一、项目介绍

本项目旨在开发一种基于纳芯微NSHT30温湿度传感器的干燥箱控制台，用于精确控制和监测干燥箱内的温度和湿度环境。NSHT30是一款集成了电容式相对湿度传感器、CMOS温度传感器和信号处理器的高精度、低功耗温湿度传感器，采用I2C数字通信接口，具有良好的集成性和灵活性。本项目主要依靠（200度）PTC发热片作为发热源加小功率（5v）风扇进行空气内循环从而使得内部空气达到所设置的温度（40~60度），最后通过单片机（STM32）连接OLED显示屏以及继电器模块进行发热源信号控制并将menu菜单和温湿度信息显示在OLED进行人机交互。

二、项目设计思路

在设计干燥箱项目时，我们首先考虑了其在不同环境下的应用需求。为了确保传感器在各种环境中的稳定性和准确性，我们设计了相关流程框图并采用了以下设计思路：

硬件设计：在传感器模块上我们选取电子森林的NSHT30温湿度传感器模块，因为NSHT30集成了电容式相对湿度传感器、CMOS温度传感器和信号处理器，能够最准确和快速地读取和传输数据。此外，在控制CPU上我们选择STM32F103C8T6作为主控系统，并完全按照官方数据手册中的方法搭建NSHT30模块，并在自制板成功后即刻在立创EDA上打板子。

为了能使3V单片机控制12V及以上的硬件模块（PTC），我们选用双继电器模块（5v继电器），以使得单片机的输出能直接控制加热模块的开启与关闭。此外为了防止电流过大损坏单片机还增加了一个限流电阻，从而将信号端电流限制在mA级别。为了曾加热传导的效果我们适当添加了散热片。

图1.硬件连接设计框图

箱子的外壳是利用拓竹打印机以PETG为原料进行建模完成，整体能承受接近200度高温为了防止烧化PETG我们采用铝合金对PTC进行包装使其既能防止直接接触的同时又做到大规模导热

图2.硬件通信连接框图

软件设计：为了实现与微控制器的高效通信，我们使用Keil uVision5编程软件编写了相应的驱动程序，用于初始化NSHT30传感器和处理测量数据。代码中包含了I2C通信函数、CRC校验函数以及温湿度读取函数，确保数据传输的可靠性和准确性。

图3.软件层级架构框图参考

图4.软件设计逻辑框图

电源管理：考虑到STM32的功率消耗比较大，我们舍弃了传统的电池供电并设计了高效的PD快充诱骗模块搭配降压模块（4~30转3.3v）为单片机供电，确保传感器在正常工作模式下能稳定供电而不是会虽电池电压的衰减而导致系统故障。

信号完整性：为了保证I2C通信的稳定性，我们在电路板上采用了适当的去耦电容和滤波措施，以减少电磁干扰（EMI）和电源噪声。

电源噪声抑制：为了降低电源噪声对传感器性能的影响，我们在电源线上添加了滤波电容，并对电源引脚进行了屏蔽处理。

热管理：在电路板设计中，我们特别注意热源的分布和散热路径的设计。通过合理布局和散热孔的设计，确保传感器在长时间运行时不会因过热而影响测量精度。

三、电路板设计

图5.基于protues的模拟电路仿真实验

图6.继电器PCB模块图

图7.继电器模块原理图

图8.基于NSHT30模块的PCB图

图9.基于NSHT30模块的原理图

图10.干燥箱项目总原理图

四、画原理图和PCB过程中遇到的问题以及解决办法

问题1：元件放置在图纸外，导致无法查看和编辑。

解决办法：在编辑元件库文件时，将元件放置在原点附近，确保第一个管脚位于原点。

问题2：ERC报告指出管脚未接入信号，可能由于I/O属性定义错误、连接不上问题或引脚方向错误。

解决办法：检查并修正I/O属性定义，确保引脚方向正确，并调整网格设置以提高精度。

问题3：网络表导入PCB时出现问题，如Netlist生成选项错误，影响板级设计的准确性。

解决办法：生成Netlist时选择全局选项，确保网络表能够完整导入。

多部分元件使用不当：

问题4：使用自制多部分元件可能导致内部连接关系混乱。

解决办法：避免使用Annotate功能进行编号，以免影响元件内部连接关系的一致性

问题5：网络载入时报告NODE未找到，可能由于封装不一致或pin number不一致。

解决办法：确保使用一致的封装名称和pin number，并加载正确的封装库。

打印问题：

问题6：打印时无法打印到一页纸，可能由于创建PCB库时未在原点或PCB板界外有隐藏字符。

解决办法：调整设置或显示所有隐藏字符。

问题7：元件封装错误，如unknow pin错误。

解决办法：检查并添加对应的封装库，确保元件的封装路径正确无误。

走线没有生成网络：

问题8：在PCB Layout中，走线没有生成网络。

解决办法：在画线时选择“放置--走线”，而不是“放置--线条”，并设置合适的走线宽度

五、测试结果展示

测试结果展示

图11.加热环境温度展示图

图12.烘干纸巾过程展示图

图13.温度上升折线图

图14.湿度下降折线图

过程中遇到的问题及解决方案

问题1：一开始未能进行仿真实验导致买回来的100度PTC温度不够，而且对物理常识的掌握不够充分导致吹出气流不够集中。

解决办法：查阅更多资料并采购更大功率的加热模块

问题2：曾尝试自制降压模块，但最终以失败告终

解决办法：网上购买成品降压模块

问题3：焊接技术不精导致短路冒烟

解决办法：重新焊接并提前备好备用材料和提升焊接工艺

六、总结以及心得感悟

项目让我认识到了精确测量和控制湿度的必要性。在许多工业和实验室应用中，湿度的微小变化都可能对最终产品的质量产生重大影响。NSHT30干燥箱通过先进的传感器和控制系统，实现了对湿度的精确控制，这不仅提高了产品的一致性，还减少了因湿度控制不当而导致的浪费。

其次，我学到了团队合作的重要性。NSHT30项目涉及多个部门的协作，包括设计、工程、生产和质量控制。每个团队成员都必须清晰地沟通他们的需求和进展，以确保项目按时完成且符合预期标准。这种跨部门合作的经验让我更加重视团队协作的力量。

再者，项目中的技术创新也给我留下了深刻印象。NSHT30干燥箱采用了最新的加热技术和材料，这些创新不仅提高了干燥效率，还降低了能耗。这让我意识到，持续的技术革新是保持竞争力和可持续发展的关键。

最后，通过这个项目，我更加理解了客户服务的重要性。项目的成功不仅取决于技术性能，还取决于我们如何满足客户需求和提供售后服务。客户反馈对于产品的改进至关重要，它帮助我们不断优化产品，以更好地服务于市场。

总之，NSHT30干燥箱项目不仅提升了我的专业技能，也加深了我对项目管理和客户服务的理解。这是一个宝贵的学习经历，我相信这些经验将对我的未来职业生涯产生积极影响。

团队成员：许华炳，郑鸿洲

2024.12.11