STM32项目分享：基于STM32的空气净化器

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原创 2025-10-18 10:55:10 996 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›
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目录

一、引言

二、硬件设计

三、软件设计

四、系统实现与测试

五、结论与展望

六、资料内容及获取

一、引言

基于STM32的空气净化器系统实现了智能化的环境监测与净化控制功能。该系统通过集成语音识别模块（SU-03T）、OLED显示屏和环境传感器，构建了一个完整的智能空气净化解决方案。

二、硬件设计

2.1 模块组成

使用模块：
STM32最小系统版
温湿度传感器
MQ7 一氧化碳检测模块
MQ2 烟雾检测模块
MQ135空气质量检测模块
PM2.5 检测模块
蜂鸣器
0.96OLED屏幕
WiFi模块
风扇
加湿器
驱动模块
按键

2.2  原理图

2.3  PCB

三、软件设计

3.1 功能

  1. 语音控制功能：通过SU-03T语音识别模块，用户可以使用自然语音指令（如"打开净化器"、"关闭净化器"）直接控制设备开关，提供便捷的人机交互体验。

  2. 环境状态监测：系统能够实时监测室内空气质量参数，包括颗粒物浓度、有害气体含量等环境指标，为净化决策提供数据支持。

  3. 智能显示界面：OLED显示屏实时显示设备工作状态、环境质量数据和操作提示，让用户直观了解当前环境状况和设备运行情况。

  4. 多模式净化控制：系统支持手动和自动两种工作模式，可根据环境质量自动调整净化强度，实现智能化运行。

  5. 串口通信协议：设计了稳定的数据通信协议，确保STM32主控制器与各外设模块之间的可靠数据传输。

  6. 安全保护机制：具备异常状态检测和处理能力，当检测到环境异常（如空气质量严重污染）时自动触发相应的保护措施。

  7. APP数据查看、阈值下发、净化器控制

3.2 main代码

#include "delay.h"
#include "sys.h"
#include "led.h" //控制器
#include "oled.h"
#include "esp8266.h"
#include "Timer.h"
#include "Key.h"
#include "stmflash.h"
#include "su_03t.h"
// 传感/执行模块
#include "dht11.h"
#include "PM25.h"
#include "AD.h"
//C库
#include <string.h>
#include "stdio.h"
#include "math.h"
#include "stdbool.h"




/*********************************** 变量声明**********************************/
extern unsigned char esp8266_buf[buf_len];
// 定义在头文件中声明的外部变量
control_mode MODE = manual_mode;  // 初始化为手动模式
//阈值结构体
struct Set_data
{
  u16 temp_H;  //温度上限
	u16 temp_L;  //温度下限
	u16 air_H;  //空气质量上限
	u16 co_H;   //一氧化碳上限
	u16 pm25_H; //PM2.5上限
	u16 smoke_H; //烟雾浓度上限
};

struct Set_data Out_data={30,20,30,40,50,60};//初始化阈值

//数据获取
u16 temp_value=0;
u16 humi_value=0;
u16 co_value=0;
float air_value=0;
u16 pm25_value=0;
u16 smoke_value=0;

DHT11_Data_TypeDef DHT11_Data;//dht11添加变量 

////按键相关的变量
u8 key_num=0,Page_flag=1;
char TIMER_IT=0,WiFiInit_time,Flagout=1;

//oled相关变量
u8 oled_Fill_flag=1;//OLED清屏标志
char oled_str[100];//OLED显示缓存
char date[200];//esp8266发送缓存

bool beep_flag=false;//蜂鸣器标志位
//DOOR=false;//门锁状态
u8 alarm_flag=0;//报警标志位

//设备控制状态变量
bool fan_state=false;        //风扇状态
bool humidifier_state=false; //加湿器状态


bool need_purify;
u8 air_alarm;
u8 co_alarm;

u8 co_flag=0;
u8 air_flag=0;
int num;
/********************************函数声明**********************************/
// 在main函数前添加函数声明
void Page_data(void);    // 数据显示界面
void Page_control(void);    //控制外设
void Page_setting(void); // 设置界面
void APP_Control(void); //APP数据下发
void BI_BI(void); //哔哔提醒数据下发


int main(void){
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
	DHT11_Init();//初始化DHT11
	
	LED_Init();
	BEEP=OFF;//蜂鸣器关闭
	purifier_state=false;
  Purifier_Control(OFF);
	
	PM25_Init();
	AD_Init();//模拟量模块
	Key_Init();//按键初始化
  SU_03T_Iint(9600);//SU03T  语言
	SU_03T_Iint(9600);//语音模块

	
  OLED_Init();//OLED初始化
  OLED_Clear(0);
	    
	do
	{
			OLED_ShowText(0, 0,(u8*) "是否需要联网？", 0);
			OLED_ShowText(8, 4,(u8*) "1.是  2.否", 0);
			key_num=KEY_Scan(0);//按键扫描
			if(key_num==1)//需要联网
			{
					OLED_Clear(0);
					Timer_Init();
					ESP8266_Init(115200);
					break;
			}
	}while(key_num!=2); 
		
   OLED_Clear(0);

    /*读出内存数据*/
    STMFLASH_Read(FLASH_SAVE_ADDR,    &Out_data.temp_H,1);
    delay_ms(100);
		STMFLASH_Read(FLASH_SAVE_ADDR+2,  &Out_data.temp_L,1);
    delay_ms(100);
    STMFLASH_Read(FLASH_SAVE_ADDR+6,  &Out_data.air_H,1);
    delay_ms(100);
		STMFLASH_Read(FLASH_SAVE_ADDR+4,  &Out_data.co_H,1);
    delay_ms(100);
		STMFLASH_Read(FLASH_SAVE_ADDR+8,  &Out_data.pm25_H,1);
    delay_ms(100);
		STMFLASH_Read(FLASH_SAVE_ADDR+10,  &Out_data.smoke_H,1);
    delay_ms(100);
   
   
   

	while(1)
	{
     /*********************************数据处理区*********************************/ 
						
					//获取温湿度 
					Read_DHT11(&DHT11_Data);    
					temp_value= DHT11_Data.temp_int; //获取温度
					humi_value= DHT11_Data.humi_int; //获取湿度
		
		     //获取一氧化碳
		     co_value= GetMQ7Value();
		
				 //获取空气质量
		     air_value=MQ135_GetData_PPM();
		
				 //获取PM2.5浓度
				 pm25_value = PM2_5_GetData();
		     
		     //获取烟雾浓度
		     smoke_value = GetMQ2Value();
		
		   
        /*******************向巴法云发送数据***************************************/
        if(TIMER_IT)
        {
            TIMER_IT=0;
            sprintf(date,"cmd=2&uid=%s&topic=data&msg=#%d#%d#%d#%d#%d#%d#sensordata#\r\n",\
            BEMFA_ID,
            MODE,(int)pm25_value,(int)smoke_value,(int)air_value,(int)co_value,(int)need_purify);
            ESP8266_SendData((unsigned char *)date);//ESP8266发送数据
        }	
   /*********************************人机交互区**************************************************/      
				key_num=KEY_Scan(0);//按键扫描
        if(key_num==1)//界面切换键
        {
            Page_flag++;
            Page_flag=Page_flag%3;
            OLED_Clear(0);//清屏
        }      
        //界面切换功能
        switch(Page_flag)
        {    
            case 1: 
                Page_data();    // 第一界面 - 数据显示
                break;
            case 2: 
                Page_control();    //控制外设; // 第三界面 - 设置界面
                break;
            case 0: 
                Page_setting(); // 第三界面 - 设置界面
                break;
        }

	/*********************************模式控制区*********************************/
  
	/******************APP指令下发********************************/
  APP_Control();//阈值下发  模式转换
    			
	/********************自动模式******************************/
			
			
	if(MODE==auto_mode){
		// 自动模式：当任一指标超过阈值时，开启净化器并报警
		bool pm25_over = (pm25_value > Out_data.pm25_H);
		bool smoke_over = (smoke_value > Out_data.smoke_H);
		bool co_over = (co_value > Out_data.co_H);
		bool air_over = ((int)air_value > Out_data.air_H);

		need_purify = pm25_over || smoke_over || co_over || air_over;

		// 设置报警状态（用于上报）
		co_alarm = co_over ? 1 : 0;
		air_alarm = air_over ? 1 : 0;

		if(need_purify){
			purifier_state = true;
			Purifier_Control(ON);   // 同时打开风扇与加湿器
			beep_flag = true;       // 蜂鸣器报警（在定时器中断内以闪烁方式执行）
			
			if(air_flag==1){
			SU_03T_SendArray(air_bad_TxPacket,5);
			air_flag=0;
			}
			
		}else{
			purifier_state = false;
			Purifier_Control(OFF);
			beep_flag = false;      // 关闭报警
			air_flag=1;
		}
	}//自动模式
		
	
		
  /********************手动模式*****************************/
			
	if(MODE==manual_mode)//手动模式
		{
			
		// 检查是否需要发送空气质量
		if(SU_03T_GetSendAirFlag==1)
		{
				// 发送帧头
				SU_03T_SendByte(0xAA);
				SU_03T_SendByte(0x55);
				
				// 发送命令字
				SU_03T_SendByte(0x01);
			
				int air_data[1];
				air_data[0] = (int)air_value;  //空气质量
			  
			
				// 调整发送顺序为低字节在后
				// 发送每个时间值（4字节）
				for(int i = 0; i < 1; i++)
				{
						// 调整发送顺序为低字节在后
						SU_03T_SendByte(air_data[i] & 0xFF);          // 最低字节
						SU_03T_SendByte((air_data[i] >> 8) & 0xFF);   // 次低字节
						SU_03T_SendByte((air_data[i] >> 16) & 0xFF);  // 次高字节
						SU_03T_SendByte((air_data[i] >> 24) & 0xFF);  // 最高字节
				}
			
					
				// 发送帧尾
				SU_03T_SendByte(0x55);
				SU_03T_SendByte(0xAA);
			
				
				
				SU_03T_GetSendAirFlag=0;  //重置标志位
			
		}	 //AIR
		

		
		
		// 检查是否需要发送空气质量
		if(SU_03T_GetSendTempFlag==1)
		{
				// 发送帧头
				SU_03T_SendByte(0xAA);
				SU_03T_SendByte(0x55);
				
				// 发送命令字
				SU_03T_SendByte(0x02);
			
				int air_data[1];
				air_data[0] = (int)temp_value;  //温度
			  
			
				// 调整发送顺序为低字节在后
				// 发送每个时间值（4字节）
				for(int i = 0; i < 1; i++)
				{
						// 调整发送顺序为低字节在后
						SU_03T_SendByte(air_data[i] & 0xFF);          // 最低字节
						SU_03T_SendByte((air_data[i] >> 8) & 0xFF);   // 次低字节
						SU_03T_SendByte((air_data[i] >> 16) & 0xFF);  // 次高字节
						SU_03T_SendByte((air_data[i] >> 24) & 0xFF);  // 最高字节
				}
			
					
				// 发送帧尾
				SU_03T_SendByte(0x55);
				SU_03T_SendByte(0xAA);
			
				SU_03T_GetSendTempFlag=0;  //重置标志位
			
		}	 //AIR
		
			
	
		
		
	

				
		}//手动模式

     
    }//while
}//main



void TIM2_IRQHandler(void)
{
 if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) == SET)
    {
			
			
        TIMER_IT=1;
        
        if(beep_flag)
        {
            BEEP=!BEEP;
        }
        else
        {
            BEEP=0;
        }
        
        TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
    }
}


void APP_Control(void)
{
   //模式切换
   if( strstr((const char *)esp8266_buf,"ZD")!=0 )
   { 
       MODE=auto_mode;
       BI_BI();//哔哔提醒
       ESP8266_Clear();//清除缓存
   }
   else if( strstr((const char *)esp8266_buf,"SD")!=0 )
   {
       MODE=manual_mode;
       beep_flag=false;
       BEEP=OFF;
			purifier_state=false;
       Purifier_Control(OFF);
		   BI_BI();//哔哔提醒
       ESP8266_Clear();//清除缓存
   } 
   

  
   
   // PM2.5阈值设置
   char *pm25_ptr = strstr((char *)esp8266_buf, "PM25");
   if (pm25_ptr != NULL && sscanf(pm25_ptr + 4, "=%hu", &Out_data.pm25_H) == 1) 
   {	
           
     BI_BI();//哔哔提醒
      ESP8266_Clear();//清除缓存
     STMFLASH_Write(FLASH_SAVE_ADDR+8, &Out_data.pm25_H, 1);

   }
   
   // 烟雾浓度阈值设置
   char *smoke_ptr = strstr((char *)esp8266_buf, "SMOKE");
   if (smoke_ptr != NULL && sscanf(smoke_ptr + 5, "=%hu", &Out_data.smoke_H) == 1) 
   {	
         
     BI_BI();//哔哔提醒
      ESP8266_Clear();//清除缓存
     STMFLASH_Write(FLASH_SAVE_ADDR+10, &Out_data.smoke_H, 1);
   }
   
   // CO阈值设置
   char *co_ptr = strstr((char *)esp8266_buf, "COH");
   if (co_ptr != NULL && sscanf(co_ptr + 3, "=%hu", &Out_data.co_H) == 1) 
   {	
     BI_BI();//哔哔提醒
     ESP8266_Clear();//清除缓存
     STMFLASH_Write(FLASH_SAVE_ADDR+4, &Out_data.co_H, 1);
   }
   
   // 空气质量阈值设置
   char *air_ptr = strstr((char *)esp8266_buf, "AIR");
   if (air_ptr != NULL && sscanf(air_ptr + 3, "=%hu", &Out_data.air_H) == 1) 
   {	
     BI_BI();//哔哔提醒
     ESP8266_Clear();//清除缓存
     STMFLASH_Write(FLASH_SAVE_ADDR+6, &Out_data.air_H, 1);
   }
   
//   // 风扇控制
//   if( strstr((const char *)esp8266_buf,"FAN_ON")!=0 )
//   {
//       fan_state=true;
//       FAN=ON;
//       BI_BI();//哔哔提醒
//       ESP8266_Clear();//清除缓存
//   }
//   else if( strstr((const char *)esp8266_buf,"FAN_OFF")!=0 )
//   {
//       fan_state=false;
//       FAN=OFF;
//       BI_BI();//哔哔提醒
//       ESP8266_Clear();//清除缓存
//   }
//   
//   // 加湿器控制
//   if( strstr((const char *)esp8266_buf,"HUM_ON")!=0 )
//   {
//       humidifier_state=true;
//       HUMIDIFIER=ON;
//       BI_BI();//哔哔提醒
//       ESP8266_Clear();//清除缓存
//   }
//   else if( strstr((const char *)esp8266_buf,"HUM_OFF")!=0 )
//   {
//       humidifier_state=false;
//       HUMIDIFIER=OFF;
//       BI_BI();//哔哔提醒
//       ESP8266_Clear();//清除缓存
//   }
   
   // 净化器控制
   if( strstr((const char *)esp8266_buf,"PUR_ON")!=0 )
   {
       purifier_state=true;
     Purifier_Control(ON);
       BI_BI();//哔哔提醒
       ESP8266_Clear();//清除缓存
   }
   else if( strstr((const char *)esp8266_buf,"PUR_OFF")!=0 )
   {
       purifier_state=false;
   Purifier_Control(OFF);
       BI_BI();//哔哔提醒
       ESP8266_Clear();//清除缓存
   }
  
}

// 数据显示界面
void Page_data(void)
{
		// 添加按键2的模式切换功能
    if(key_num==2)//模式切换键
    {
        MODE++;
        if(MODE > manual_mode) MODE = auto_mode; // 循环切换：自动->手动->自动
        
        // 切换到手动模式时关闭报警和设备
        if(MODE == manual_mode)
        {
            beep_flag=false;
            BEEP=OFF;
						purifier_state=false;
            Purifier_Control(OFF);
      
        }
    }
	
  
		//PM2.5浓度
		sprintf(oled_str,"PM2.5:%d ",(int)pm25_value);
    OLED_ShowText(0,0,(u8*)oled_str,0);
	  //一氧化碳浓度
	  sprintf(oled_str,"CO浓度:%4dppm",(int)co_value);
    OLED_ShowText(0,2,(u8*)oled_str,0);
		//空气质量
		sprintf(oled_str,"空气质量:%dppm  ",(int)air_value);
    OLED_ShowText(0,4,(u8*)oled_str,0);
	  //烟雾浓度
	  sprintf(oled_str,"烟雾浓度:%dppm  ",(int)smoke_value);
    OLED_ShowText(0,6,(u8*)oled_str,0);
		
		
		
	  //模式状态
    sprintf(oled_str,"%s",MODE?"手动":"自动");
    OLED_ShowText(95,0,(u8*)oled_str,0);
    
    
   
}

//控制界面
void Page_control(void)
{
    static u8 Index_flag=1;


    sprintf(oled_str,"净化器:%s",purifier_state?"ON ":"OFF");
    OLED_ShowText(16,0,(u8 *)oled_str,0);
    
    sprintf(oled_str,"返回主页");
    OLED_ShowText(16,2,(u8 *)oled_str,0);
    
    // 处理按键2选择逻辑
    if(key_num==2)
    {
        Index_flag++;
        if(Index_flag > 2) Index_flag = 1; // 循环选择
    }               
        
        // 箭头显示和控制逻辑
        switch(Index_flag)
        {   
            case 1:      
                OLED_ShowString(0,0,(u8 *)">",16) ; 
                OLED_ShowString(0,2,(u8 *)" ",16) ;
                OLED_ShowString(0,4,(u8 *)" ",16) ; 
                OLED_ShowString(0,6,(u8 *)" ",16) ;             
                break;
            case 2:      
                OLED_ShowString(0,0,(u8 *)" ",16) ; 
                OLED_ShowString(0,2,(u8 *)">",16) ;
                OLED_ShowString(0,4,(u8 *)" ",16) ; 
                OLED_ShowString(0,6,(u8 *)" ",16) ;             
                break; 
            case 3:      
                OLED_ShowString(0,0,(u8 *)" ",16) ; 
                OLED_ShowString(0,2,(u8 *)" ",16) ;
                OLED_ShowString(0,4,(u8 *)">",16) ; 
                OLED_ShowString(0,6,(u8 *)" ",16) ;             
                break;
            case 4:      
                OLED_ShowString(0,0,(u8 *)" ",16) ; 
                OLED_ShowString(0,2,(u8 *)" ",16) ;
                OLED_ShowString(0,4,(u8 *)" ",16) ; 
                OLED_ShowString(0,6,(u8 *)">",16) ;             
                break;  
        }    
        
        if(MODE==manual_mode)//手动模式下
        {
   
           // 净化器控制（同时控制风扇和加湿器）
          if(Index_flag==1&&key_num==3) 
            {
                purifier_state=true;
                Purifier_Control(ON);
            }
            if(Index_flag==1&&key_num==4) 
            {
                purifier_state=false;
                Purifier_Control(OFF);
            }
            
            // 返回主页
            if(Index_flag==2&&key_num==3) 
            {
                Page_flag=1; // 返回数据显示页面
            }
        }
}

// 设置界面
void Page_setting(void)
{
    static u8 Index_flag=1;
    // 显示设置参数
    sprintf(oled_str,"PM2.5阈值:%d  ",Out_data.pm25_H);
    OLED_ShowText(16,0,(u8 *)oled_str,0);
    sprintf(oled_str,"CO阈值:%d  ",Out_data.co_H);
    OLED_ShowText(16,2,(u8 *)oled_str,0);
    sprintf(oled_str,"空气质量:%d  ",Out_data.air_H);
    OLED_ShowText(16,4,(u8 *)oled_str,0);
    sprintf(oled_str,"烟雾阈值:%d  ",Out_data.smoke_H);
    OLED_ShowText(16,6,(u8 *)oled_str,0);
               
    // 处理参数调节逻辑
    if(key_num==2)
    {
        Index_flag++;
        Index_flag=Index_flag%4; // 修改为4个选项
    }               
    
    // 箭头显示和参数调节逻辑
    switch(Index_flag)
    {
        case 1:      
            OLED_ShowString(0,0,(u8 *)">",16) ; 
            OLED_ShowString(0,2,(u8 *)" ",16) ;
            OLED_ShowString(0,4,(u8 *)" ",16) ; 
            OLED_ShowString(0,6,(u8 *)" ",16) ;             
            break;
        case 2:      
            OLED_ShowString(0,0,(u8 *)" ",16) ; 
            OLED_ShowString(0,2,(u8 *)">",16) ;
            OLED_ShowString(0,4,(u8 *)" ",16) ; 
            OLED_ShowString(0,6,(u8 *)" ",16) ;             
            break;
        case 3:      
            OLED_ShowString(0,0,(u8 *)" ",16) ; 
            OLED_ShowString(0,2,(u8 *)" ",16) ;
            OLED_ShowString(0,4,(u8 *)">",16) ; 
            OLED_ShowString(0,6,(u8 *)" ",16) ;             
            break;
        case 0:      
            OLED_ShowString(0,0,(u8 *)" ",16) ; 
            OLED_ShowString(0,2,(u8 *)" ",16) ;
            OLED_ShowString(0,4,(u8 *)" ",16) ; 
            OLED_ShowString(0,6,(u8 *)">",16) ;             
            break; 						 
    }    

    // 处理参数调节
		
    //PM2.5阈值
    if(Index_flag==1&&key_num==3)  
    {
        Out_data.pm25_H < 300 ?  Out_data.pm25_H++ : 300;//PM2.5阈值不能超过300μg/m?
        STMFLASH_Write(FLASH_SAVE_ADDR+8, &Out_data.pm25_H,1);
    }
    if(Index_flag==1&&key_num==4)  
    {
        Out_data.pm25_H > 0 ?  Out_data.pm25_H-- : 0; //PM2.5阈值不能低于0
        STMFLASH_Write(FLASH_SAVE_ADDR+8, &Out_data.pm25_H,1);
    } 
		
    //CO阈值
    if(Index_flag==2&&key_num==3)  
    {
        Out_data.co_H < 200 ?  Out_data.co_H++ : 200;//CO阈值不能超过200ppm
        STMFLASH_Write(FLASH_SAVE_ADDR+4, &Out_data.co_H,1);
    } 
    if(Index_flag==2&&key_num==4)  
    {
        Out_data.co_H > 0 ?  Out_data.co_H-- : 0; //CO阈值不能低于0
        STMFLASH_Write(FLASH_SAVE_ADDR+4, &Out_data.co_H,1);
    }
    
    //空气质量阈值
    if(Index_flag==3&&key_num==3)  
    {
        Out_data.air_H < 100 ?  Out_data.air_H++ : 100;//空气质量阈值不能超过100ppm
        STMFLASH_Write(FLASH_SAVE_ADDR+6, &Out_data.air_H,1);
    }
    if(Index_flag==3&&key_num==4)  
    {
        Out_data.air_H > 0 ?  Out_data.air_H-- : 0; //空气质量阈值不能低于0
        STMFLASH_Write(FLASH_SAVE_ADDR+6, &Out_data.air_H,1);
    }
    
    //烟雾浓度阈值
    if(Index_flag==0&&key_num==3)  
    {
        Out_data.smoke_H < 100 ?  Out_data.smoke_H++ : 100;//烟雾浓度阈值不能超过100ppm
        STMFLASH_Write(FLASH_SAVE_ADDR+10, &Out_data.smoke_H,1);
    }
    if(Index_flag==0&&key_num==4)  
    {
        Out_data.smoke_H > 0 ?  Out_data.smoke_H-- : 0; //烟雾浓度阈值不能低于0
        STMFLASH_Write(FLASH_SAVE_ADDR+10, &Out_data.smoke_H,1);
    }
}


void BI_BI(void){
 BEEP=ON;
 delay_ms(150);
 BEEP=OFF;

}

四、系统实现与测试

4.1 B站视频介绍

STM32空气净化器

五、结论与展望

5.1  小结

可以拓展更多的执行器控制，丰富语音功能！

六、资料内容及获取

B站关注UP主，一键三联，私信博主！！！

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大海学长的单片机设计
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