基于STM32H5的远程温湿度监测设计

1 创意方向

目前工业4.0以及中国工业2025的时代任务已经接近尾声，工业4.0主要是实现工业的智能化、数字化、实现工业产值的可监控，产品历史可追溯，而工业4.0的基础就是以各种传感器为最底层的数字化转换单元，将原有的离散量、模拟量转换为可以监控、可存储的数据类型，数字传感器奠定了工业4.0的数字化基础。

工业温湿度传感器在工业4.0的推进过程中起到了关键的作用，对于产品生产环境温度的监测起到了致关重要的作用，我们本次的创意是基于STM32H5的工业温湿度传感器，完成工厂的环境温度监测、实时显示、远程终端的数据读取和显示。

2 创意方案

2.1 硬件设计框图

整体的方案框图如下，我们在后面组详细的介绍。

整个设计框图如上述，包含电源部分、核心处理器最小系统单元、传感器、液晶显示单元、存储模块、声光报警单元、远程通信接口等基础电路组成。

电源方面的设计采用宽电压设计，适用于12V、24V的标准工业低压标准的工作电压，提高了传感器工作电压的适应性。系统包含声光报警单元，可以有效的对现有的状态进行指示，并且有效的提示工作人员当前的一个温度情况，同时也可以根据这个信号实现空调、通风系统的系统联动方案。液晶指示单元可以显示当前的温度值、湿度值、以及建议的工厂温湿度工作环境数值。远程通信单元主要是针对有远程通信数据要求的客户，保证数字化转型的数据共享功能，实现数据的传输的存储，上位机单元将显示当前的数据，并且将数据做存储，方便查询历史数据以及历史曲线，方便后期做智能化的处理提供有效的数据基础。

2.2 软件设计流程图

软件的流程相对比较复杂，这里将从整体到细节的方向进行说明。

整体处理软件流程图

整体的流程图相对比较简单，在MCU的处理过程中，都是按照流水线的处理流程来完成，我们首先完成系统的初始化任务，对芯片的内存、FLASH的空间进行分配，初始化管脚的功能，完成接口基础信息的设置，保证系统的稳定运行，然后完成温室度的采集工作以及通信数据处理的工作，如此循环往复，实时更新采集的数据值，并且根据采集到的数据对数据进行显示，如果有超出范围的话可以根据实际情况进行报警动作。

报警动作流程图

报警流程主要是为了告知工厂的工作人员当前的环境指标超标，并提醒他们进行及时的调节整改。报警处理流程设置了两个工作定值，一个是温度定值，一个是时间定值，只有超过温度并且持续超过一短时间之后，才会有报警动作，避免了由于电器干扰、数据跳变引起的短暂的数值超标的现象，可以有效的避免干扰，完成准确的报警动作。

3 方案器件介绍

3.1 核心处理器STM32H563

STM32H563是一款基于32位ARM® Cortex®-M33内核的高性能微控制器，属于STM32H5系列，专为高性能嵌入式应用设计。采用ARM® Cortex®-M33内核，工作频率高达250MHz，能够快速处理各种复杂的嵌入式控制任务。在250MHz频率下，从Flash存储器执行时，STM32H563能够提供高达375 DMIPS/1023 CoreMark的性能。STM32H563配备了多种通信外设，包括UART、SPI、I2C、I3C、ADC、DAC等，方便与外部设备进行通信和控制，多达34个通信外设，如USB 2.0全速主机和从机、以太网MAC、相机接口等，满足多样化的应用需求。

3.2 温湿度传感器SHTC3

SHTC3是业内知名的Sensirion公司推出的新一代数字温湿度传感器，它传承了盛思锐湿度和温度传感器在业界有口皆碑的质量和可靠性。

高精度：SHTC3具备顶尖的测量精度，湿度测量精度可达±2%相对湿度，温度测量精度可达±0.2℃。

宽测量范围：可以测量0至100%的相对湿度以及-40℃至125℃的温度，满足多种应用场景的需求。

宽电源电压范围：支持3.3V至5V的宽电源电压，提供了更大的灵活性。

低功耗：在低功耗模式下，功耗低于0.15mA，非常适合由电池供电的移动或无线应用。

快速响应：响应时间仅为8秒（tau63%），能够迅速反映环境变化。

小体积：模块尺寸仅为14*17mm，便于集成到各种设备中。

4 体会心得

在参加电子森林组织的这次活动，让我对于单片机的基本工作原理有了更加深入的了解，对于IIC的时序有了新的认识，在使用IIC的时候需要注意做重试次数的超时处理，避免硬件IIC卡死的情况，这样的非阻塞的方式可以让软件的稳定性更加好一些。H563的性能真的是比原有的性能高得多，主频高，还带有CACHE的处理。这次活动除了让自己更加了解硬件，也让自己再软件代码编写上有了长进，非常好的一次活动体验。