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简介：面向STM32初学者的雨滴监测实战源码，围绕雨水检测与报警防护场景，覆盖传感器采集、显示反馈与串口通信等关键环节，适用于智能家居、户外设备监测、嵌入式课程设计与毕业设计参考。代码基于STM32F10x系列，包含雨滴传感器状态读取的底层驱动逻辑、基于I2C控制OLED屏幕实时刷新、触雨时蜂鸣器报警，以及将雨滴数据发送至串口调试助手的完整处理流程。资源包共280个文件，以C源程序、头文件、Keil工程配置为主，另有编译生成的中间文件和调试信息文件，压缩包整体约8.92MB，目前已有70人学习下载。压缩包提供可直接打开的Keil工程结构，源码模块划分较清晰，便于二次移植与功能扩展，适合作为学习外设驱动和状态机设计的参考。资料为网络分享，仅供学习交流，请勿用于商业用途。

1. 把“STM32单片机雨滴监测系统源代码”当成搜索词时，你要找的其实是稳定的状态判断

把“STM32单片机雨滴监测系统源代码”当成一个搜索词来理解，大多数人要的不是能把每一滴水都数出来的计数器，而是一套从采集到执行的闭环：F103 在跑、传感器在读数、继电器在按预期动作、串口在上报结果。雨滴监测和温湿度监测在工程上完全不同：水珠砸在 PCB 交叉走线上的瞬间电阻变化迅速，但场景决策是慢的，你不需要每毫秒都看一眼传感器，真正要回答的是“现在有没有雨、雨大致有多强、要不要关窗/排水/报警”。代码结构因此应该围绕 ADC 采裸值、滑动滤波、阈值判断三段展开，而不是在网上找一份语焉不详的库然后反复猜接线。做“基于stm32的毕业设计”“stm32鱼缸”这类项目，最容易卡住人的不是硬件，而是采样节奏怎么定、阈值怎么不抖。本文把这套判断逻辑和对应源码拆开讲，读完你可以直接整理出一个能丢进 Keil 编译的最小工程。

2. 雨滴模块的 AO/DO 引脚与 STM32 外设选型：读模拟量还是读电平状态

2.1 常见雨滴模块内部电路和引脚定义

市面上的雨滴传感器模块（常见丝印对应 FC-37、FR04 等）基本是同一种结构：一块梳齿状的 PCB 做水敏感面，板上带一片 LM393 比较器，外加一个电位器用来整定阈值。模块引出的四根线一般固定为 VCC、GND、DO（数字输出）、AO（模拟输出）。你拿到模块的第一件事不是写代码，而是先测一下上电后 DO 和 AO 的空载电压，因为不同批次模块在干态下的输出电压能差出三四百毫伏，直接决定阈值要不要按你的板子单独校准。

把 VCC 接成 3.3V 是很多人会忽略的一个细节。雨滴传感器在 5V 供电下 AO 输出范围更大，但要记得 STM32 的 ADC 参考电压就是 3.3V，5V 供电会导致引脚电压超过 VDDA，轻则读数满量程，重则损伤 ADC。我一般直接把模块 VCC 接到开发板的 3V3，MCU 和传感器共地，出来的 AO 值就在 0～3.3V 之间，进 ADC 也不需要分压。

DO 的电平极性最好在写入代码前确认一遍。多数模块的默认状态是上拉高电平，水膜足够厚时传感器面到地电阻变小，比较器翻转输出低电平。这个极性对程序逻辑本身没有影响，你只要在初始化时记录一次“干态电平”作为参考。但如果你把 DO 接到 EXTI 外部中断上，建议用下降沿而不是上升沿触发，因为从“干到湿”的变化才是系统需要立刻响应的事件。

2.2 为什么雨滴监测优先读 AO，而不是只依赖 DO 数字量

DO 是电位器分压和传感器动态电阻相互作用的结果，你拧电位器让阈值变敏感，同时也会丢失对降雨强度的感知。雨滴监测里最常见的误用是只接一根 DO 线就把系统当成完成了，结果一团薄雾压过阈值，系统在晴天误关了一次窗户。读 AO 的真正好处是拿到一条连续的判断带，而不是一个孤立的 0/1。

按 F103 的 12 位 ADC 来划分，一套常见参考区间是：

• ADC 值 3800 以上：完全干燥；
• 2600～3800：空气潮湿或轻微水雾；
• 1800～2600：小雨，传感器面可见离散水珠；
• 1800 以下：水膜连续，中到大雨程度。

这套分级在代码里实现就是多阈值区间，写法和单阈值差不多，但后续做雨量趋势、联动策略都会方便很多。比如电动雨棚的逻辑可以设计成“低于 1800 才关窗”，而鱼缸补水的防溢逻辑则可以用“低于 2600 就停止补水”，都是同一份原始数据的不同切片。

普通 STC 单片机或 51 单片机也能做这个采集，但 F103 的优势在于 12 位 ADC、多通道以及 DMA 配合，你可以让同一个 ADC 顺带读光敏电阻或土壤湿度，51 常规型号在这些流程上要写大量软件模拟。毕业设计或竞赛选型时，蓝桥杯这类平台上 F103 也是出现率最高的芯片，生态资料比 STC 完整，换芯片的成本反而更低。

2.3 外设分配和 CubeMX 初始化思路

一套最小可用的雨滴监测系统，四组外设就够了：一路 ADC 读 AO，一路 GPIO 读 DO 做二次确认，一路 GPIO 控制 LED 或继电器，一路串口做调试输出。推荐引脚分配如下：

PA1 和 PC14 分别属于 GPIOA 和 GPIOC，初始化时分开配置并不麻烦。CubeMX 里 ADC1 选择通道 1，采样时间选最长一档（239.5 周期）即可明显降低高阻抗输出带来的读数抖动；PC13 在大多数 F103 最小系统板上默认接了 LED，可以先拿它当执行机构，避免一开始就去外接继电器。这个阶段不要上 DMA，雨滴系统的采样频率很低，每 100ms 手动触发一次 ADC 足够，代码直白，也方便后续加滤波逻辑。

3. STM32 雨滴监测源代码的核心三段式：初始化、滤波、迟滞判断

3.1 初始化代码：GPIO 和 ADC1 的最小工程

下面这段代码基于 STM32CubeMX 生成工程改造而来，省略了系统时钟和 SystemInit 部分，保留外设初始化的核心。编译环境是 Keil5，芯片选 STM32F103C8T6，标准 HAL 库。

#include "main.h" ADC_HandleTypeDef hadc1; UART_HandleTypeDef huart1; static void MX_GPIO_Init(void) { GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0}; __HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE(); __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); /* PC13 作为执行输出，初始为高电平，表示“无雨” */ HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET); GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_13; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP; GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW; HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct); /* PC14 读 DO 信号，内部上拉 */ GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_14; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT; GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP; HAL_GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStruct); /* PA1 作为模拟输入，引脚不进数字输入缓冲 */ GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG; GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL; HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct); } static void MX_ADC1_Init(void) { ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0}; hadc1.Instance = ADC1; hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE; hadc1.Init.ContinuousConvMode = DISABLE; hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE; hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START; hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT; hadc1.Init.NbrOfConversion = 1; HAL_ADC_Init(&hadc1); sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_1; sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1; sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_239CYCLES_5; HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig); }

这段初始化逻辑分三层理解：先使能 GPIO 时钟，再配置数字输出和模拟输入，最后配置 ADC1 的通道和采样时间。PA1 设为GPIO_MODE_ANALOG之后，数字输入缓冲被关闭，ADC 直接采样引脚电压；ScanConvMode关闭是因为只转换一个通道，ContinuousConvMode关闭代表每次转换由软件触发，正适合低速轮询。

NbrOfConversion设置为 1，意味着每次注入或规则转换只扫一组通道。SamplingTime选239CYCLES_5，在 F103 上这是可选的最长采样时间，对雨滴模块这种内阻偏大的源效果最稳。如果去掉这一长采样时间，你经常能看到同一个传感器面在读数上跳 200 个 LSB，那不是 MCU 坏了，是采样电容还没充到引脚实际电压。

读取函数单独封装一层，后面接滤波或者换传感器都不需要反复动初始化代码：

uint16_t read_rain_adc(void) { HAL_ADC_Start(&hadc1); HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 10); uint16_t val = HAL_ADC_GetValue(&hadc1); HAL_ADC_Stop(&hadc1); return val; }

HAL_ADC_PollForConversion的第二个参数是等待超时单位毫秒，F103 单次 ADC 转换只要十几微秒，基本不会走到超时分支。返回的val是 12 位右对齐，范围 0～4095。

3.2 滑动滤波：为什么雨滴数据用窗口均值而不是中值

雨滴模块在干燥状态下读数通常在 3800 附近稳定，但一旦表面有半干水珠，读数会在几百个 LSB 的范围内跳动。原因是水珠在梳齿间滚动，接触电阻本身就一直在变，这个阶段做单点判断就是在找罪受。

常见做法是维护一个长度为 16 的循环队列，每次采样进去一个数、出来一个数，只做一次加法和一次减法：

#define FILTER_LEN 16 static uint16_t filter_buf[FILTER_LEN]; static uint8_t filter_idx; uint16_t rain_filtered(uint16_t raw) { static uint32_t sum = 0; sum -= filter_buf[filter_idx]; /* 去掉最旧的一个采样 */ sum += raw; filter_buf[filter_idx] = raw; /* 存入当前采样 */ filter_idx = (filter_idx + 1) % FILTER_LEN; return (uint16_t)(sum / FILTER_LEN); }

这个实现叫滑动平均，它的特点是永远保留最近 16 次采样的平均值，一个异常尖峰最多贡献 1/16 的权重，不会让系统产生一次“假下雨”的跳变。为什么不用中值滤波？中值滤波对脉冲噪声的抑制更强，但它每收到一个新点都要做排序，16 个点的插入排序放在 Cortex-M3 上不划算；而且雨滴信号里的“连续偏低”才是雨膜存在，均值更贴合这个物理过程。

窗口长度和采样周期需要一起调。以 100ms 采样一次、窗口 16 来算，等效时间常数是 1.6 秒，这个值能滤掉单滴水珠的抖动，也不会把阵雨的开头抹没了。想更灵敏就改FILTER_LEN为 8，想更平滑就改 32，不需要动其他代码。但窗口改到 32 之后，从第一滴雨到状态翻转的响应会明显变慢，雨稍小时可能刚翻到“有雨”，雨已经停了，用于关窗可以，用于报警会偏迟钝。

前文提过 F103 也可以配合 DMA 和定时器做自动连续采样，工业上那种需要精确到毫秒的雨强模拟才会用。这里的低速系统完全没必要，手动HAL_ADC_Start加HAL_Delay的方式可读性更好。

3.3 迟滞判断：防止干湿临界点的状态反复

滤波后的值如果只给一个固定阈值，比如“小于 2500 就算下雨”，逻辑看起来没问题，现场却会出状况：傍晚湿度上升时读数可能在 2490 和 2510 之间来回摆动，每次越过 2500 就触发一次继电器动作，蜂鸣器复读机一样响。

迟滞（hysteresis）是这类系统必须的结构，不是优化项。它的核心是设置两个阈值：进入有雨状态的阈值，和退出有雨状态的阈值。两段之间留一个滞回带，状态一旦进入潮湿侧，就要越过更干的一个阈值才会回来。

#define RAIN_DRY_TH 2800 /* 从“有雨”回到“无雨”的读数上限 */ #define RAIN_WET_TH 2200 /* 从“无雨”进入“有雨”的读数下限 */ static uint8_t rain_state; uint8_t rain_judge(uint16_t adc_val) { if (rain_state == 0 && adc_val < RAIN_WET_TH) { rain_state = 1; /* 无雨 -> 有雨 */ } else if (rain_state == 1 && adc_val > RAIN_DRY_TH) { rain_state = 0; /* 有雨 -> 无雨 */ } return rain_state; }

两个阈值之间的 2200～2800 区间就是滞回带。状态转移表如下：

这段代码的关键在于“只有一边越过阈值时状态才变化”，和普通的比较器不同。滞回带宽的设置直接决定系统灵敏度，带宽太窄，比如只留 100 个 LSB，仍然有概率在雷阵雨和阴天过渡时抖一次；带宽太宽，雨停十分钟系统还认为在下雨。我的经验是把宽度控制在满量程的 10%～15%，即两个阈值的差在 400～600 LSB 之间比较合适。

4. 从雨滴状态到闭环执行：继电器、串口输出和与 ESP8266 的对接

4.1 根据 rain_state 驱动继电器和蜂鸣器

状态机输出的是一个干净的数字量 0/1，执行层就变得很直接。F103 的 GPIO 驱动能力有限，不能直接接继电器线圈，需要经过三极管或光耦驱动；先把 PC13 上默认的板载 LED 作为执行机构调通逻辑，再接真实继电器更稳妥。

void rain_actuate(uint8_t state) { /* 有雨时 PC13 输出低电平，LED 点亮 */ HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, state ? GPIO_PIN_RESET : GPIO_PIN_SET); }

这段代码把“判断”和“执行”分开，以后再换成 MOS 管驱动的雨棚电机，只改这个函数内部的引脚号即可。大多数继电器模块是低电平触发，和这里GPIO_PIN_RESET的写法正好对应；高电平触发的模块要把逻辑反过来，别直接照抄。

主循环里串起来的完整流程：

while (1) { uint16_t raw = read_rain_adc(); /* 裸采样 */ uint16_t avg = rain_filtered(raw); /* 滑动平均 */ uint8_t st = rain_judge(avg); /* 迟滞判断 */ rain_actuate(st); /* 执行动作 */ HAL_Delay(100); /* 100ms 采样节奏 */ }

HAL_Delay(100)定了整个系统的采样节奏。做“stm32鱼缸”这种需要长期运行的场景，可以把延时放宽到 500ms，再配合 MCU 进入低功耗模式，平均电流能明显下降。判断放在主循环里是教科书式的写法，适合入门；真正小体积应用会把读取和判断挪进定时器中断，避免掉进延时阻塞 UART 的坑，但工程结构是同一套。

注意：PC13 在多数 F103 最小系统板上直接连着 LED，主循环工作正常时它每秒闪 10 次其实看不出问题，只有逻辑反转时才会暴露。接入真实继电器之前，先用万用表量一次继电器输入端的电平变化，确认无误再上强电。

4.2 用 printf 重定向串口调试输出

只看一个 LED 永远不够，你还要知道滤波前后的数据长什么样。给 Keil 工程的fputc做重定向是最省事的串口观察方案，方法是在任意 C 文件里重写标准库的字符输出函数：

int fputc(int ch, FILE *f) { HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)&ch, 1, 100); return ch; }

注意 Keil 工程需要勾选 MicroLIB，否则printf打出来的是半主机模式的输出，串口上什么都看不到。函数签名里FILE *f在这个场景下不会被用到，保留即可。主循环里加一行，整条调试链就通了：

printf("RAW=%u AVG=%u STATE=%u\r\n", raw, avg, st);

串口助手按 115200/8N1 打开，能看到类似RAW=3820 AVG=3812 STATE=0的输出。看这三个值就是一套判断系统是否正常的方法：RAW 跳动大说明传感器面有动态变化；AVG 平滑说明滤波窗口生效；STATE 稳定说明迟滞带在干活。如果 RAW 稳定但 AVG 一直偏高，多半是传感器表面已经干了或者模块供电掉了，这类问题不用示波器就能定位。

4.3 与 ESP8266、k210 或 Modbus 设备通信的帧设计

雨滴监测系统往往要把状态交出去，最常见的接收方是 ESP8266 做 WiFi 网关。ESP8266 AT 固件模式下，STM32 直接通过 UART 发送数据即可，发送内容用一段 JSON 最省事：

char buf[64]; snprintf(buf, sizeof(buf), "{\"rain\":%u,\"level\":%u}\r\n", st, avg); HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)buf, strlen(buf), 200);

如果 ESP8266 已经工作在透传模式，这段 JSON 可以直达服务器或上位机。要注意 STM32 和 ESP8266 之间必须共地，否则 UART 会在湿度高的环境里出现乱码，雨滴监测放在户外尤其容易踩这个。

如果对接的是 k210 这类 AI 协处理器，或者走 Modbus RTU 与变频器通信，JSON 这种变长格式在裸机接收端解析成本偏高。我一般固定成“帧头 + 长度 + 数据 + 校验”的二进制结构，比如0xAA 0x55 len data checksum。接收方拿到一个字节就进中断缓存，判一帧结束则用“空闲间隔”方法：开一个定时器，在接收中断里清零，超过 3.5 个字符时间没有新字节就认为一帧结束。这个规则也是“modbus单片机帧接收数据程序”这类实践中反复被问到的核心点——帧结束判定不是靠回车换行，而是靠超时窗口。

5. 雨滴监测系统的校准、调试和移植关键点位

5.1 Keil5 调试雨滴监测工程时“当前不会命中断点”的常见原因

带 ST-Link 烧录成功，却在 Keil5 下断点时提示“当前不会命中断点”，优先看三处设置。第一是优化等级，Options → C/C++ → Optimization 若被改成 -O1 以上，局部变量和判断语句会被合并或删除，断点自然失效，改回 -O0 重新编译。第二是调试器配置，Debug 里选择 ST-Link Debugger，勾选 Flash Download 中的 “Reset and Run”，重新上电再进入调试，断点一般能命中。第三是驱动，使用 USB-TTL 走系统 BootLoader 烧录的场合，先确认 USB 识别正常，异常时换数据线再换驱动，别反复去怀疑程序。工具链上，装上 KEIL 后再用 Pack Installer 安装 STM32F1 系列 Device Pack，和 C51 的 Pack 共存于同一工程环境，互不覆盖。

5.2 干湿两点校准：把 ADC 读数映射成百分比

固定阈值不是银弹，换一批传感器板，基线差异可能有三四百 LSB。常见做法是上电后进入 5 秒校准流程：先擦干传感器面采样记作dry_val，再滴一点水采样记作wet_val，两个变量存入全局：

uint8_t rain_percent(uint16_t avg) { if (avg >= dry_val) return 0; if (avg <= wet_val) return 100; return (uint8_t)((dry_val - avg) * 100 / (dry_val - wet_val)); }

上位机只显示 0～100 的百分比，不需要理解 ADC 原始值。校准结果通过串口打印出来，如果发现dry_val与wet_val相差不到 200 个 LSB，主要怀疑传感器表面老化或污损，不是代码问题。

5.3 从 F103 换型时 CubeMX 配置和晶振匹配

许多项目做汇编转产时，直接替代料如 APM32F103 与 STM32F103 管脚兼容，程序大体可以平移，但外设库要用厂商各自的版本。真正该注意的是在“stm32 cube 程序更改单片机型号”时重新选择器件型号并生成代码，随后确认 HAL 库版本差异。换开发板时还要核对外部晶振负载电容，匹配经验公式是：

CL ≈ (C1 × C2) / (C1 + C2) + Cstray

8MHz 晶振通常配 12pF～22pF 的 C1/C2，计算出的 CL 要贴近晶振手册标注的负载电容，偏差过大会导致起振慢甚至失败。雨滴监测系统对时钟精度要求不高，但 HSE 起振失败会让程序卡死在时钟初始化循环里，此时串口一片静默，最容易被人误判成逻辑或接线问题。

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