基于STM32的智能风扇控制系统设计

news2024/10/6 5:31:04

引言

本项目将基于STM32微控制器设计一个智能风扇控制系统，通过温度传感器实时检测环境温度，并根据预设的温度范围自动调节风扇的转速。该系统展示了STM32的PWM输出、传感器接口以及自动控制应用的实现。

环境准备

1. 硬件设备

STM32F103C8T6 开发板（或其他 STM32 系列）
温度传感器（如 DHT11 或 LM35）
直流风扇（PWM 控制）
NPN 三极管（如 2N2222，用于控制风扇的电源）
面包板和杜邦线
USB-TTL 串口调试工具

2. 软件工具

STM32CubeMX：用于初始化 STM32 外设。
Keil uVision 或 STM32CubeIDE：用于编写和下载代码。
ST-Link 驱动程序：用于下载程序到 STM32。

项目实现

1. 硬件连接

将温度传感器的 VCC 接到 STM32 的 3.3V 电源，GND 接到地。
将温度传感器的数据引脚连接到 STM32 的 GPIO（如 PA1）。
将风扇的正极连接到电源，负极通过三极管的集电极接地，三极管的基极连接到 STM32 的 PWM 输出引脚（如 PA8）控制风扇转速。

2. STM32CubeMX 配置

打开 STM32CubeMX，选择你的开发板型号。
配置系统时钟为 HSI，以确保系统稳定。
配置 GPIO 输入，用于连接温度传感器的引脚。
配置 PWM 输出，用于控制风扇的速度，选择 TIM1 生成 PWM 信号，输出到 GPIO 引脚（如 PA8）。
生成代码，选择 Keil 或 STM32CubeIDE 作为工具链。

3. 编写主程序

在生成的项目基础上，编写读取温度传感器数据、计算温度并根据温度调整风扇转速的代码。以下是一个基本的智能风扇控制代码示例：

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "dht11.h"

// 定义风扇控制引脚
#define FAN_PWM_PIN GPIO_PIN_8
#define FAN_PWM_PORT GPIOA

// 定义温度范围
#define TEMP_THRESHOLD_LOW 25 // 风扇低速起始温度
#define TEMP_THRESHOLD_HIGH 35 // 风扇全速运行温度

// 初始化 PWM
void PWM_Init(void)
{
    // 设置 PWM 输出
    TIM_HandleTypeDef htim1;
    TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC;
    
    __HAL_RCC_TIM1_CLK_ENABLE();
    htim1.Instance = TIM1;
    htim1.Init.Prescaler = 72 - 1;
    htim1.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    htim1.Init.Period = 1000 - 1;
    htim1.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
    HAL_TIM_PWM_Init(&htim1);

    sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
    sConfigOC.Pulse = 0;
    HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1);
}

// 设置风扇转速
void SetFanSpeed(uint8_t speed)
{
    // 通过设置 PWM 占空比控制风扇速度
    TIM1->CCR1 = speed * 10; // 假设 speed 范围为 0-100
}

int main(void)
{
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    
    // 初始化 GPIO 和 PWM
    MX_GPIO_Init();
    PWM_Init();
    
    // 初始化温度传感器
    DHT11_Init();
    
    uint8_t temperature = 0;
    
    while (1)
    {
        // 读取温度
        DHT11_Read(&temperature);
        
        // 根据温度调整风扇速度
        if (temperature <= TEMP_THRESHOLD_LOW)
        {
            SetFanSpeed(0); // 关闭风扇
        }
        else if (temperature >= TEMP_THRESHOLD_HIGH)
        {
            SetFanSpeed(100); // 全速运行
        }
        else
        {
            // 根据温度线性调整速度
            uint8_t speed = (temperature - TEMP_THRESHOLD_LOW) * (100 / (TEMP_THRESHOLD_HIGH - TEMP_THRESHOLD_LOW));
            SetFanSpeed(speed);
        }
        
        HAL_Delay(1000); // 每秒更新一次测量和控制
    }
}

4. 温度传感器读取代码

以下是基于 DHT11 传感器的读取代码示例：

#include "dht11.h"
#include "gpio.h"

void DHT11_Init(void)
{
    // 初始化 DHT11 引脚
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}

void DHT11_Read(uint8_t *temperature)
{
    // 模拟 DHT11 数据读取流程
    // 假设读取到的温度是25摄氏度
    *temperature = 25;
}