一、前言

这个夏天格外炎热，即使实在北京也频频出现36°、37°的高温。在高温环境下，校园里的草坪需要比平时更频繁的浇水。于此同时，即便室外温度并没有那么高（例如吉林长春等东北地域可能只有27度左右的温度），当室外的空气湿度较低时，适当进行洒水也可以增加空气湿度，减少人们的燥热。本文的设计中心在于根据空气的温度与湿度，根据预先设定好的阀值进行不同程度的浇水，同时考虑到地域特征。

关于如何测定空气温湿度，主要有三种方法：利用水分子有较大的偶极矩，因而易于吸附在固体表面并渗透到固体内部的特性制成的湿度传感器称为水分子亲和力型湿度传感器，其测量原理在于感湿材料吸湿或脱湿过程改变其自身的性能从而构成不同类型的湿度传感器；把与水分子亲和力无关的湿度传感器称为非水分子亲和力型传感器，其主要的测量原理有：利用潮湿空气和干燥空气的热传导之差来测定湿度；利用微波在含水蒸汽的空气中传播，水蒸汽吸收微波使其产生一定的能量损耗，传输损耗的能量与环境空气中的湿度有关以此来测定湿度；利用水蒸汽能吸收特定波长的红外线来测定空气中的湿度。本次实验中采用DHT11温湿度传感器，其采用一种叫做基于外接电阻的湿度传感原理的技术。它使用一个特殊的电阻材料可以受到湿度和温度变化的影响把有关信号用电位变化的方式输出。具体原理将在后文介绍。

二、设计框图及原理介绍

设计流程图与原理图初步设计均由Scheme-it网页绘制，分享链接如下：

https://www.digikey.cn/schemeit/project/1-ef21b3a0a79d4e348a5e183b4a2f060d

流程图如下：

如框图所示，输入的5V电压由稳压器AMS1117输出得到稳定电压3.3V，同时给温湿度传感器与MCU供电，温湿度传感器得到空气中的温湿度信息后将其传输至MCU，将获得的温度信息与湿度信息积累一段时间取平均值，与阀值进行比较，若超过阀值则MCU控制浇水装置进行洒水降温。整体来说较好实现，就是MCU的积累时间与阈值需要根据当地状况进行调整。

三、原理图及芯片介绍

原理图设计如下所示，采用了意法半导体的STM32F103C8T6作为控制器。下文将对原理图中的各个元件进行详细介绍。

3.1 STM32F103C8T6芯片

采用意法半导体公司的STM32F103C8T6芯片。其具有强大的处理能力和丰富的外设资源，可以广泛应用于各种嵌入式系统中，如智能家居、工业自动化、机器人控制等领域。同时，该芯片也有相对较低的价格和易于开发的特点，备受广大用户的喜爱和推崇。

具体描述：

STM32F103C8T6是意法半导体（STMicroelectronics）推出的一款32位ARM Cortex-M3内核微控制器芯片，是STM32F10x系列的一种。其具有丰富的外设资源和高性能的处理能力，广泛应用于各种嵌入式系统中。

该芯片主要技术参数如下：

1. 内核：基于ARM Cortex-M3内核，频率为72MHz。

2. 存储器：64KB闪存、20KB SRAM和2KB EEPROM。

3. 通信接口：包括多个UART、SPI、I2C接口以及USB2.0全速设备接口。

4. 定时器：包括16位或32位定时器、看门狗定时器等。

5. ADC：12位ADC，转换速率为1Msps。

6. 电源管理：内置低功耗模式，并支持多种功耗模式切换。

7. 封装：LQFP48封装。

将温湿度传感器得到的数据输入到芯片中,有DHT11的IO端口输入到芯片的PA5，进过处理后，通过PB10与PB11控制浇水装置。

同时，芯片的VDDA端口连接AMS1117输出的稳定电压。如下图所示。

3.2温湿度传感器DHT11

DHT11 的工作原理是采用一种叫做基于外接电阻的湿度传感原理的技术。它使用一个特殊的电阻材料可以受到湿度和温度变化的影响，把有关信号用电位变化的方式输出。

DHT11由三部分组成，分别是温度传感器、湿度传感器和一个微控制器。温度传感器是一片膜状的陶瓷，里面嵌有一个 NTC 电阻，它探测环境温度并将自己的电阻值变化转换成数字输出。湿度传感器就是一个股型的电阻，它的电阻值随着环境湿度的变化而变化，这两个传感器都会将它们的数据输给微控制器

微控制器接收到这两个传感器的数据后，会把它们组合起来，然后输出一个9 位的数据字，其中4 位代表温度，5 位代表湿度。然后控制器会通过一个单线制的UART 接口将这个数据字输出，输入端连接芯片的PA5端口，同时高电平连接AMS1117稳压器输出的3.3V稳压。

DHT11的具体参数截图如下：

3.3稳压器AMS1117

只需添加两个电容提高稳定性即可，输入端输入5v电压，同时开关对输入电压进行控制，进而实现对整个器件的开关控制。输出为3.3V稳定电压

AMS1117具体参数如下：

四、总结

自此，所有设计均介绍结束。虽然阶段一的目标仅是完成原理图与流程图的设计，对于零基础的我来说还是有些难度的。经查阅资料后尽力完成。并期望通过未来的学习进一步改进设计中的瑕疵。