基于单片机的节能窗控制系统设计 本次系统设计采用 STM32F103C8T6 单片机作为主要控制器设计了一款节能窗控制系统，结合 Wi-Fi 模块、LCD1602 显示屏模块、直流电机驱动模块、光敏电阻、温湿度传感器、雨滴传感器、烟雾传感器、风扇、蜂鸣器等构成模拟节能窗控制系统，实现了智能控制窗户开关的功能，可以实现自动控制、远程控制等功能。STM32F103C8T6 单片机作为中心控制系统，它能够从外界接收和处理输入信息，并通过内部调节来实现对系统的有效控制。输入系统由两个部分组成，其中第一个是通过实体按键，选择不同的模式；另一种就是通过进入手机端“WIFI 智能窗户”app 进行编辑选择不同的状态。为了解决两个不同的输入端的信息同步，应用了 Wi-Fi 模块和手机端的配网实现。帮我设计一个proteus图，嘉立创电路原理图跟PCB图

<think>好的，用户想设计一个基于STM32F103C8T6的节能窗控制系统，包括Proteus仿真图、嘉立创的原理图和PCB设计，同时需要集成温湿度传感器、光敏电阻、雨滴传感器、烟雾传感器、直流电机驱动、LCD1602、Wi-Fi模块和手机App配网。首先，我需要明确各个模块的作用和连接方式，确保系统整体架构合理。 首先，主控芯片选用STM32F103C8T6，这是常用的ARM Cortex-M3内核单片机，资源足够处理多个传感器数据和控制电机。接下来是传感器部分，温湿度传感器常用DHT11或DHT22，需要考虑其数字接口，可能需要单总线协议。光敏电阻和雨滴传感器通常输出模拟信号，需要连接到STM32的ADC引脚，可能需要分压电路。烟雾传感器比如MQ-2，输出模拟或数字信号，根据型号确定连接方式。 直流电机驱动部分，可能需要使用L298N或L293D这类电机驱动芯片，STM32通过PWM控制电机转速，同时需要确保电源供应足够，因为电机可能需要较高电流。LCD1602显示模块通常使用并行或I2C接口，如果使用I2C需要接对应的转接板，节省IO口。Wi-Fi模块比如ESP8266，通过串口与STM32通信，实现手机App配网和数据传输，这里需要处理AT指令集，可能还需要设计配网流程，比如通过App发送Wi-Fi的SSID和密码。 电源部分需要考虑稳压，因为传感器和电机可能需要不同的电压，STM32是3.3V，所以可能需要LDO稳压器如AMS1117-3.3。同时，电机驱动部分可能需要更高的电压，比如12V，所以电源设计要分压或使用不同的稳压模块。 在Proteus仿真中，需要确认各个元件的模型是否可用，比如DHT11、L298N等，如果Proteus库中没有，可能需要用替代元件或自己创建模型。仿真时需验证各个传感器输入是否能够正确被STM32读取，电机驱动信号是否正常，以及Wi-Fi模块的通信是否顺畅。 嘉立创的原理图设计需要注意元件的封装是否正确，特别是传感器和连接器的封装。PCB布局时，要区分模拟和数字部分，减少干扰，电机驱动部分的地线要粗，避免大电流导致电压不稳。同时，STM32的晶振要靠近芯片，减少时钟信号的干扰。Wi-Fi模块的天线部分要预留足够的空间，避免被其他元件遮挡。 手机App配网部分可能需要STM32通过Wi-Fi模块进入AP模式，让手机连接后发送网络配置信息，或者使用Smart Config技术，通过广播包传递Wi-Fi凭证。这部分需要编写相应的固件代码，处理配网流程和数据传输。 可能需要考虑的问题包括传感器的校准、电机控制的反馈机制（比如是否需要用编码器）、异常处理（如传感器故障或网络断开），以及低功耗设计，因为系统需要节能。此外，各个模块的电源管理也很重要，比如在不使用时关闭某些模块以节省电量。 在整合所有模块时，需要确保STM32的IO口和资源足够分配，比如ADC通道数量、PWM输出、串口等。可能需要进行引脚复用，或者使用扩展芯片如74HC595来增加IO能力。同时，软件上需要合理分配任务，使用RTOS或者前后台系统来处理多任务，比如传感器数据采集、电机控制、用户界面更新和网络通信。 测试阶段需要分模块验证，先确保每个传感器和驱动模块单独工作正常，再逐步整合，排查可能的硬件冲突或软件bug。特别是电机驱动时的电流波动可能会影响其他传感器，需要做好电源去耦和隔离。</think>### 基于STM32F103C8T6的节能窗控制系统设计方案 #### 一、系统架构设计 1. **核心控制器**：STM32F103C8T6（72MHz主频，64KB Flash，20KB RAM）[^1] 2. **传感器模块**： - 温湿度传感器（DHT11/DHT22，单总线接口） - 光敏电阻（ADC采样，需分压电路） - 雨滴传感器（ADC采样，阈值触发） - 烟雾传感器（MQ-2，ADC或数字输出） 3. **执行机构**：直流电机驱动（L298N，PWM调速） 4. **人机交互**：LCD1602（4位并行/I2C接口） 5. **通信模块**：ESP-01S Wi-Fi模块（AT指令，STA/AP模式） 6. **电源系统**：AMS1117-3.3稳压 + 电机独立供电 #### 二、Proteus仿真设计要点 1. **元件库选择**： - 主控：STM32F103C8T6 - 传感器：模拟信号源替代光敏/雨滴传感器 - 电机驱动：L298N模型 ```proteus (示例代码) ``` 2. **仿真验证流程**： - 传感器信号模拟 → ADC采样验证 - PWM输出波形测试（频率10kHz，占空比调节） - Wi-Fi模块串口通信测试（虚拟终端监测） #### 三、嘉立创EDA设计规范 1. **原理图设计**： - 电源分区：数字/模拟地隔离 - 传感器接口电路： $$V_{out} = \frac{R_{LDR}}{R_{LDR} + R_{fixed}} \cdot V_{cc}$$ - 电机驱动电路：续流二极管保护 [原理图局部示例] 2. **PCB布局规则**： - 分层策略：四层板（信号-地-电源-信号） - 布线规范： - 电机驱动线宽≥40mil - 模拟信号走线包地处理 - 晶振布局≤15mm走线 #### 四、关键代码实现 1. ADC多通道采样（DMA模式）： ```c void ADC_Config() { ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = ENABLE; ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE; ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None; ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure); } ``` 2. Wi-Fi配网协议（JSON格式）： ```json { "cmd":"set_wifi", "ssid":"Home_Network", "password":"12345678" } ``` #### 五、手机App配网方案 1. 配网流程： ```mermaid graph TD A(App启动) --> B(搜索设备AP) B --> C(连接STM32_AP) C --> D(发送WiFi凭证) D --> E(保存配置重启) ``` #### 六、测试验证标准 1. 环境参数检测精度： - 温度：±0.5℃ - 湿度：±2%RH - 光照：±10 Lux 2. 电机响应时间：<500ms 3. 通信距离：Wi-Fi覆盖范围内稳定连接