#第九届立创电赛#桌面温湿度检测仪(扩展时钟/秒表等功能)

5.在硬件不变的情况下增加时钟、秒表、电池电压检测、自动休眠等实用功能；
6.因为是电池供电，尽量节能。

总体设计方案框图

原理图设计说明

设计原理图

原理图与第九届立创电赛官方提供的一样，具体原理这里不缀述，可参考第九届立创电赛#桌面温湿度检测仪#官方讲座:
【手把手教你做温湿度仪：原理图设计-上】https://www.bilibili.com/video/BV1ui421Y7L6?vd_source=c8ee4f10435a9f625620c244f4dfb939

我的硬件全部是按照官方提供的原理图做的，只是软件部分增加了实用功能。如果你也是按官方提供的原理图做的，想测试一下我的程序的效果，可直接下载的我的开源的软件程序。
不同之处是SHT40温湿度 传感器模块的那个插座，官方是间距:1.27mm 1x4P 弯插，因为比赛时商城一时被买光了，所有这边用1.27mm 2x4P 弯插，把两排并联成一排，与1x4P 弯插一模一样管脚排列。

原理图中SHT40温湿度传感器是一个插座，所以如果自动形成BOM表时，要另外加购传感器模块，型号是：SHT40/AD1B。

原理图分以下几个部分：(可参考第九届立创电赛#桌面温湿度检测仪#官方讲座)
主控电路，晶振电路，SHT40温湿度传感器模块，三态输出8位移位寄存器，
共阴极三位数码管，唤醒按键，测试LED，两节5号电池盒+防反接保护，SWD下载调试接口。
唤醒按键：同时具有模式转换功能。

PCB设计说明

PCB的布局、布线与第九届立创电赛官方提供的基本一样，具体可参考第九届立创电赛#桌面温湿度检测仪#官方讲座：【手把手教你做温湿度仪：PCB布局技巧】https://www.bilibili.com/video/BV15y411i73T?vd_source=c8ee4f10435a9f625620c244f4dfb939

因为是第一次参加这种训练赛，并且是第一次使用STM32，所以我这边全部和比赛官方保持一致，如果你，对STM32G030K6T6芯片有一定的了解，有很多地方可以改进，包括原理图、PCB也可以改进，空闭的引脚都可以引出，可以做很多实验和功能验证。这些只能等我的第二版了。

软件说明

软件部分：
我这个桌面温湿度检测仪与官方最大的不同在于软件部分：
其中：
1、LED数码管显示程序函数；
2、温湿度传感器数据采集和换算函数；
请参考第九届立创电赛官方讲座的讲解，这里再不缀述了。
扩展功能部分说明有：
1、为了实现秒表功能，启用了定时器1，并且设定成1ms中断一次；
在STM32CubeMX中设定定时器1使能，并且定时设成1ms;在主main以中断的形式启动定时器1；
2、为了实现时钟功能在低功耗模式下能工作，启用了外部时钟源；
在STM32CubeMX中RTC项目中激活LSE时钟源和日历功能。
3、五种模式之间转换；
Modelcharg()为模式转换函数，按键每按住0.5秒钟以上切换一次模式，顺序如下：温湿度->时钟->秒表->电池电压->休眠->温湿度；在时钟模式，进一步判断按键按下情况，分别进行计时设置、分设置操作；在秒表模式，进一步判断按键按下的次数，分别进行计时开始、暂停或复位的操作；具体参考程序mian.c中的函数；
4、时钟读取和时钟设置功能；
采用如下两个HAL库函数分别读取时间和日期，
void TaskRTC(void)
{
HAL_RTC_GetTime(&hrtc,&sTime,RTC_FORMAT_BIN);
HAL_RTC_GetDate(&hrtc,&sDate,RTC_FORMAT_BIN);
}
时钟设置功能：因为只有一个按键，所以只能通过巧妙设计，快速按压按键 二次，如同我们操作鼠标的双击，来切换到时钟和分钟的设定模式。 具体参照我的程序中的时钟设定函数void clockset(void)；

时钟显示功能：与温湿度显示原理一样，通过LED数码管显示函数把时和分的高低位显示在第一排和第二排上。因为才两个三位显示器，所以这里只对时间的时、分进行显示。如果要年月日显示原理一模一样的。
这里有所不同的是，增加了闪烁功能，通过设计一个PWM 0.5秒通0.5秒断的信号outpwm来切换显示与不显示，从而达到闪烁的效果。

if (!outpwm )
{
ShowNum(1,2, hour /10 %10,0);
ShowNum(1,3, hour %10,0)；
ShowNum(2,2, 18,0);//18是空 字模第18位是空的字模，具有看《增加部分英文字母和特殊字符字模》的说明；
ShowNum(2,3, 18 ,0);//18是空
}
else
{
ShowNum(1,2, 18 ,0);
ShowNum(1,3, 18 ,0);
}
5、秒表计时函数；
秒表计时函数是CountTime()函数，先定义一个计时变量CountMinutes，当计时启动时，在定时器1的中断回调函数中，进行CountMinutes++，计时暂停时，停止CountMinutes累加，计时复位时，CountMinutes清0，从而实现计时功能，精度达ms级别，因为显示器只有3位，所以取0.1s为单位显示。
6、电池电压测量与显示；
电池电压测量在STM32CubeMX的ADC项选定基准电压和VIN9与Vbat，（此处Vbat的作用是什么，还不明白，有测出来过，但总是固定值，不知其义，有高手知道可以知会一声，） 我们只讨论基准电压Vref和VIN9.

以下程序就是把基准电压Vref和VIN9读入数组adc1_val中：

HAL_ADC_Start (&hadc1);
HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1,10);
adc1_val[i]=HAL_ADC_GetValue (&hadc1);
adc1_val[0]读出基本准电压读数，adc1_val[1]读出VIN9电压读数，就可以算出VIN9的电压=120 * VIN9电压读数 / 基准电压读数; 然后按显示温湿度的方法显示出来，
最后显示出来的值，再与万用表测量的值进行比较，修正 一下系数120为122，即：VIN9的电压=122*VIN9电压读数/基准电压读数，小数点显得在第1位，可能我这MCU内核电压是1.22v;在显示电池电压时，我在显示器上行显示了英文字母bAt.,是因为我增加了数码管的字模。
7、数码管的字模；
因为数码管不仅可以显示数字，通过增加字模数组的值，可以显示其他字符。
数码管的字模数组的程序 gpio.c的最前面，增加后的字模数组:
uint16_t sgh_value[19]={0x3F,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F,0x80,0x40,0x77,0x7c,0x79,0x38,0x78,0x73,0};
//0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,.,-,A,b,E,L,t,P,空，
这里举例，如果要显示bAt.,只要取位置13、12、16。
我在进入电池电压显示时显示了bAt，进入低功耗模式的倒计时时，显示了SLEEP.
如图：

7、进入深度休眠模式函数；
EnterSTOPMode()函数，可自动进入休眠模式，通过计算空闲时间是否达到设定的时间（温湿度模式、时钟、电压模下设定为1分钟自动进入休眠模式，EnterSTOPTime =60000、秒表模式设定为1小时自动进入休眠模式，EnterSTOPTime =60000 * 60），条件满足，就进入STOPMode，此时主控芯片时钟会关闲，以便达到最大程度的节能。
手动进入休眠模式：把模式调到手动进入休眠模式，此时LED显示器显示SLEEP.09 倒计时计数10秒后，进入休眠模式，
休眠模式的意义：这个小仪器设计的初衷是显示温湿度，采用了5号电池供电， 可是经过实际测试，LED显示器显示电流在21-22mA左右。

5号电池按某孚碱性电池的容量为1600mAh,可用时间=1600 / 22=72小时，天数=72/24=3天，也就是说2节5号电池，24小时开机，只够用3天，有点少了，所以这个小仪器，如果想24小时开机，就要设计成充电器或充电电池供电。
官方提供下载的程序，经过实际测试是进行SlepMode睡眠模式，睡眠时电流在2.8mA左右。我们再来算一算，待机使用天数，天数=1600 / 2.8/24=23.8天,还是有点少，毕竟就放在那儿没显示，一天偶尔把玩一下，20几天就没电了，
我这个程序，是进行STOPMode休眠模式（停止模式，停止了MCU的时钟），经过测试，待机电流仅0.32ma，经过计算，两节5号电池待机最大时间可到7个月，STOPMode休眠模式此时停止了内部时钟，外部时钟没停止，时钟功能仍然有有效。

还的一个情况，如果低功耗模式是进入STANDBYMode待机模式，经过测试，整机电流为0.62ma，反尔比STOPMode高，有兴趣的同学可以自行测试一下；
以上都在我有程序mian.c中，请参照我上传的程序附件。

这里贴出主代码块int main(void)：请参照我上传的程序附件。
//倒计时进入休眠模式 倒计时初值ms ，dowmtime=9000; 可以在下面程序中修改，
// 自动进入休眠模式的时间设定 EnterSTOPTime =60000;//等待进入休眠时间60000=1min ，可以在下面程序中修改
... ...

int main(void)
{
/* USER CODE BEGIN 1 /
float Temperature=0,Humidity=0;
uint16_t Temp=0,Humi=0;
//计分钟 计0.1 定义变量
uint32_t CountMinutes=0;
uint32_t CountCseconds=0;
uint16_t UP_Disply=0,DOWN_Disply=0;
;
/ USER CODE END 1 */

/* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
HAL_Init();

/* USER CODE BEGIN Init */

/* USER CODE END Init */

/* Configure the system clock */
SystemClock_Config();

/* USER CODE BEGIN SysInit */

/* USER CODE END SysInit */

/* Initialize all configured peripherals /
MX_GPIO_Init();
MX_I2C1_Init();
MX_TIM1_Init();
MX_RTC_Init();
MX_ADC1_Init();
/ USER CODE BEGIN 2 */
//SN74HC595_Send_Data(SN_DIG,0x00);
//SN74HC595_Send_Data(SN_LED2,0xFF);

/* USER CODE END 2 */

/* Infinite loop /
/ USER CODE BEGIN WHILE /
//以中断的形式启动定时器1
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim1 );
Close_Led();
sTime.Hours=12;
sTime.Minutes =12;
HAL_RTC_SetTime(&hrtc,&sTime,RTC_FORMAT_BIN);
HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1);
uint8_t display_h=0;
uint8_t display_m=0;
uint8_t display_sec=0;
while (1)
{
/ USER CODE END WHILE /

/ USER CODE BEGIN 3 /
//Toggle_Led();
//HAL_Delay(500);
//Scanf_key();
for(i=0;i<3;i++)
{
HAL_ADC_Start (&hadc1);
HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1,10);
adc1_val[i]=HAL_ADC_GetValue (&hadc1);
}
Vref=adc1_val[0];
VIN9=adc1_val[1];
Vbat=adc1_val[2];
for(i=0;i<3;i++)
{
adc1_h[i]=adc1_val[i]/256;
adc1_l[i]=adc1_val[i] % 256;
}
GetTemperatureHumidity(&Temperature,&Humidity );
Temp=(uint16_t)(Temperature * 10);
Humi=(uint16_t)(Humidity * 10);
CountCseconds=(countMiliSeconds/100)%600;
CountMinutes=countMiliSeconds/1000/60;
EnterSTOPMode();//进入深度睡眠模式
Modelcharg();//模式转换
TaskRTC();//读时钟
pwm();//闪烁用脉冲
if (Display_sel==2)//计时器模式
{
CountTime();
}
else
{
Countflag=0;
PB5pushNum=0;
CountTimeStart=0;
countMiliSeconds=0;
}
if (Display_sel!=4)//倒计时进入休眠模式
{
dowmtime=9000;//倒计时初值ms
}
//显示模式选择
switch (Display_sel)
{
case 0://温湿度模式
UP_Disply=Temp;
DOWN_Disply=Humi;
ShowNum(1,1,UP_Disply/100,0);
ShowNum(1,2,UP_Disply/10 %10,1);
ShowNum(1,3,UP_Disply %10,0);
ShowNum(2,1, DOWN_Disply /100,0);
ShowNum(2,2, DOWN_Disply /10 %10,1);
ShowNum(2,3, DOWN_Disply %10,0);
EnterSTOPTime =60000;//等待进入休眠时间60000=1min
break;
case 1://时钟模式
display_h=sTime.Hours;
display_m=sTime.Minutes;
display_sec=sTime.Seconds;
clockset();//时间设定函数
//正常显示时间
if (!clocksetflag)//非时间设定模式--->正常显示时间
{
EnterSTOPTime =60000;//等待进入休眠时间60000=1min
ShowNum(1,2,display_h /10 %10,0);
//ShowNum(1,3,display_h %10,0);
ShowNum(2,2, display_m /10 %10,0);
//ShowNum(2,3, display_m %10,0);
//让点闪烁
if (!outpwm )
{
ShowNum(1,3,display_h %10,0);
ShowNum(2,3, display_m %10,1);
}
else
{
ShowNum(1,3,display_h %10,1);
ShowNum(2,3, display_m %10,0);
}
}
else
{
//clockset();//时间设定函数
}
break;
case 2://秒表模式
UP_Disply=CountMinutes;
DOWN_Disply=CountCseconds;
ShowNum(1,1,UP_Disply/100,0);
ShowNum(1,2,UP_Disply/10 %10,0);
ShowNum(1,3,UP_Disply %10,0);
ShowNum(2,1, DOWN_Disply /100,0);
ShowNum(2,2, DOWN_Disply /10 %10,1);
ShowNum(2,3, DOWN_Disply %10,0);
EnterSTOPTime =6000060;//等待进入休眠时间60000=1min 1h
break;
case 3://电池电压
V_BAT=VIN9122/Vref ;
DOWN_Disply=V_BAT2;
ShowNum(1,1,13,0);//b
ShowNum(1,2,12,0);//A
ShowNum(1,3,16,1);//t.
// ShowNum(1,1,UP_Disply/100,0);
// ShowNum(1,2,UP_Disply/10 %10,0);
// ShowNum(1,3,UP_Disply %10,0);
ShowNum(2,1, DOWN_Disply /100,1);
ShowNum(2,2, DOWN_Disply /10 %10,0);
ShowNum(2,3, DOWN_Disply %10,0);
EnterSTOPTime =60000;//等待进入休眠时间6000=1min
break;
case 4://睡眠模式
ShowNum(1,1,5,0);//S
ShowNum(1,2,15,0);//L
ShowNum(1,3,14,0);//E
ShowNum(2,1, 14,0);//E
ShowNum(2,2,17,1);//P
sleepdstart=1;
ShowNum(2,3,dowmtime/1000,0);//显示倒计时
if (dowmtime==0)
{
//进入睡眠模式
Close_Led();
HAL_SuspendTick(); //暂停滴答定时器，防止通过滴答定时器中断唤醒
HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_MAINREGULATOR_ON, PWR_SLEEPENTRY_WFI); /* 执行WFI指令, 进入深度睡眠模式 */
SystemClock_Config(); //恢复时钟
HAL_ResumeTick(); //恢复滴答定时器
Display_sel=0;
}
break;
default :
break;
}
}
}

实物展示说明

1.温湿度显示的样子如下：

上面数码管显示温度,下面数码管显示湿度。

2.时钟显示的样子如下：

上面数码管显示时，下面数码管显示分，快速点两下按键，可进入时间设定模式。


3.秒表显示的样子如下：

上面数码管显示分钟，下面数码管显示秒，精确到0.1秒。


4.电池电压显示的样子如下：

上面数码管显示字母BAT，下面数码管电压值。

5.倒计时进入休眠的样子如下：

数码管SLEEP.秒。

注意事项