基于STM32的物联网环境监测与远程控制系统实训套件-淘宝网任务2原理图绘制一、任务描述基于STM32F103C8T6的物联网环境监测与远程控制系统以STM32F103C8T6为核心完成DHT11温湿度、GY-302光照强度数据采集通过ESP-01S无线模块上传数据到OneNet平台并由0.96寸OLED实现本地实时显示同时在手机端通过微信小程序显示温湿度以及光照强度数据并远程控制LED灯以及风扇。本任务实现系统原理图的绘制。二、任务目标1.知识目标1熟悉STM32F103C8T6核心芯片引脚功能、供电要求与最小系统构成。2掌握ESP-01S无线模块与STM32的串口通信连接逻辑TX/RX交叉连接。3理解DHT11温湿度传感器、GY-302光照传感器、0.96寸OLED显示屏的电气特性与数据传输原理。4明确USB供电电路的电压转换需求及调试引脚的功能定义。5掌握I²C通信总线的基础规范、多设备挂载规则与上拉电阻配置规则。2.能力目标1能独立识别STM32F103C8T6、ESP-01S、DHT11、GY-302、0.96寸OLED等核心元器件的引脚定义。2能按照电气规范完成各模块间的硬件连接绘制解决串口通信、I²C总线通信、传感器数据读取、OLED显示驱动、供电匹配等关键问题。3能使用嘉立创EDA完成原理图绘制执行电气规则检查DRC确保电路无逻辑错误。3.素质目标1养成严谨的电路设计习惯规范标注元件参数、网络标号。2建立“核心主控外设模块显示模块”的嵌入式系统硬件设计思维区分单总线、I²C、UART不同接口的硬件设计差异。3提升跨模块电路调试的逻辑分析与问题排查能力。三、任务重难点1.任务重点1STM32F103C8T6最小系统的搭建电源、晶振、复位电路。2ESP-01S与STM32的串口连接USART1_TX/RX交叉对应。3GY-302光照传感器、0.96寸OLED的I²C接口连接SDA/SCL引脚、上拉电阻、地址配置。4DHT11单总线数据传输电路与USB供电到系统各模块的电压分配与稳压处理。2.任务难点1STM32与ESP-01S的串口通信电平匹配3.3V供电下的电平转换注意事项。2DHT11单总线信号的上拉电阻配置与数据引脚选择。3GY-302与OLED共用I²C总线的上拉电阻设计与通信稳定性保障。4多模块供电冲突解决5VUSB转3.3V的稳压方案。四、知识准备1.核心元器件引脚与功能说明如表1所示。表1核心元器件引脚与功能说明元器件型号核心引脚/功能关键参数STM32F103C8T6电源VDD(3.3V)、VSS(GND)、VDDA、VSSA串口PA9(TX)、PA10(RX)I²CPB6(SCL)、PB7(SDA)IO口PA0(接DHT11)晶振8MHz外部晶振复位NRST主频72MHz供电2.0~3.6VLQFP48ESP-01SVCC(3.3V)、GND、TX、RX、RST、GPIO03.3V供电严禁5V波特率115200bpsDHT11VCC、GND、DATA需10kΩ上拉单总线温湿度测量GY-302BH1750FVIVCC、GND、SDA、SCL、ADDRI²CADDRGND地址0x230.96寸OLEDI2CVCC、GND、SDA、SCL4针I2CSSD1306地址0x3C3.3~5V兼容USB供电模块输入5V输出5V、3.3VAMS1117-3.3V输出≥1A满足多模块供电2.核心电路原理1STM32最小系统由电源电路3.3V供电、滤波电容、复位电路NRST引脚接10kΩ上拉电阻复位按键、晶振电路8MHz外部晶振22pF电容组成是芯片正常运行的基础。2串口通信原理STM32的USART1_TXPA9与ESP-01S的RX连接STM32的USART1_RXPA10与ESP-01S的TX连接实现双向数据传输。注意必须交叉连接且双方波特率、数据位、校验位需一致。3传感器与显示通信原理DHT11采用单总线协议数据引脚DATA需接10kΩ上拉电阻由STM32的IO口模拟时序读取数据。GY-302采用I²C通信协议SDA、SCL必须配置4.7kΩ上拉电阻至3.3VADDR接GND时地址为0x23。0.96寸OLED0.96寸OLED采用软件模拟I2C通信使用PB0作为SCL、PB1作为SDA目的是避免与GY-302共用硬件I2C导致的地址冲突与通信异常提高系统稳定性与调试便捷性。4供电逻辑USB输入5V经AMS1117-3.3V转为3.3V供给STM32、ESP-01S、DHT11、GY-302、0.96寸OLED所有模块统一3.3V供电安全稳定。3.嘉立创EDA绘图规范1元件选择优先使用软件内置元件库无对应元件时手动绘制封装并标注参数。GY-302、OLED等无内置库时绘制对应引脚通用符号。2网络标号相同功能的引脚使用统一网络名如VCC、GND、TX、RX、DATA、SDA、SCL减少多余连线。3元件布局按“供电模块→核心主控→外设模块”顺序排列遵循信号流向I²C总线走线尽量短、直减少分支。4标注要求每个元件需标注型号、参数关键引脚标注功能便于阅读与调试。4.原理图设计流程1器件放置A顶部菜单-放置-器件快捷键ShiftFB底部元件库-器件快捷键SC左侧基础库-个人库或系统库2连接导线A顶部菜单-放置-导线将器件的引脚相互连接起来B顶部图像导航选择导线图标 快捷键W3电气连接A使用导线连接器件引脚B使用电气标识符VCC或GND连接引脚电气名称可修改C使用网络标签连接放置时按Tab键或双击修改名称D使用单向或双向网络端口连接导线E使用短接符连接两个不同网络4画布说明A鼠标滚轮控制画布缩放B右键菜单选择适应窗口使画布全局显示C点击空白部分在右侧属性中可修改图纸样式5常用操作A点击选中器件空格旋转X键或Y键进行翻转B导入图片或文档选择顶部菜单栏中的文件-导入按钮C选择导线后按H键高亮网络再次按下H键取消高亮网络D快捷键可自由配置选择顶部菜单栏中的设置-快捷键E封装的修改从顶部菜单栏中的工具-封装管理器按钮进入6设计管理器A原理图设计规则修改点击顶部菜单栏中的设计-规则按钮B检查原理图设计规则点击顶部菜单栏中的设计-检查DRC7原理图转PCB点击顶部菜单栏中的设计-更新/转换原理图到PCB按钮五、任务实现任务2.1新建工程1.点击“文件”→“新建”→“工程”如图1所示。图1新建工程2.在弹出的“新建工程”对话框中填入工程名“基于STM32的物联网环境监测与远程控制系统”工程路径默认如图2所示。图2修改工程名任务2.2放置器件1.放置stm32f103c8t6。点击“放置”→“器件/复用模块”如图3所示。图3放置器件在弹出的“器件/复用模块”对话框中的搜索栏里输入“stm32f103c8t6”点击“放置”按钮如图4所示。图4放置STM32F103C8T62.放置esp-01s。以相同的方法放置esp-01s。3.放置OLED显示模块。以相同的方法放置OLED显示模块。4.放置温湿度传感器模块。温湿度传感器模块进行了二次封装在库里找不到需要自己动手把缺失的“元件”和“封装”画出来然后把它们俩“绑定”成一个完整的“器件”。1新建元件a.点击“新建”→“元件”如果提示元件库不存在就建一个元件库比如命名为mylib如图5所示。图5新建元件b.在弹出的“新建器件”对话框的“元件”后输入“温湿度传感器模块”点击保存如图6所示。图6元件命名c.选择“向导”在“类型”后选“SIP”“左边引脚数”后填“3”其他默认点击“生成符号”如图7所示。图7生成符号 图8修改引脚名称d.修改引脚名称如果图8所示。2新建封装a.点击“新建”→“封装”如图9所示。图9新建封装b.在弹出的“新建封装”对话框的“封装”后输入“温湿度传感器模块”如图10所示点击“保存”。图10输入封装名c.在“向导”下选“Header-V”引脚行数后填“1”引脚列数后填“3”其他默认点击“生成封装”如图11所示。图11生成封装 图12关联到已有器件3关联成器件。a.在“器件”选项卡中点击“关联到已有器件”按钮如图12所示。b.在弹出的“选择器件”对话框中选“温湿度传感器模块”如图13所示点击“确定”按钮。图13选择器件4放置器件点击“放置”→“器件/复用模块”在弹出的“器件/复用模块”对话框中选“mylib”左侧看到温湿度传感器模块然后点击“放置”如图14所示。图14放置温湿度传感器模块器件5.放置光照传感器模块器件。以相同的方法放置光照传感器模块器件如图15所示。图15放置光照传感器模块6.放置GPIO扩展引脚模块器件。以相同的方法放置GPIO扩展引脚模块器件如图16所示。图16放置GPIO扩展引脚模块器件7.放置串口调试器件。以相同的方法放置GPIO扩展引脚模块如图17所示。图17放置串口调试器件8.放置LED灯器件。以相同的方法放置LED灯器件如图18所示。图18放置LED灯器件9.放置USB_TYPE-C-6P。点击“放置”→“器件/复用模块”在弹出的“器件/复用模块”对话框中的搜索栏里输入“USB_TYPE-C-6P”点击“放置”按钮如图19所示。图19放置USB_TYPE-C-6P任务2.3连接器件1.按图20标注各个器件的引脚。1连接ESP-01S无线模块a.电源VCC接3.3VGND接系统GND严禁接5V。b.串口连接PA2(TX)→ESP-RXPA3(RX)→ESP-TX。2连接DHT11温湿度传感器a.电源VCC接3.3VGND接GND。b.数据DATA接PA0。3连接GY-302光照传感器a.电源VCC接3.3VGND接GND。b.I²C连接SDA→PB7SCL→PB6。4连接0.96寸I2COLED显示模块a.电源VCC接3.3VGND接系统GND。b.I²C总线并联共用OLED_SDA→PB0OLED_SCL→PB1。5连接串口调试器件PA9(TX)→A9PA10(RX)→A10GND接系统GND。6连接LED器件PA6→A6GND接系统GND。7连接GPIO拓展引脚器件图20 标注器件引脚2.电气规则检查DRC。执行DRC检查重点排查OLED供电3.3V、SDA/SCL并联正确、I²C上拉存在、无短路/悬空引脚、地址不冲突。修正错误后再次DRC直至无错误。3.更新/转换原理图到PCB点击“设计”→“更新/转换原理图到PCB”切换到PCB设计界面。