出合理化改进, 如果没有问题，再将它们进行组合，协助完成测温、测湿、加热、加湿等一系列的功能, 能够合理调度各个模块协调工作，从而实现所需的各个功能。4.1.2设计原则功能性本系统是针对中高端宠物饲养而设计，主要是解决目前人们由于快节奏的生活而没有吋间去顾及宠物的详细情况的问题，测温模块可以随时方便人们了解环境的温度，测湿模块可以实时反馈宠物生活环境的湿度，并且在温度和湿度不适宜宠物的情况下进行调节，对于很多没有太多空闲时间的宠物爱好者来说非常实用。经济性由于木系统是面向宠物而

39、设计，所以可能许多家庭不太愿意花费太多的成木在宠物箱上，因此经济性的选材变得尤为重要，此次在系统设计中采用的最小系统板以及各个模块在保证功能的前提下，充分的体现了经济性的优点。4. 2硬件设计系统的各个模块部分是互不影响，独立工作的。它们都是利用将自身功能转化成高低电平信号送至处理器，再由处理器统一处理的处理模式，最后由个部分软件处理层处理信号的逻辑关系，从而对各部分功能进行转换，最后由处理器调控宠物箱里面温湿度的变化。4. 2.1核心板电路设计单片机是把计算机系统集成到一块芯片上微型处理器。其屮包括运算器，控制器，存储器，和输入输出设备。具有体积小，价格便宜等特点，应用和开发非常

40、便利。本系统釆用的是stm32f103c8t6最小系统板（如图4.1所示）。stm32f103c8t6属于中低端的32位arm微控制器。单片机由3.3v的电源、8mhz的外部品振和电阻电容组成的复位电路构成了单片机最小系统，外围电路屮的电机驱动,继电器，传感器都与stm32 相连接，所有硬件都要依靠单片机才能正常完成所需功能，是设计电路中的核心。paoi讥 ittll? 12paftw 14pa5 15pa6 16 耐t7pak 29rx jt33ikpb5 19203940u3paawkup.aix?l2.rnri.t2ciftr.75( i/tretrvhatpai.aix 123.

41、1ni tm. ? i 12pci -1 ampi r-rk.pa2. adc123.1n2 usart2_txt53.t2c3pc14-osc52 ixpa3/adci23 1n3.usart2 rx.t5c4.t2c4 pcj5-osc32 o17t pa4.adc 123 in4.dac outi/spu nss pas a【m?123_17$mc_out2zspi 】_$< k paadci23zlnsp113«lso.t8ribkin.t3cj pa7.adc 123_1n 7/spi _m0sj.t8c j n.t3c2.t ion pa&t1c1 mcop

42、a9.tic2/ijsarti tx pakwtic3/usarfl rx rai i.can rx/ticwsbdmpa 12/ca1civt 】eikusbdppai3j1ms.swd1opa15. jtdm2s3 ws. jtdlt2c1 etr« spi3 nss paj4<ttc k swi lkiz losc outnrst bootopb7pbs4243454hpbio 21>1311pb13phispbo.d23 in8t5c3.t8c2n.tic2npr 1 aim? 123n9.t5c4/t8c 3ntic5n pb2booupb3.hdo/spb_s

43、cic2s3_cct2c2.spn_sckpbw jtrst/spi331iso.f3c 1 .spj1 _misopbs/i2ci smba i2s3 si1spb mos1.t3c2 sp1i mos i f6.|2cl$c lt4c 1jis.art l_txf712crsrx fsmc nadv.xjs.art! rxpb8/sdkt d4/12c stl/t4c3(7ycan*kxpb9.sd10_d5/i2clsda.t4c4.*can.txpb10.usart5 tx.12c2 sclt2c3pbj141sart3 rx.12c2 sdvt2c4【也 12.i2s2_ws.t 1

44、bkin/spi2_nssi2c2_sm bapb1m2s2zckt1cii1 n.spi21sckpb 】47 】ch2n.spi2-m1sopbi512s2 sdt1ch3n/spi2 mos!vl)davss/vl>l)_】vdd_2vdd 3vss.l vss_2 vss 3734567krst44uootil34a13ai4ci7y】占 8m j cio-lfe_gnd0.3v245648233547t3.3v% 1cap joopf(r«1ik|g7d33卜sikey|hgndstm32ho3c图4.1核心板接口与核心板原理图4. 2. 2测湿模块电路dht11温湿

45、度传感器是一款具有己校准数字信号进行输出的温度和湿度复合与一体的传感器。它利用专业的数字模块采集技术以及温湿度传感技术，来确保生产出来的产品拥有极高的可靠性和长期的稳定性。传感器包含有一个电阻式的感湿元件与一个 ntc的测温元件，和一个高性能的8位单片机连接在一起。所以该产品拥有有品质良好、响应超快、抗干扰能力超强、性价比极超高等优势。每一个dht11传感器都需要在超级精确的湿度校验室来进行校准。校准的系数用程序的形式来储存在otp内存屮，传感器的内部在检测信号并进行处理的过程中需要引用这些校准系数。单线制的串行接口，将系统集成变得十分简易方便。非常小的体积、超低的功耗，而且信号传

46、输距离可以达到20米以上的距离，使其成为各项应用甚至极为苛刻的应用场合的最佳选则。产品是4针单排引脚的封装。连接方便，其特殊封装形式可依据用户要求而提供。dth11温湿度传感器检测宠物箱内的湿度后，stm32直接去读取检测到的数据。该传感器所采用的是单总线数据的格式。通过单个数据引脚端口完成输入输出双向传输。数据包由5字节组合而成。数据部分分为整数部分和小数部分，一次完整的数据传输为40bit,高位先出。因为其输出的是未编码的二进制数据，所以数据之间应该分开处理。dth11数据格式为：8bit湿度整数数据+8bit湿度小输数据+8bit温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校

47、验和。如图4.2所示为温湿度传感器。温湿度传感器3.3v(pb11gndj图4.2温湿度传感器接口电路图4. 2. 3测温模块因为dht11的测温精度是2摄氏度,ds18b20的测温精度为±0.5°c （在一10+ 85°c范围内），为了获得更高精度所以决定采用独立的温度传感器。ds18b20温度传感器检测到宠物箱内的湿度后，肓接将数据传送给stm32,此时stm32就可以读取该箱内的温度。ds18b20与单片机相连接，接口为pa0由于ds18b20的数据线要求空闲状态为高电平，所以我在ds18b20的数据线与电源线vcc之间加了一个10k的上拉电阻r1,

48、目的是为了提高电平的稳定性，如果不接上拉电阻，就不能提供有效的高电平，则电路就不能正常工作。如图4.3所示为温度传感器。图4.3温度传感器接口电路图4. 2. 4电源模块整个系统有3种电压需求，主控stm32需要3.3v供电，ds18b20需要5v,电机驱动部分需要4.5-15vo因此，外部供电可采用两节3.7v锂电池或是7.5v直流稳压电源供电，电源转换模块采用线性稳压电源1117-5实现5v的电压输岀，供ds18b20使用，采用1117-3实现3.3v供stm32使用，电机驱动部分直接釆用7.5v外部电源。1117稳压模块是一个低压差电压的调节器,，它可提供可调整电压输出和固定电压

49、的输岀；当作为固定电压输岀时，可以输岀1.8v、2.5v和3.3v这3种固定电压。1117 稳压模块具有限流和过热自动关断保护的功能，其内置的带隙基准可以保证输岀电压的误差精度。如图4.4所示为稳压源。u17.2v匸ams1117vinvoutgndc8ams1117 5v5vc9 ciod.luf iouf10uf).1 uf图4.4电源电路原理图4.2.5显示模块和按键模块oled显示屏为用户提供检测和调节全过程的数据信息，用户可以根据显示的数据信息来进行宠物箱内温湿度的调控。oled的器件的核心层的厚度很薄，厚度可以小于 1mm,是已经液晶的1/3。该系统拥有一个字库，字库中是取好

50、的字模，系统可以任时进行调用。该显示模块工作时，首先要根据要写入/读取的数据类型，然后设置dc为高（数据）/低（命令），其次拉低片选，接着我们根据是读数据，述是要写数据来设置 rd/wr为低，最后在执行相应的读写操作。用户可以通过按键来进行输入信息，用户通过对显示屏数据的观察，进而控制箱内温湿度的变化。该模块首先要用按键的一端接到gnd,还需要另一端接到单片机的引脚并接一个10k的上拉电阻，以此来达到限流的作用。p1123456gni) 5v scl sda resdcgndoled图4.5 oled原理图4. 2. 6加湿模块将加热丝加热，然后置于水中，一直持续加热到水份持续蒸发，以

51、此来达到加湿的作用。4. 2.7加热、除湿模块rm7.2t 4outa卩附31olhb1n vcc gndkliifgnd图4. 6继电器原理图继电器±i5v供电，控制引脚接到单片机的pa14引脚，将引脚设置为输出模式，当输出高电平时继电器上连接的7.2v的一端与out端导通，out端连接加热丝，加热丝的另一端连接gnd,这时加热丝加热。当输出低电平时继电器关闭。4. 2. 8散热模块当宠物箱内温度高于宠物生活所需的温度范圉时，风扇便会工作开始进行散热处理。驱动模块：该模块是用来驱动电机转动的，单片机的pwm 口接到电机驱动上后，给电机驱动输入一个稳定的波形，使其能够控制电

52、机的运转。单片机的pb6引脚输岀 pwm波形给电机驱动，pa15,pa14用于控制电机的正反转，ao1,ao2输出电压给电机。随着pwm脉宽调制方式成为育流电机速度控制的主流，在当前的电机驱动控制设计中，集成驱动芯片逐渐取代了传统晶体管驱动电路，以其精确的数字控制、较强的输出能力等特点得到了广泛的应用。本设计屮使用的tb6612fng是一款新型驱动器件，能独立双向控制2个直流电机，它具有很高的集成度，同吋能提供足够的输出能力，运行性能和能耗方面也具有优势，因此在集成化、小型化的电机控制系统中，它可以作为理想的电机驱动器件。以下是tb6612fng的主要参数：1最大输入电压：vm=15

53、v2最大输出电流：iout=1.2a （平均）/3.2a （峰值）3正反转/短路刹车/停机功能模式4内置过热保护和低压检测电路以下是测试一个电机的接线图：vm直接接电池即可，vcc是内部的逻辑供电，一般给3.3或者5v都行，模块的3个gnd接任意一个即可，因为都是导通的，stby置高模块才能正常工作。3完成上面的接线z后，我们就可以开始控制电机了，5个引脚的部分控制一路电机，另外的部分控制另外一路电机，这里只讲其中的a路，b路的使用是一样的。ao1 和a02分别接到电机的+和。然后通过pwma、ain2、ain1控制电机。其中pwma 接到单片机的pwm引脚，一般lokhz的pwm即可

54、，并通过改变占空比来调节电机的速度。下面是真值表4.2：ain1010ain2001停止正转反转表4.2真值表如图4.7为电机原理图。tb66l2图4.7电机原理图4.3软件设计4.3.1软件功能模块设计软件设计是根据系统需求设计的，系统软件功能模块框图如图4.6所示。功能包括程序初始化模块、按键识别模块、电机控制模块、除湿加热控制模块、加湿控制模块、温度传感器模块和温湿度传感器模块。不同功能模块通过软件的控制和信息处理，进而实现系统的整体功能。如图4.8为模块图。智能宠物箱系统图4.8系统软件功能模块框图4.3.2系统控制流程设计智能宠物箱系统的功能已经介绍完了，系统软件流程设计也是

55、完成系统功能的重要组成部分，智能宠物箱系统软件流程图如图4.7所示。系统初始化包含初始化系统时钟, 初始化oled和按键初始化以及外部设备初始化等。首先进行的是系统初始化，然后进行的是温湿度检测，通过spi读取oled中的数据，然后判断是否按键按下，若是，则进行案件处理，若不是，则进行温湿度的检测，最后根据检测得到的数据进行相应的温湿度处理。实现系统的智能循环，增加了程序执行的效率。如图4.9为系统软件流程图。图4.9系统软件流程图4.3.3 ds18b20工作流程ds18b20i作吋需要按照严格的吋序，其中包括复位脉冲、读吋序和写吋序。（1）复位脉冲：在单总线上，所有的通信都以初始化序列开始的。主机输岀的是低电平，而且保持低电平的时间为至少480us,以此来产生复位脉冲。接着主机开始释放总线，4.7k的上拉电阻将单总线拉高，延时15us到60us,并进入接受模式。紧接着 ds18b20拉低总线60us到240us,以此来产牛低电平应答脉冲。（2）读时序：单总线只有当主机发岀读时序命令时，才会向主机传输数据，因此, 当主机发出了读数据的命令后，必须立刻产生读时序，以便从机开始传输数据。所有的读时序都至少需要60us,而且在进行2次独立的读吋序命令之间至少要lus 恢复时间。且每一个读时序都要由主机来发起，而且至少要拉低总线