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基于STM32F103C8T6的智能家居环境监测系统（多传感器+WiFi+OLED）

前言

随着人们对居住环境健康与安全的关注度日益提升，实时监测室内温湿度、气压、空气质量等参数变得越来越重要。市面上的环境监测设备功能单一或价格偏高，于是萌生了用STM32自己搭建一套多功能环境监测系统的想法。

本项目以STM32F103C8T6为主控，集成了6种环境传感器（温湿度、气压、烟雾、一氧化碳、空气质量、光照），通过OLED分页显示各项数据，4按键菜单导航交互操作，并利用ESP8266-01S将数据通过WiFi实时推送到手机，超标时还有声光报警。整个系统成本低、扩展性强，非常适合嵌入式学习和DIY。

项目亮点速览：

• 7项环境参数同时采集（温/湿/压/光/烟/CO/空气）
• OLED 8页分页显示 + 菜单导航状态机
• WiFi双模自动切换（STA优先，AP兜底）
• 手机TCP实时接收数据
• 超标声光报警

一、系统总体设计

1.1 系统架构

系统采用“主控-传感器-显示-通信”四层架构，STM32F103C8T6作为核心，通过不同接口与各模块连接：

设计要点：BMP280和OLED都用I2C，但本项目采用两组独立的软件I2C（BMP280接PB10/PB11，OLED接PB6/PB7），避免地址冲突，也降低了时序耦合风险。

1.2 功能概览

二、元器件清单

完整的元器件清单如下，供大家参考采购。

2.1 主控核心

2.2 环境传感器

2.3 人机交互 & 通信

2.4 外围电路

避坑提醒：

1. ESP8266-01S严禁接5V，峰值电流可达200mA+
2. MQ系列传感器需要预热几分钟才能稳定输出

三、硬件设计

3.1 引脚分配总览

STM32F103C8T6共48个引脚，本项目使用了17个GPIO：

引脚资源利用率约46%，还有充足空间扩展更多传感器。

3.2 关键硬件连接说明

ESP8266-01S接线（最易出错，重点注意）：

四、软件设计

4.1 软件架构

main.c ├── 系统初始化层 │ ├──OLED_Init()// OLED初始化│ ├──LED_Init()// LED+蜂鸣器GPIO初始化│ ├──AD_Init()// ADC1初始化（4通道轮询）│ ├──DHT11_Init()// DHT11初始化│ ├──ESP8266_Init()// USART2+中断初始化│ ├──BMP280_Init()// BMP280软件I2C初始化│ └──Key_Init()// 按键GPIO初始化│ ├── 主循环逻辑 │ ├── 按键扫描与菜单状态机处理 │ ├── ESP8266客户端连接检测 │ ├── DHT11数据采集 │ ├── ADC四通道轮询采集 │ ├── 报警阈值判断与声光报警 │ ├── BMP280气压温度读取 │ ├── OLED显示刷新 │ └── WiFi数据推送（TCP，每2秒） │ └── 中断服务层 └── USART2_IRQHandler// ESP8266串口数据接收中断

4.2 OLED分页显示

OLED采用8个数据页 + 1个菜单页的设计，每页固定4行布局：

每页布局：第1行=标题栏，第2行=实时数值，第4行=传感器来源

4.3 菜单导航——按键交互

4个按键的映射关系：

菜单状态机逻辑：

菜单模式 (g_in_menu=1) │ │ 按键3(确定) ▼ 数据显示模式 (g_in_menu=0) │ │ 按键4(返回) ▼ 回到菜单模式

菜单共8项，每页显示3项，分3页显示。关键变量：

• g_menu_page：当前菜单页码(0~2)
• g_menu_cursor：页内光标位置(0~2)
• g_sensor_page = g_menu_page * 3 + g_menu_cursor：选中项索引(0~7)

// 菜单项数组staticconstchar*menu_items[]={"Temperature","Humidity","Pressure","Light","Smoke","CO","Air Quality","WiFi Info"};

4.4 WiFi数据传输方案

连接策略（STA/AP自动回退）

上电初始化 │ ▼ 尝试STA模式连接路由器 │ ├── 成功 → 获取STA_IP → 启动TCP Server(端口8080) │ └── 失败 → 自动切换AP模式 │ ▼ 创建热点"STM32-Env"(密码12345678) │ ▼ 固定IP: 192.168.4.1 │ ▼ 启动TCP Server(端口8080)

数据推送协议

推送周期约2秒，数据格式为纯文本：

T:28,H:65,P:1013,L:45 G2:120,G7:30,GA:60

手机连接方式

1. STA模式：手机和STM32连同一个WiFi，用TCP调试助手连接路由器分配的IP:8080
2. AP模式：手机直接连"STM32-Env"热点，访问192.168.4.1:8080
3. 推荐使用「网络调试助手」或「SocketTool」等TCP工具接收数据

五、报警功能

当环境参数超标时，系统自动触发声光报警：

测试方法：用打火机在MQ-7附近释放少量气体，即可触发CO报警。

六、使用说明

6.1 硬件连接

1. STM32核心板插入面包板中央
2. 按引脚分配表连接各传感器（ESP8266接3.3V，MQ系列接5V）
3. 4个按键一端接PB12~PB15，另一端接GND
4. LED接PA0→150Ω→GND，蜂鸣器接PA1→GND
5. USB供电（5V，建议≥1A）

6.2 软件烧录

1. ST-Link连接SWD接口（VCC/GND/SWCLK/SWDIO）
2. 打开Keil工程Project.uvprojx
3. 编译（F7）确保0 Error
4. 下载（F8）烧录到STM32
5. 按复位键，OLED显示启动画面

6.3 首次运行流程

1. 上电自检：OLED显示--- STM32 Env ---
2. WiFi连接：优先STA模式，失败自动开AP热点
3. 传感器初始化：检测BMP280芯片ID(0x58)
4. 进入菜单：按键1/2上下移动，按键3进入详情页
5. 查看数据：数据页按1/2切换，按4返回菜单
6. 手机连接：TCP调试助手连接 IP:8080

七、项目文件结构

代码/ ├── Hardware/ // 硬件驱动层 │ ├── AD.c/h // ADC1多通道采集驱动 │ ├── BMP280.c/h // BMP280气压传感器驱动 │ ├── DHT11.c/h // DHT11温湿度驱动 │ ├── ESP8266.c/h // ESP8266 WiFi AT指令驱动 │ ├── Key.c/h // 4按键扫描驱动 │ ├── LED.c/h // LED+蜂鸣器驱动 │ ├── OLED.c/h // SSD1306 OLED驱动 │ └── OLED_Font.h // 8×16 ASCII字模表 ├── Library/ // STM32标准外设库 ├── Start/ // 启动文件 ├── System/ // 系统公共函数 ├── User/ │ └── main.c // 主程序（状态机+主循环） └── Project.uvprojx // Keil工程文件

八、总结与展望

项目成果

本项目实现了一套基于STM32的智能家居环境监测系统，具备多参数采集、OLED分页显示、菜单导航、WiFi数据传输、超标报警等完整功能。系统采用模块化设计，各传感器驱动独立封装，便于扩展。

不足与改进方向

1. MQ传感器精度：MQ系列为半导体气敏传感器，精度有限，未来可换用电化学传感器（如ME2-CO）
2. 数据存储：目前数据只在手机端实时显示，可增加SD卡或云端存储历史数据
3. MQTT协议：ESP8266目前用TCP透传，后续可升级为MQTT协议对接物联网平台（如阿里云IoT、OneNET）
4. 手机APP：目前用TCP调试助手接收数据，后续可开发专用APP，支持图表展示和报警推送
5. 低功耗：增加电池供电方案和休眠唤醒机制

资源下载

完整项目资源包已上传，包含：

资源链接：https://download.csdn.net/download/2501_91784214/93217936

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开发环境：Keil MDK-ARM v5.38 + STM32标准外设库v3.5.0 + ST-Link V2

适用场景：嵌入式课程设计、物联网DIY项目