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基于单片机的安卓手机WiFi温湿度采集控制系统设计（原理图+源代码+教程）

来源：电路城

2021-11-12

类别：工业控制

拍明

原标题：基于单片机的安卓手机WiFi温湿度采集控制系统设计（原理图+源代码+教程）

基于单片机的安卓手机WiFi温湿度采集控制系统设计

一、系统设计背景与需求分析

在农业大棚、仓储物流、智能家居等场景中，环境温湿度的实时监测与控制直接影响作物生长、货物存储质量及居住舒适度。传统人工监测存在效率低、数据滞后等问题，而基于单片机的物联网系统可通过传感器自动采集数据，并通过WiFi模块将数据传输至安卓手机端，实现远程监控与自动化控制。本系统需满足以下核心需求：

实时数据采集：温湿度传感器需具备高精度、低功耗特性，适应复杂环境。
无线数据传输：WiFi模块需支持稳定连接，兼容安卓设备。
远程控制与报警：手机端APP需支持数据可视化、阈值设置及超限报警功能。
系统扩展性：硬件需预留接口，支持后续功能升级（如多传感器接入、继电器控制等）。

二、核心元器件选型与功能解析

1. 主控芯片：STM32F103C8T6

作用：作为系统核心，负责传感器数据采集、WiFi模块通信及逻辑控制。
选型依据：

性能优势：基于ARM Cortex-M3内核，主频72MHz，集成64KB Flash与20KB RAM，满足多任务处理需求。
外设丰富：支持USART、SPI、I2C等接口，可直接连接DHT11传感器与ESP8266 WiFi模块。
低功耗设计：待机电流仅2μA，适合长期运行场景。
对比竞品：
51单片机：资源有限，无法支持复杂算法与多任务。
ESP32：虽集成WiFi，但成本较高，且开发复杂度大于STM32。

2. 温湿度传感器：DHT11

作用：实时采集环境温湿度数据，输出数字信号至单片机。
选型依据：

精度与范围：温度测量范围0-50℃，精度±2℃；湿度范围20-90%RH，精度±5%RH，满足基础需求。
接口简单：单总线通信，仅需1个GPIO引脚，降低硬件复杂度。
成本低廉：单价约2元，适合批量部署。
对比竞品：
DHT22：精度更高（±0.5℃），但价格翻倍，且需更复杂的时序控制。
SHT30：I2C接口，精度±0.3℃，但需额外上拉电阻，增加成本。

3. WiFi模块：ESP8266-01S

作用：将单片机采集的数据通过WiFi传输至安卓手机，并接收手机控制指令。
选型依据：

集成度高：内置TCP/IP协议栈，支持AT指令配置，开发门槛低。
传输稳定：空旷环境传输距离达100米，满足室内场景需求。
兼容性强：支持3.3V供电，与STM32 GPIO电平匹配，无需电平转换。
对比竞品：
ESP32-WROOM：支持双模WiFi与蓝牙，但功耗与成本更高。
CC3200：TI产品，稳定性强，但开发资源少于ESP8266。

4. 电源管理模块：AMS1117-3.3

作用：将5V输入电压转换为3.3V，为STM32与ESP8266供电。
选型依据：

低压差设计：输入输出压差仅1.1V，适合电池供电场景。
输出稳定：负载调整率0.2%，确保模块稳定运行。
成本低：单价约0.5元，性价比高。

5. 显示模块：OLED 0.96寸I2C

作用：本地显示温湿度数据、系统状态及报警信息。
选型依据：

分辨率高：128×64像素，支持中文与图形显示。
接口简单：I2C通信，仅需SCL与SDA两条线。
功耗低：工作电流约20mA，适合长期运行。

6. 报警模块：无源蜂鸣器

作用：当温湿度超限时发出声光报警。
选型依据：

驱动简单：通过STM32 GPIO直接驱动，无需三极管。
声音响亮：分贝达85dB，可覆盖10米范围。

三、系统硬件设计

1. 原理图设计

主控电路：

STM32F103C8T6最小系统包括晶振电路（8MHz高速晶振+32.768kHz低速晶振）、复位电路（按键复位+上电复位）及电源滤波电路（0.1μF+10μF电容并联）。

传感器接口电路：

DHT11数据引脚连接STM32的PA0，通过上拉电阻（4.7kΩ）确保信号稳定。
OLED显示屏的SCL与SDA引脚分别连接STM32的PB6与PB7，通过I2C总线通信。

WiFi模块电路：

ESP8266-01S的TXD与RXD引脚交叉连接STM32的USART1_RX（PA10）与USART1_TX（PA9），实现串口通信。
CH_PD引脚接3.3V电源，确保模块正常工作。

电源电路：

输入5V电源通过AMS1117-3.3转换为3.3V，输出端并联100μF钽电容与0.1μF陶瓷电容，抑制电源纹波。

2. PCB设计要点

布局优化：将模拟电路（传感器）与数字电路（单片机）分区布局，减少干扰。
地线设计：采用单点接地，避免地环路噪声。
天线匹配：ESP8266天线引脚附近预留π型匹配网络，提升信号强度。

四、系统软件设计

1. 开发环境配置

单片机开发：使用Keil MDK-ARM V5，配置STM32F103C8T6设备包，启用USART1与I2C1外设。
WiFi模块配置：通过AT指令设置ESP8266为STA模式，连接路由器（SSID与密码通过串口发送）。
安卓APP开发：使用Android Studio，基于Java语言开发，集成OkHttp库实现HTTP请求。

2. 单片机程序流程

初始化阶段：

配置系统时钟（72MHz）。
初始化USART1（波特率115200）、I2C1（标准模式100kHz）及GPIO。
发送AT指令配置ESP8266连接WiFi。

主循环阶段：

调用DHT11_Read()函数读取温湿度数据。
通过OLED_Show()函数更新显示屏内容。
判断温湿度是否超限，若超限则触发蜂鸣器报警。
每2秒通过ESP8266_Send()函数将数据发送至服务器。

关键函数实现：

// DHT11数据读取
uint8_t DHT11_Read(void) {
uint8_t temp = 0, humi = 0;
DHT11_Start(); // 发送启动信号
if (DHT11_Check()) { // 检测响应
humi = DHT11_ReadByte(); // 读取湿度
temp = DHT11_ReadByte(); // 读取温度
DHT11_ReadByte(); // 读取校验和（未使用）
}
return (humi << 8) | temp; // 返回组合数据
}

// ESP8266数据发送
void ESP8266_Send(uint16_t data) {
char cmd[64];
sprintf(cmd, "AT+HTTPPOST="http://your-server.com/api","Content-Type:text/plain","temp=%d&humi=%d"
",
data & 0xFF, (data >> 8) & 0xFF);
USART1_SendString(cmd); // 通过串口发送AT指令
}

3. 安卓APP开发

UI设计：

主界面包含温湿度显示区（TextView）、阈值设置区（EditText+Button）及报警历史区（ListView）。

网络通信：

使用OkHttp发起POST请求，将用户设置的阈值上传至服务器。

// 发送阈值至服务器
public void sendThreshold(int tempThreshold, int humiThreshold) {
    OkHttpClient client = new OkHttpClient();
    RequestBody body = RequestBody.create(
        "temp=" + tempThreshold + "&humi=" + humiThreshold,
        MediaType.parse("application/x-www-form-urlencoded")
    );
    Request request = new Request.Builder()
        .url("http://your-server.com/api/threshold")
        .post(body)
        .build();
    client.newCall(request).enqueue(new Callback() {
        @Override
        public void onFailure(Call call, IOException e) {
            runOnUiThread(() -> Toast.makeText(MainActivity.this, "上传失败", Toast.LENGTH_SHORT).show());
        }
        @Override
        public void onResponse(Call call, Response response) throws IOException {
            // 处理响应
        }
    });
}