STM32 从 0 到 1 做智能家居（一）：先想清楚要做什么

这是一套完整的实战系列：用 STM32F411RET6 + HAL 库 + ESP-12F，从空工程一路做到"网页能看数据、能控硬件"的智能家居。本文是第一篇，只讲一件事——动手前把项目想清楚。

适合人群：学过一点 C 语言、装过 Keil，但还没独立做过一个完整 STM32 工程的同学。

一、为什么第一篇不写代码

我一开始做这个项目的时候，犯了一个很典型的错误：上来就找例程，把 DHT11、PWM、串口的代码一段段抄进 main.c，然后烧录、看串口、没反应，再换一段代码继续抄。

结果一周过去，板子上的风扇偶尔转一下，串口偶尔打印一行乱码，我甚至说不清是接线错了、时钟配错了，还是程序根本没跑到那一行。

后来我把代码全删了，先在一张纸上画清楚三件事：

1. 这块板子最终要能干什么；
2. 每个模块接在哪个引脚上；
3. 数据从哪来、到哪去。

画完之后再写代码，之前那些"玄学问题"大部分都变成了能一句话解释的普通问题。

所以这个系列的第一篇不写一行代码。项目总览不是凑字数，它决定了后面几百行代码往哪儿放。

二、这个项目最终能做什么

一句话概括：

一块 STM32 板子，能测温度湿度和空气质量，能按键手动开关风扇、加热、窗帘，能按温度自动控制，还能用手机蓝牙或网页远程控制。

把它拆成 5 个可以独立完成、独立验证的小功能，做完一个再做一个：

编号	功能	怎么触发	应该看到什么现象
功能 1	按键打印环境数据	按任意键(key1)	电脑串口助手打印温度、湿度、空气质量
功能 2	自动控制	进入自动模式(key3)	温度高就开风扇并拉开窗帘；温度低就加热并关窗帘；空气差就通风
功能 3	手动控制	进入手动模式(系统默认)(key2)	KEY1 控制风扇、KEY3 控制窗帘、KEY4 控制加热，各自开关
功能 4	蓝牙远程	进入远程模式（默认蓝牙）(首先按下key2退出手动模式再按下key4)	手机发 FAN_ON 等字符串，设备执行并原样回显
功能 5	网页远程（MQTT）	远程模式下再按一次 key4	浏览器上能看到温湿度和空气质量，点按钮能控制设备

这 5 个功能不是并列关系，而是层层叠加：功能 1 验证了传感器和串口，功能 2、3 验证了执行器和状态机，功能 4 验证了串口收发，功能 5 才轮到网络。

顺序一旦颠倒，排查就会变成玄学。 比如 MQTT 连不上时，你根本无法判断是 WiFi 问题、ESP 问题，还是前面的传感器把主循环卡死了。

三、系统框图：一块板子连了哪些东西

先看整机的连接关系（后面每一章都会回到这张图）：

                 ┌──────────────┐
   DHT11 ──PB1──▶│              │──PA6(TIM3_CH1)──▶ 风扇
                 │              │──PA7(TIM3_CH2)──▶ 加热片
 ENS160 ─I2C3─▶  │ STM32F411RET6│──PA0(TIM5_CH1)──▶ SG90 舵机（窗帘）
   (PA8/PC9)     │              │
                 │              │──PA9/PA10──▶ USB转TTL ──▶ 电脑串口助手（调试日志）
   KEY1~KEY4 ───▶│              │
  (PC2/PC3/PA1/  │              │──PA2/PA3──┬─ 拨码开关 ── HC-06 蓝牙（9600）
   PB10)         └──────────────┘           └─ ESP-12F WiFi（115200）──▶ broker.emqx.io
                                                                          │
                                                              H5 网页 ◀── wss

可以看到，STM32 是绝对的中心：

• 输入：DHT11（温湿度）、ENS160（空气质量）、4 个按键；
• 输出：风扇、加热片、舵机（模拟窗帘）、调试串口；
• 通信：USART1 专用于调试打印，USART2 分时复用给蓝牙或 ESP-12F。

这里有一个容易被忽略的点：PA2/PA3 （USART2）只有一组，却要接两个模块。 所以必须用拨码开关做硬件二选一，软件再配合切换波特率。这是整个项目最难的部分，后面会用一整章来讲。

四、三条数据链路

项目中所有数据流动，其实只有三条链路。把这三条记住，看代码就不会迷路。

链路	物理路径	用途	关键点
调试链路	printf → USART1(PA9) → USB 转 TTL → 电脑	看日志、定位问题	全程 115200，从头到尾都不改
蓝牙链路	手机/小程序 → HC-06（蓝牙模块） → USART2(PA2/PA3) → STM32	近距离发命令	HC-06 默认 9600
网络链路	H5 网页 ⇄ wss://broker.emqx.io:8084/mqtt ⇄ broker.emqx.io:1883 ⇄ ESP-12F ⇄ USART2 → STM32	远程看数据、控设备	ESP-AT 默认 115200

其中第 2、3 条共用 USART2，靠"硬件拨码开关 + 软件切波特率"分时复用。

还有一个很实用的结论，建议现在就记住：

串口日志是唯一可信的"真相"，网页只是"展示"。

网页显示"已连接"，只代表浏览器连上了 broker，不代表命令到了单片机。排查问题永远先看串口。

五、硬件清单与采购避坑

器件	数量	说明
STM32F411RET6 核心板	1	板载 HSE 25MHz 晶振、ST-Link 接口
扩展板（智能家居底板）	1	风扇、加热、舵机、按键、DHT11 已焊在上面
ENS160 空气质量模块	1	I2C 接口，3.3V 供电
HC-06（或 HC-05）蓝牙模块	1	默认 9600 8N1
ESP-12F / ESP8266 模块	1	烧 ESP-AT 固件，默认 115200
USB 转 TTL（CH340/CP2102）	1	接 USART1 看日志
ST-Link V2	1	烧录与调试
5V 电源	1	舵机建议单独 5V 供电
杜邦线、拨码开关	若干	拨码开关用于 USART2 二选一

采购和接线时有三个坑，几乎每个新手都会踩：

1. ESP-12F 不能用 USB 转 TTL 的 3.3V 供电。 它的瞬时电流能到几百毫安，而下载器那点电流根本带不动，现象就是日志里反复打印 ready（模块不停重启）。正确做法是给它一路稳定的 3.3V，电流能力至少 500mA。
2. SG90 舵机要独立 5V 供电。 舵机启动瞬间电流很大，直接吃板子的 3.3V 会把电压拉低，轻则舵机乱抖，重则 STM32 直接复位。
3. 所有模块必须共地。 DHT11、ENS160、蓝牙、ESP-12F、USB 转 TTL 的 GND 都要和 STM32 的 GND 连在一起。不共地最典型的现象是：串口能发不能收，或者收到的全是乱码。

六、软件清单

软件	用途	备注
STM32CubeMX 6.x	生成初始化代码	需要安装 STM32F4 固件包
Keil MDK5 + STM32F4xx DFP	编译、烧录	记得勾选 Use MicroLIB
STM32CubeProgrammer / ST-Link 驱动	下载程序	Keil 里也能直接下载
串口助手（SSCOM / XCOM）	看日志	115200 8N1，不要勾"十六进制显示"
Chrome / Edge	打开 H5 页面	需要支持 WebSocket
Python 3（可选）	起本地静态服务器	python -m http.server 8000

关于 Keil 的 Use MicroLIB，这里单独提醒一句：不勾选它，printf 很可能一个字符都打印不出来，或者程序卡在重定向函数里。很多人以为是自己串口配置错了，其实是这个勾没打。

七、推荐的推进顺序

这是整篇文章最值钱的一条建议：

CubeMX 建工程 → 串口打印 → DHT11 → ENS160 → PWM 三件套
→ 按键 + 三模式 → 蓝牙 → MQTT(ESP-AT) → H5 → 整机联调

每一步都必须单独验证通过，才允许进入下一步。

原因很简单：这个项目后面 90% 的"疑难问题"，都是"上一步没通就开始写下一步"造成的。比如传感器读取偶尔失败，你直接去调 MQTT，最后看到的就是"网页数据时有时无"，你会以为是网络问题，实际上是 DHT11 的时序被风扇干扰了。

分层验证的本质，是让每一层都有独立、可观察的现象：

• 串口能打印 → 说明时钟、下载、串口都对了；
• 串口能打印出温湿度 → 说明 GPIO 和单总线时序对了；
• 按键能打印 → 说明中断和消抖对了；
• 手机发 FAN_ON 风扇转 → 说明 USART2 接收和命令解析对了；
• 网页能看到数据 → 说明 ESP-AT、WiFi、MQTT 全通了。

只要任何一层没有现象，就停在这一层。不要带着问题往上叠。

八、本章易错点总结

现象	真正原因	正确做法
程序在跑，但串口一个字都没有	把 USART1（PA9/PA10）和 USART2（PA2/PA3）搞混了	调试口只接 PA9/PA10，蓝牙/WiFi 才接 PA2/PA3
蓝牙和 WiFi 同时接上后，数据随机乱码	两个模块的 TX 同时驱动 PA3，电平对打	用拨码开关二选一，绝不能同时接
网页数据时有时无，越调越乱	基础层（DHT11/按键）没验证就直接上 MQTT	按推进顺序逐层验收，下层不通不往上做
舵机一转，整块板子就复位	舵机用板子的 3.3V 供电，启动电流拉低电压	舵机用独立 5V，并且与板子共地
串口收到的全是乱码或空数据	模块之间没有共地，或 TX/RX 没有交叉	所有 GND 连在一起；MCU 的 TX 接模块的 RX
printf 完全没输出	Keil 没勾 Use MicroLIB	Options for Target → Target → 勾选 Use MicroLIB

九、小结与下一篇

这篇没有代码，但把后面所有代码的"位置"都定下来了：

• 项目由 5 个可独立验证的功能组成，必须按顺序做；
• STM32 是中心，输入是传感器和按键，输出是 PWM 和串口；
• 全机只有三条数据链路，其中蓝牙和 WiFi 共用 USART2；
• 串口日志是唯一可信的真相，网页只是展示。

下一篇进入实操：从零安装 Keil、CubeMX、ST-Link 驱动和串口助手，把开发环境一次配好，并且把"工程目录怎么放、哪些代码能改、哪些不能改"这条纪律讲清楚。

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