引言
你是否曾想實時握身邊環境的溫濕度變化？無論是居家種植需要精準調控環境，還是實驗室存放敏感材料需監控條件，亦或是智能座艙場景下的環境感知，智能環境監測系統正成為連接物理世界與數字管理的重要橋梁。而在眾多嵌入式開發方案中，如何平衡性能、成本與開發難度，成為開發者尤其是入門愛好者的核心考量。
在這樣的需求背景下，STM32F103C8T6?以其獨特優勢脫穎而出：作為一款搭載 ARM Cortex-M3 內核的 32 位微控制器，它不僅具備 72 MHz 主頻、64 KB Flash 和 20 KB RAM 的充足資源，能輕松應對多傳感器數據處理需求，更以不到 20 元的市場價格，實現了“高性能與低成本”的黃金平衡，被譽為“嵌入式開發性價比之王”。
本項目正是基于這款高性價比硬件，構建一套功能完整的智能環境監測系統。其核心目標包括三大模塊：
? 環境感知層：通過 DHT11 溫濕度傳感器實時采集空氣中的溫度（測量范圍 0-50℃，精度 ±2℃）與濕度（20%-90% RH，精度 ±5% RH）數據；
? 信息展示層：借助 SSD1306 驅動的 OLED 顯示屏，以直觀的字符與圖形界面動態刷新環境參數，實現“數據可視化”；
? 交互控制層：集成敲擊傳感器模塊，通過檢測物理振動信號觸發 LED 狀態切換（如亮滅、閃爍模式切換），打造“環境監測 + 人機互動”的閉環體驗。
通過這套系統的實現，我們將完整覆蓋從硬件電路設計、傳感器驅動開發，到數據處理算法與用戶交互邏輯的全流程開發要點。接下來的章節，我們將逐一拆解硬件連接方案、軟件編程實現及系統調試技巧，帶你從零開始搭建屬于自己的智能環境監測裝置。
項目核心價值
? 實用性：實時監測溫濕度數據，可直接應用于家居、辦公等場景
? 學習性：涵蓋 STM32 外設配置、傳感器通信、OLED 顯示等嵌入式核心技能
? 擴展性：預留藍牙模塊接口，未來可升級為無線數據上傳系統
硬件準備
組件清單
為方便讀者對照采購與系統搭建，以下是基于 STM32F103C8T6 的智能環境監測系統所需的完整組件清單，已按關鍵參數與功能分類整理：
| 組件名稱 | 型號/規格 | 數量 | 功能說明 |
| STM32F103C8T6 開發板 | STM32F103C8T6 | 1 | 系統主控單元，負責運行檢測算法、數據處理及外設控制邏輯 |
| DHT11 溫濕度傳感器 | DHT11 | 1 | 采集環境溫濕度數據，濕度測量范圍 20%-90% RH，溫度測量范圍 0℃-50℃ |
| OLED 顯示屏 | 128x64 分辨率，I2C 接口 | 1 | 實時顯示溫濕度數值、系統狀態等信息，低功耗且顯示清晰 |
| LED 發光二極管 | 通用紅色 LED | 1 | 狀態指示元件，可用于系統運行正常/異常提示（如溫濕度超限報警） |
| 敲擊傳感器模塊 | 數字輸出型 | 1 | 檢測外部敲擊信號，可配置為觸發數據記錄或系統復位等特定操作 |
| STLINK 調試器 | STLINK V2 | 1 | 用于程序下載與在線調試，支持 STM32 系列芯片的固件燒錄與運行狀態監控 |
| 杜邦線 | 公對母/公對公混合 | 若干 | 連接各組件的導線，建議長度 20cm-30cm 以方便布局 |
| 3.3V 電源 | 直流 3.3V/1A 穩壓電源 | 1 | 為整個系統提供穩定工作電壓，兼容 STM32 與傳感器的供電需求 |
| 限流電阻 | 220Ω | 1 | 串聯于 LED 回路中，限制通過電流以保護發光二極管不被燒毀 |
采購提示：表格中標注的關鍵參數（如 OLED 分辨率、接口類型，敲擊模塊輸出類型）直接影響硬件兼容性，建議優先選擇與規格一致的產品，避免因參數差異導致無法正常通信或功能異常。
硬件接線圖
| 組件 | STM32引腳 |
|---|---|
| OLED SDA | PB7 (I2C1 SDA) |
| OLED SCL | PB6 (I2C1 SCL) |
| DHT11數據線 | PA0 |
| LED指示燈 | PA1 |
| 敲擊傳感器 | PA2 |
ST-LINK V2與STM32F103C8T6最小核心系統的連接方式以及實物圖
軟件環境
Arduino IDE配置STM32開發環境
在開始STM32F103C8T6的智能環境監測系統開發前，需先完成Arduino IDE的開發環境配置。通過以下四步操作，即可讓IDE完美支持STM32系列開發板，為后續的溫濕度檢測與OLED顯示功能開發做好準備。
步驟一：添加開發板管理器URL
打開Arduino IDE后，點擊頂部菜單欄的 文件?→ 首選項（快捷鍵 Ctrl+,）。在彈出的"首選項"窗口中，找到"附加開發板管理器網址"輸入框，點擊右側圖標打開編輯界面，粘貼STM32開發板的官方管理器URL（可從STM32duino項目官網獲取最新地址）。
步驟二：安裝STM32F1xx核心包
關閉首選項窗口，依次點擊 工具?→ 開發板?→ 開發板管理器。在搜索框輸入"STM32F1xx"，找到"STM32F1xx Boards"核心包，點擊"安裝"按鈕。等待進度條完成（建議勾選"安裝完成后關閉此窗口"），核心包大小約80MB，需確保網絡穩定。
步驟三：配置開發板與端口
安裝完成后，通過 工具?→ 開發板?選擇"Generic STM32F103C series"（根據實際硬件選擇具體型號）。接著在 工具?→ 端口?中選擇STLINK調試器對應的端口（通常顯示為"STLink Virtual COM Port"），若未識別可嘗試重新插拔STLINK或安裝驅動。
步驟四：設置上傳方式
最后在 工具?→ 上傳方式?中選擇"STLink"，這是通過STLINK調試器燒錄程序的關鍵設置。完成后，IDE底部狀態欄會顯示當前選擇的開發板型號、端口和上傳方式。
配置校驗技巧：完成后可點擊菜單欄 文件?→ 示例，若能在"STM32Examples"中看到"Basic"等示例文件夾，說明環境配置成功。
此時Arduino IDE已具備開發STM32F103C8T6的能力，接下來即可開始編寫DHT11傳感器和OLED顯示屏的控制代碼。
庫安裝指南
在開始搭建基于 STM32F103C8T6 的智能環境監測系統前，我們需要先安裝三個核心庫以支持 OLED 顯示和溫濕度檢測功能。這些庫將幫助我們快速實現硬件驅動與數據可視化，避免重復編寫底層代碼。
通過 Arduino IDE 庫管理器安裝
1. 打開庫管理器
???啟動 Arduino IDE 后，依次點擊頂部菜單欄的 工具 > 管理庫，打開庫管理面板。在搜索框中分別輸入以下庫名稱，找到對應結果后點擊 安裝。
2. 安裝必要庫及版本說明
? Adafruit SSD1306：OLED 屏幕驅動庫，推薦安裝 v2.5.7 版本（高版本可能存在兼容性問題）。
? Adafruit GFX：圖形顯示核心庫，需與 SSD1306 庫配合使用，安裝時選擇最新穩定版即可。
? DHT 庫：溫濕度傳感器驅動庫，支持 DHT11 等型號，直接安裝搜索結果中的 DHT sensor library。
???版本兼容性提示：Adafruit SSD1306 v2.5.7 經過實測可穩定適配 STM32F103C8T6 與 128×64 OLED 屏幕，若安裝高版本出現編譯錯誤，可在庫管理器中點擊「選擇版本」回退至此版本。
手動安裝（庫管理器安裝失敗時）下面的庫文件后面的藍字為超鏈接，可跳轉！！！
若因網絡問題或 IDE 版本差異導致安裝失敗，可通過 GitHub 倉庫手動下載庫文件：
? Adafruit SSD1306[1]
? Adafruit GFX[2]
? DHT 庫[3]
下載后將庫文件解壓，放置到 Arduino 安裝目錄下的 libraries?文件夾中，重啟 IDE 即可生效。
完成以上步驟后，開發環境的庫依賴就配置完畢了。接下來我們可以開始編寫硬件連接代碼，將傳感器與顯示屏接入 STM32 開發板。
代碼解析
完整代碼
以下是基于 STM32F103C8T6 的智能環境監測系統完整實現代碼，整合了 DHT11 溫濕度檢測、OLED 數據顯示及敲擊信號交互功能。代碼保留關鍵注釋以說明硬件連接與核心邏輯，方便二次開發與調試。
功能覆蓋：
? 傳感器初始化：完成 DHT11、OLED 顯示屏及敲擊模塊的硬件配置
? 數據讀取：周期性采集溫濕度數據并進行有效性校驗
? OLED 顯示更新：動態刷新環境參數與系統狀態（如 LED 開關狀態）
? 敲擊信號處理：通過去抖動算法實現穩定的敲擊觸發邏輯，控制 LED 狀態切換
// cpp
#include <Wire.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
#include <DHT.h>// OLED顯示屏設置
#define SCREEN_WIDTH 128
#define SCREEN_HEIGHT 64
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT, &Wire, -1);// 引腳定義
#define DHTPIN PA0 ????// DHT11連接引腳
#define LED_PIN PA1 ???// LED連接引腳
#define KNOCK_PIN PA2 ?// 敲擊模塊連接引腳// DHT傳感器設置
#define DHTTYPE DHT11
DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);// 全局變量
bool ledState = false; ???????// LED狀態，初始為關閉
unsigned long lastKnockTime = 0; ?// 上次敲擊時間
const unsigned long debounceDelay = 300; ?// 去抖動延遲void setup() {// 初始化串口Serial.begin(9600);// 初始化OLED顯示屏if(!display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C)) {Serial.println(F("SSD1306 allocation failed"));for(;;); // 循環直到顯示屏初始化成功}display.clearDisplay();display.setTextColor(SSD1306_WHITE);// 初始化DHT傳感器dht.begin();// 初始化引腳pinMode(LED_PIN, OUTPUT);pinMode(KNOCK_PIN, INPUT);// 初始LED狀態digitalWrite(LED_PIN, ledState);// 顯示初始信息updateDisplay(0, 0);
}void loop() {// 讀取DHT11傳感器數據float humidity = dht.readHumidity();float temperature = dht.readTemperature();// 檢查讀取是否成功if (isnan(humidity) || isnan(temperature)) {Serial.println(F("Failed to read from DHT sensor!"));} else {// 更新顯示屏updateDisplay(temperature, humidity);}// 檢測敲擊信號int knockValue = digitalRead(KNOCK_PIN);unsigned long currentTime = millis();// 檢測到敲擊且超過去抖動時間if (knockValue == HIGH && currentTime - lastKnockTime > debounceDelay) {// 切換LED狀態ledState = !ledState;digitalWrite(LED_PIN, ledState);lastKnockTime = currentTime;Serial.print(F("Knock detected! LED "));Serial.println(ledState ? F("ON") : F("OFF"));}// 延時一段時間再進行下一次檢測delay(1000);
}// 更新OLED顯示內容
void updateDisplay(float temp, float humi) {display.clearDisplay();// 第一行居中顯示"iCEazy"display.setTextSize(2);int16_t x1, y1;uint16_t w, h;String title = "iCEazy";display.getTextBounds(title, 0, 0, &x1, &y1, &w, &h);display.setCursor((SCREEN_WIDTH - w) / 2, 0);display.print(title);// 顯示溫度display.setTextSize(1);display.setCursor(0, 24);display.print(F("Temperature: "));display.print(temp);display.print(F(" C"));// 顯示濕度display.setCursor(0, 36);display.print(F("Humidity: "));display.print(humi);display.print(F(" %"));// 顯示LED狀態display.setCursor(0, 48);display.print(F("LED State: "));display.print(ledState ? F("ON") : F("OFF"));display.display();
}
關鍵函數解釋
????????智能環境監測系統的穩定運行依賴于三大核心函數的協同工作，它們分別負責系統初始化、數據處理與交互響應、以及信息可視化呈現。以下是各函數的詳細解析：
?????????setup()：系統初始化的基石
該函數在設備上電后僅執行一次，為整個系統搭建運行框架。首先通過`Serial.begin(9600)`初始化串口通信，便于調試過程中的數據輸出；隨后啟動OLED顯示屏，通過I2C地址`0x3C`進行設備檢測，若初始化失敗則進入循環等待狀態，確保顯示屏就緒后才繼續執行。接著初始化DHT11溫濕度傳感器，并完成硬件引腳配置：將LED燈設為輸出模式，敲擊檢測模塊設為輸入模式。為保證初始狀態明確，函數會將LED初始狀態設為關閉，并調用`updateDisplay()`函數刷新屏幕，顯示系統啟動信息。
????????loop()：數據采集與交互控制的核心
作為系統的主循環函數，`loop()`以1秒為周期持續運行，實現環境監測與用戶交互功能。首先通過DHT11傳感器的`readHumidity()`和`readTemperature()`方法獲取溫濕度數據，使用`isnan()`函數判斷數據有效性——若無效（如傳感器未連接），則通過串口打印“Invalid data”錯誤信息；若有效，則調用`updateDisplay()`更新屏幕顯示。
????????updateDisplay()：信息可視化的呈現層
該函數負責將系統狀態以清晰的布局展示在OLED屏幕上，具體分為四步：首先調用`clearDisplay()`清除原有內容，然后分區域繪制信息：
標題區：居中顯示“iCEazy”（字號2），通過`getTextBounds`函數計算文本寬度，實現水平居中對齊；
溫度區：在坐標`(0,24)`顯示“Temperature: X°C”，其中X為實時溫度值；
濕度區：在坐標`(0,36)`顯示“Humidity: Y%”，其中Y為實時濕度值；
狀態區：在坐標`(0,48)`顯示“LED State: ON/OFF”，反映當前LED工作狀態。
????????所有內容繪制完成后，調用`display()`函數刷新屏幕，確保信息實時更新。
????????顯示布局設計：分區顯示使信息層次分明，固定坐標便于用戶快速定位關鍵數據；居中標題增強了界面的視覺統一性。
????????通過這三個函數的協作，系統實現了從硬件初始化、數據采集到信息展示的完整流程，兼顧了穩定性、實時性與用戶體驗。
功能實現
溫濕度讀取
在基于 STM32F103C8T6 的智能環境監測系統中，溫濕度數據的準確獲取是核心環節之一。我們通過 DHT 庫提供的 `dht.readHumidity() 和 dht.readTemperature()` 函數與 DHT11 傳感器進行交互，實現溫濕度數據的讀取。
為了保證數據的可靠性和傳感器的長期穩定工作，**讀取周期被嚴格控制在 1 秒，這一設置完全符合 DHT11 傳感器的采樣率要求，避免因頻繁讀取導致的數據失真或傳感器損壞。
????????數據讀取后，系統會通過 `isnan()` 函數對返回值進行有效性判斷——如果函數返回 `NaN`（非數字），則表明本次讀取失敗。此時，系統會立即通過串口輸出提示信息“Failed to read from DHT sensor!”，幫助開發者快速定位問題；而只有當數據驗證通過后，才會將其用于后續的 OLED 顯示，從源頭確保環境監測數據的可信度。
關鍵操作提示
- 讀取函數：使用 `dht.readHumidity()`（濕度）和 `dht.readTemperature()`（溫度）獲取原始數據
- 周期控制：1 秒讀取間隔嚴格匹配 DHT11 硬件特性
- 有效性校驗：通過 `isnan()` 函數檢測數據是否為 `NaN`，規避無效值干擾
- 故障反饋：讀取失敗時串口輸出“Failed to read from DHT sensor!”，便于調試
這種“讀取-校驗-反饋”的閉環設計，既滿足了環境監測對實時性的需求，又通過多重機制保障了數據的準確性，為后續的 OLED 顯示和系統決策提供了可靠的數據源。
敲擊控制LED邏輯
?在基于 STM32F103C8T6 的智能環境監測系統中，敲擊交互控制 LED 是一個充滿趣味的功能實現。當我們敲擊傳感器模塊時，系統如何準確識別信號并穩定控制 LED 狀態呢？這背后離不開三個關鍵設計：去抖動延遲機制、簡潔的狀態切換邏輯，以及直觀的調試反饋。
????????去抖動延遲：告別"誤觸發"的關鍵設計
????????機械傳感器在受到敲擊時，金屬觸點可能因彈性形變產生短暫的"抖動"，表現為電平信號快速波動（比如一次敲擊被誤判為多次）。為解決這個問題，系統引入了 **300 ms 的去抖動延遲（debounceDelay）**。其核心邏輯是：只有當檢測到敲擊信號為高電平，且當前時間與上次有效敲擊時間的差值超過 300 ms 時，才判定為一次有效敲擊。這種設計就像給系統加了一個"冷靜期"，確保短暫的信號波動不會被誤識別，大幅提升了交互穩定性。
????????有效敲擊判斷公式：
????????當前敲擊時間 - 上次敲擊時間 > debounceDelay (300 ms)`
滿足該條件時，系統才確認敲擊有效，避免機械抖動導致的"幽靈觸發"。
????????狀態切換：一行代碼實現"亮滅反轉"
????????確認有效敲擊后，LED 狀態的切換通過極簡邏輯實現：`ledState = !ledState`。這種 **bool 型變量取反操作** 能直接將 LED 狀態從"亮"切換為"滅"，或從"滅"切換為"亮"，無需復雜的條件判斷。隨后，系統根據更新后的 ledState 控制 LED_PIN 引腳輸出高低電平，完成硬件層面的狀態控制。這種設計不僅代碼簡潔，還能確保狀態切換的即時性。
????????串口調試：讓交互過程"可視化"
????????為方便開發調試，系統在每次有效敲擊時，會通過串口打印 **"Knock detected! LED ON/OFF"** 信息。這條反饋不僅能讓開發者直觀確認敲擊信號已被識別，還能通過"ON/OFF"后綴判斷 LED 當前狀態是否符合預期。例如，首次敲擊后打印"LED ON"，再次敲擊打印"LED OFF"，清晰呈現交互邏輯的執行過程，大幅降低調試難度。
????????通過這三重設計，敲擊控制 LED 功能既實現了硬件信號的穩定識別，又通過簡潔代碼完成狀態控制，同時保留了開發調試的便利性，充分體現了嵌入式系統"簡潔高效、人機協同"的交互設計理念。
設備運行效果圖
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以上代碼和項目設計僅供參考，實際實施時請根據具體硬件版本調整引腳配置和庫版本。歡迎在評論區分享您的實現經驗和改進建議！
 算法原理)
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