基于STM32的家庭温湿度控制系统设计

摘要：随着生活水平的提高，室内温湿度控制已成为现代家居生活中的重要环节。本文设计了一种基于STM32单片机的家庭温湿度控制系统，通过温湿度传感器采集环境数据，实现对室内温湿度的实时监测与自动调节。系统具有响应速度快、稳定性好、可扩展性强等特点，能够有效提升室内环境的舒适度，适用于智能家居场景。

关键词：STM32;家庭温湿度控制;传感器;智能家居;自动化控制

0 引言

近年来，智能家居技术的快速发展使得人们对家庭环境质量的需求日益增加。温湿度作为影响居住舒适度的重要因素，直接关系到人体健康、空气质量及家居设备的使用寿命。然而，现有的温湿度控制系统普遍存在成本高、功耗大、响应速度慢等问题，限制了其在家庭环境中的广泛应用。针对这些问题[1]，本文提出了一种基于STM32微控制器的家庭温湿度智能控制系统设计方案。该系统利用STM32单片机的高性能和低功耗特性，通过DHT11温湿度传感器实时监测环境数据，并结合继电器控制设备，实现温湿度的自动调节。

1 系统的整体布局

系统的硬件设计采用STM32F103C8T6微控制器作为主控芯片。系统通过传感器采集环境数据，STM32单片机处理数据并控制风扇、加湿器等设备，实现对室内温湿度的自动调节。

2 系统的硬件设计

2.1 核心控制单元——STM32

本统的核心控制单元选用STM32F103C8T6微控制器。该单片机基于ARM Cortex-M3内核，主频为72 MHz，配备64KB闪存和20KB RAM，支持丰富的外设接口（如USART、I2C、SPI等），能够与DHT11温湿度传感器进行稳定的数据传输。STM32的低功耗模式使其适合长时间工作，且其PWM输出功能可以精确控制继电器模块，适用于家庭环境中的温湿度调节[2]。

2.2 温湿度传感器

系统使用DHT11温湿度传感器进行数据采集。DHT11是一种低成本、高精度的数字传感器，能够通过单线通信输出数字信号。其工作电压范围为3.3V至5.5V，响应时间短，功耗低，适用于家庭环境监测[3][4]。

2.3 控制模块

控制模块通过继电器控制风扇、加湿器等设备，实现温湿度的智能调节。系统根据环境数据自动判断是否需要启动设备，确保温湿度保持在设定范围内。控制模块采用光电隔离技术，有效减小了外部电干扰，提高了系统的抗干扰性和稳定性。

3 系统软件设计

3.1 软件流程

系统的整体软件流程围绕以下4个步骤：

（1）初始化各硬件模块，包括DHT11传感器、继电器模块等。

（2）定时读取温湿度数据，判断当前环境是否超出设定范围。

（3）根据温湿度值判断是否需要启动风扇、加湿器等设备，并进行控制。

（4）显示温湿度值和当前设备状态。

3.2 温湿度数据采集与处理

DHT11传感器通过单总线协议与STM32单片机进行数据交互。STM32定时读取传感器数据，并通过简单算法进行校准，以提高测量精度。

3.3 温湿度控制策略

系统设定了温湿度控制的阈值。例如：

· 温度范围：18°C ～ 26°C

· 湿度范围：40% ～ 60%

当温度超过26°C时，系统自动启动风扇进行降温；当温度低于18°C时，系统启动加热设备（如电热器）。同样，当湿度低于40%时，加湿器会自动开启；当湿度高于60%时，风扇会启动以促进空气流通，从而降低湿度。

3.4 用户界面设计

该系统集成了高精度的温湿度传感器、OLED或LCD1602显示屏、用户输入界面（包括物理按键和/或触摸屏）、以及微控制器（如Arduino、ESP32或STM32等）作为控制中心。系统可以实时检测环境中的温度和湿度，并通过显示屏直观地显示当前数据以及设备的运行状态（如正常运行或报警等）。用户可以根据实际需要，利用按键或触摸屏进行相关设置，设定理想的温湿度范围，从而实现对环境的个性化调节[5]。

3.4.1 用户交互功能

触摸屏提供直观的图形用户界面（GUI），用户可通过滑动、点击等操作浏览信息、调整设置。支持多点触控，提高操作灵活性和用户体验。可以在屏幕上直接拖动滑块来设置温湿度目标值，或点击按钮进行快速设置。

3.4.2设备工作状态

系统持续监测环境温湿度，并根据用户设定的范围自动判断是否需要报警。当实际温湿度超出设定范围时，系统会通过显示屏闪烁、发出声音（如果配备了蜂鸣器）等方式提醒用户。

4 系统调试与实验

4.1 实验环境

实验在常温常湿的环境中进行，利用DHT11传感器配合STM32单片机对温湿度进行数据采集，并通过继电器实现对风扇和加湿器的启停控制。

4.2 实验结果

实验表明，当环境温湿度超过设定值时，系统能够及时启动风扇或加湿器，并在环境恢复到设定范围内后自动关闭相关设备。系统响应迅速，能够在短时间内稳定控制温湿度。

5 结论

本文设计了一种家用温湿度自动控制系统，该系统采用STM32单片机实现实时监控，并保证自调节功能。试验系统功耗低、响应快、运行稳定，能够满足家庭日常环境控制的需要。该系统代表了一种低成本的智能家居环境管理方法，未来可以进一步扩展为基于应用程序或中央数据处理系统的平台。

参考文献

[1] 朱青. 家庭智能健康环境控制系统研究[D]. 济南：山东建筑大学，2021.

[2] 郭书杰.基于STM32的智能家居控制系统设计[J].微处理机，2024 ，45 （04）：55-59.

[3] 徐鑫秀， 赵士原.基于DHT11传感器的机房温湿度监测系统设计[J].现代信息科技， 2020，4 （14）：57-59.

[4] 夏铁铮.单总线协议的温湿度传感器中断读取方法的研究[J].传感器世界， 2020，26 （09）：33-38.

[5] 兰鸽， 李川江， 徐磊.实验室智能温湿度监控系统设计[J].电子测试，2021 （08）：18-19，15.

基金项目：2024年校级教学改革项目-基于MDP的《信息检索与论文写作》课程教学改革（JWJG2024-01-3.2-1）

作者简介：

王昱涵，女，四川成都人，电子科技大学成都学院学生，本科在读，主要从事电气工程及其自动化的学习与研究。

王 旭，男，四川成都人，电子科技大学成都学院教授，硕士，主要从事机电一体化方面的教学与研究。