STM32F103ZE温湿度传感器电路搭建实战


参考资源链接：[STM32F103ZE全面外围电路原理图详解](https://wenku.csdn.net/doc/64783353d12cbe7ec32dd963?spm=1055.2635.3001.10343)
# 1. STM32F103ZE微控制器概述

STM32F103ZE微控制器是STMicroelectronics生产的高性能ARM Cortex-M3微控制器。它广泛应用于需要复杂控制功能的工业和消费类电子产品中。具有高性能的处理速度，丰富的外设接口，以及灵活的电源管理等特点。

STM32F103ZE的性能优势主要体现在以下几个方面：

- **高性能核心**：基于ARM Cortex-M3内核，具有高达72MHz的处理速度，能够处理复杂的控制任务。
- **丰富的外设接口**：集成了多种通信接口，如I2C，SPI，USART等，满足各种外设连接需要。
- **灵活的电源管理**：支持低功耗模式，可以在不影响功能的前提下降低功耗。

作为一款广泛应用于工业和消费领域的微控制器，STM32F103ZE具有良好的应用前景和开发潜力。接下来，我们将深入探讨如何使用STM32F103ZE进行温湿度数据的采集、处理和显示。

# 2. 温湿度传感器基础知识

## 2.1 温湿度传感器的工作原理

### 2.1.1 温度传感器的分类和测量原理

温度传感器是将温度信号转换为电信号的设备，其按照工作原理可以分为接触式和非接触式两大类。接触式温度传感器，如热电偶、热电阻等，通过与被测物体直接接触测量其温度；而非接触式传感器，比如红外温度传感器，则通过测量物体发射的红外辐射来间接测量温度。

#### 热电偶
热电偶是最常见的接触式温度传感器之一，它基于塞贝克效应，即两种不同金属导体连接成闭合回路，当两接点温度不同时，回路中会产生热电动势，这个电动势与测量端和参考端的温差成正比。

flowchart LR
A[热电偶测量原理]
A -->|不同金属导体| B[塞贝克效应]
B -->|电动势产生| C[与温差成正比]
C --> D[输出电信号]

#### 热电阻
热电阻基于金属导体或半导体的电阻随温度变化的特性来测量温度。常见的热电阻材料包括铂、铜、镍等。其工作原理是，当温度变化时，导体的电阻值发生变化，通过测量电阻值即可推算出温度值。

### 2.1.2 湿度传感器的分类和测量原理

湿度传感器用于测量空气或环境中的相对湿度，按照测量原理通常分为电容式、电阻式和热敏式等。

#### 电容式湿度传感器
电容式湿度传感器利用湿度变化导致介电常数变化的原理。当湿度增加时，介电常数变大，传感器电容值随之增大。通过测量电容值变化，就可以得到湿度的变化。

flowchart LR
A[电容式湿度传感器测量原理]
A -->|湿度变化影响介电常数| B[电容值变化]
B -->|测量电容值| C[推算湿度值]

#### 电阻式湿度传感器
电阻式湿度传感器依赖于湿度变化引起导电材料电阻值的变化。常见的是高分子薄膜湿敏电阻器，其表面涂覆吸湿性材料，在湿度变化时材料电阻值发生改变。

## 2.2 常用温湿度传感器型号对比

### 2.2.1 DHT11和DHT22传感器的特性

DHT11和DHT22都是广泛应用于温湿度监测的数字传感器。DHT11温度测量范围为0-50℃，湿度测量范围为20%-90%RH，输出为串行数字信号，精度相对较低，但价格便宜。DHT22的测量范围更广，温度范围为-40℃至125℃，湿度范围为0-100%RH，测量精度更高，但成本略高。

### 2.2.2 SHT21和SHT31传感器的特性

SHT21和SHT31传感器是基于CMOSens®技术的数字温湿度传感器，具有高精度和低功耗的特点。SHT21具有±2%RH湿度精度和±0.3℃温度精度，而SHT31在精度和响应时间上更进一步，适用于要求较高的场合。

| 特性 | DHT11 | DHT22 | SHT21 | SHT31 |
| ---- | ----- | ----- | ----- | ----- |
| 温度测量范围 | 0-50℃ | -40-125℃ | -40-125℃ | -40-125℃ |
| 湿度测量范围 | 20%-90%RH | 0-100%RH | 0-100%RH | 0-100%RH |
| 精度 | ±2℃, ±5%RH | ±0.5℃, ±2%RH | ±0.3℃, ±2%RH | ±0.2℃, ±1%RH |
| 接口 | 串行 | 串行 | I2C | I2C |

在选择传感器时，需要考虑应用场合对精度、响应速度、测量范围以及成本的要求。

以上内容展示了温湿度传感器的基础知识，接下来我们将深入探讨如何在STM32F103ZE微控制器上搭建开发环境，并进一步探讨如何读取和处理温湿度传感器的数据。

# 3. 搭建STM32F103ZE开发环境

开发环境的搭建是进行STM32F103ZE微控制器开发的第一步，它将为后续的编程、调试和项目测试提供必要的支持。在本章中，我们将详细介绍如何安装和配置开发环境，以及编写基本的编程示例程序。

## 3.1 安装和配置必要的软件工具

### 3.1.1 Keil MDK-ARM开发环境的设置

Keil MDK-ARM是针对ARM处理器的一套集成开发环境（IDE），广泛应用于嵌入式系统的开发中。以下是安装和配置Keil MDK-ARM的基本步骤：

1. **下载Keil MDK-ARM软件包**：访问Keil官方网站下载对应版本的软件包，确保选择支持STM32F103ZE的版本。
2. **安装Keil MDK-ARM**：运行下载的安装程序，遵循安装向导完成安装。
3. **安装硬件驱动和固件库**：在安装过程中，确保安装了ST-Link驱动程序以及STM32F103ZE的固件库，这对于后续的硬件仿真和程序下载至关重要。

安装完成后，打开Keil MDK-ARM，需要进行以下配置：

- **创建新的项目**：选择“Project”菜单中的“New uVision Project...”，根据向导创建一个新的项目。
- **添加目标设备**：选择STM32F103ZE作为目标微控制器。
- **配置项目选项**：进入“Options for Target”，配置晶振频率、调试器设置等。

### 3.1.2 STM32F103ZE固件库的导入

为了简化开发过程，通常会使用STM32的标准外设库来编写代码。以下是导入STM32F103ZE固件库的步骤：

1. **下载固件库**：从ST官方网站或通过STM32CubeMX工具生成相应的固件库。
2. **导入固件库到项目**：在Keil中，通过“Project”菜单选择“Manage Project Items...”，然后通过“Add Existing Group to Project”将下载的固件库文件夹添加到项目中。

导入固件库后，需要确保项目包含了必要的头文件路径和库文件路径。在“Options for Target”中进行设置，确保所有必要的目录被添加到“Include Paths”和“Library Paths”。

## 3.2 STM32F103ZE的基本编程

### 3.2.1 LED闪烁示例程序的编写和调试

编写一个LED闪烁程序是学习微控制器编程的“Hello World”项目。以下是实现LED闪烁的基本步骤：

1. **初始化GPIO**：编写代码来配置GPIO端口为输出模式。
2. **主循环中的LED控制**：在一个无限循环中切换LED的状态，实现闪烁效果。

示例代码如下：

#include "stm32f10x.h"

void Delay(uint32_t count)
{
    for (; count != 0; count--);
}

int main(void)
{
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC, ENABLE); // 使能GPIOC时钟

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_13; // 选择要控制的GPIO引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; // 推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; // IO口速度为50MHz
    GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure); // 根据设定参数初始化GPIOC

    while (1)
    {
        GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13); // 设置PC13的电平为高
        Delay(500000); // 延时
        GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_13); // 设置PC13的电平为低
        Delay(500000); // 延时
    }
}

### 3.2.2 ADC采集示例程序的编写和调试

STM32F103ZE集成了多个ADC模块，这使得它能够从模拟输入读取数据。以下是编写ADC采集示例程序的步骤：

1. **初始化ADC**：配置ADC时钟、分辨率等参数，并启动ADC模块。
2. **配置输入通道**：选择要读取的ADC