嵌入式项目之温湿度闹钟

在创客的世界里，最令人兴奋的莫过于用最少的成本，创造出既有技术含量又能解决实际问题的产品。今天，我们就来挑战一个项目：制作一个功能完备、外观精致的温湿度闹钟，总成本控制在50元以内。它不仅能显示时间、温度和湿度，还能设定闹钟，绝对是提升桌面幸福感的神器！

一、核心思路：低成本与高溢值的平衡

"低成本"不等于"低品质"，而"高溢价"则源于设计感和实用性。我们的策略是：

核心廉价：选用成熟、廉价且资料丰富的单片机和传感器。
显示升级：不用廉价的数码管，而选用带背光的液晶屏，瞬间提升产品档次。
功能集成：将时钟、温湿度、闹钟等常用功能合而为一，提高实用性。
外观用心：通过简单的3D打印外壳或亚克力板，让产品拥有完整的"产品形态"。

二、 BOM清单（物料清单）

元件名称	型号/规格	参考价格（元）	备注
主控	STM32F103C8T6 最小系统板	~15	性能强大，性价比之王
显示	0.96寸 OLED屏 (I2C接口)	~10	自发光，对比度高，省电
传感器	DHT11 温湿度传感器模块	~5	经典、稳定、易用
时钟	DS3231 高精度时钟模块	~8	带备用电池，断电时间不丢失
输入	轻触按键 x 3	~1	用于设置时间和闹钟
其他	杜邦线、面包板、蜂鸣器	~5	用于连接和报警
外壳	3D打印或纸盒	0-5	可选，但强烈推荐
总计		~49	完美控制在预算内！

三、硬件连接

接线非常简单，我们主要使用I2C和单总线通信。

OLED (I2C) :
- VCC -> 3.3V
- GND -> GND
- SCL -> PB6 (STM32的I2C1_SCL)
- SDA -> PB7 (STM32的I2C1_SDA)
DS3231 (I2C) : 与OLED并联在同一组I2C总线上。
- VCC -> 3.3V
- GND -> GND
- SCL -> PB6
- SDA -> PB7
DHT11:
- VCC -> 3.3V
- GND -> GND
- DATA -> PA0 (任意GPIO即可)
按键 (设置/加/减) :
- 一端分别接 PA1, PA2, PA3
- 另一端接 GND (启用内部上拉电阻)
蜂鸣器:
- 正极 -> PA4
- 负极 -> GND

四、软件与代码

我们将使用STM32CubeMX生成基础工程，然后编写应用逻辑。这里为了简化，我将核心逻辑整合到一个代码文件中，并假设你已经配置好了I2C、GPIO和时钟。

所需库：

HAL 库 (STM32CubeMX生成)
DHT11 驱动库
DS3231 驱动库
SSD1306 OLED 驱动库

这些库在GitHub上都非常容易找到。

核心代码 (main.c)

scss 复制代码

/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "dht11.h"
#include "ds3231.h"
#include "ssd1306.h"
#include <stdio.h>
/* USER CODE END Includes */

/* ... CubeMX生成的代码 ... */

/* USER CODE BEGIN PV */
// 定义按键GPIO
#define SET_BUTTON_PIN GPIO_PIN_1
#define SET_BUTTON_PORT GPIOA
#define UP_BUTTON_PIN GPIO_PIN_2
#define UP_BUTTON_PORT GPIOA
#define DOWN_BUTTON_PIN GPIO_PIN_3
#define DOWN_BUTTON_PORT GPIOA
#define BUZZER_PIN GPIO_PIN_4
#define BUZZER_PORT GPIOA

// 全局变量
DHT11_Data_t dht11_data;
DS3231_Time_t ds3231_time;
DS3231_Alarm1_t alarm1;
uint8_t set_mode = 0; // 0:正常显示, 1:设置时间, 2:设置闹钟
uint8_t cursor_pos = 0; // 设置时的光标位置
uint32_t last_tick = 0;
const uint16_t update_interval = 2000; // 2秒更新一次温湿度
/* USER CODE END PV */

// ... 其他函数 ...

int main(void)
{
  /* ... CubeMX初始化 ... */

  /* USER CODE BEGIN 2 */
  // 初始化外设
  SSD1306_Init();
  DS3231_Init();
  HAL_Delay(100); // 等待外设稳定

  // 设置一个默认闹钟 (例如 07:30:00)
  alarm1.seconds = 0;
  alarm1.minutes = 30;
  alarm1.hours = 7;
  alarm1.day_date = 1; // 不关心具体日期
  alarm1.mode = DS3231_ALARM1_EVERY_SECOND; // 先设为每秒触发，用于测试
  DS3231_SetAlarm1(&alarm1);
  DS3231_EnableAlarm1(1); // 开启闹钟1
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    uint32_t current_tick = HAL_GetTick();

    // 按键扫描
    handle_buttons();

    // 闹钟检测
    if (DS3231_CheckAlarm1Flag()) {
      DS3231_ClearAlarm1Flag();
      trigger_alarm();
    }

    // 定时更新温湿度
    if (current_tick - last_tick > update_interval) {
      last_tick = current_tick;
      DHT11_Read(&dht11_data);
    }

    // 显示逻辑
    update_display();

    HAL_Delay(100); // 主循环延时
    /* USER CODE END WHILE */
  }
}

void handle_buttons(void) {
  if (HAL_GPIO_ReadPin(SET_BUTTON_PORT, SET_BUTTON_PIN) == GPIO_PIN_RESET) {
    HAL_Delay(50); // 消抖
    if (HAL_GPIO_ReadPin(SET_BUTTON_PORT, SET_BUTTON_PIN) == GPIO_PIN_RESET) {
      set_mode = (set_mode + 1) % 3; // 循环切换模式
      cursor_pos = 0;
      while(HAL_GPIO_ReadPin(SET_BUTTON_PORT, SET_BUTTON_PIN) == GPIO_PIN_RESET); // 等待释放
    }
  }

  if (set_mode != 0) { // 只有在设置模式下才响应加减键
    if (HAL_GPIO_ReadPin(UP_BUTTON_PORT, UP_BUTTON_PIN) == GPIO_PIN_RESET) {
      HAL_Delay(50);
      if (HAL_GPIO_ReadPin(UP_BUTTON_PORT, UP_BUTTON_PIN) == GPIO_PIN_RESET) {
          adjust_value(1);
          while(HAL_GPIO_ReadPin(UP_BUTTON_PORT, UP_BUTTON_PIN) == GPIO_PIN_RESET);
      }
    }
    if (HAL_GPIO_ReadPin(DOWN_BUTTON_PORT, DOWN_BUTTON_PIN) == GPIO_PIN_RESET) {
      HAL_Delay(50);
      if (HAL_GPIO_ReadPin(DOWN_BUTTON_PORT, DOWN_BUTTON_PIN) == GPIO_PIN_RESET) {
          adjust_value(-1);
          while(HAL_GPIO_ReadPin(DOWN_BUTTON_PORT, DOWN_BUTTON_PIN) == GPIO_PIN_RESET);
      }
    }
  }
}

void adjust_value(int direction) {
    // 此处简化处理，实际应根据set_mode和cursor_pos调整time或alarm结构体
    if (set_mode == 1) { // 设置时间
        if (cursor_pos == 0) ds3231_time.hours = (ds3231_time.hours + direction + 24) % 24;
        if (cursor_pos == 1) ds3231_time.minutes = (ds3231_time.minutes + direction + 60) % 60;
        DS3231_SetTime(&ds3231_time);
    } else if (set_mode == 2) { // 设置闹钟
        if (cursor_pos == 0) alarm1.hours = (alarm1.hours + direction + 24) % 24;
        if (cursor_pos == 1) alarm1.minutes = (alarm1.minutes + direction + 60) % 60;
        DS3231_SetAlarm1(&alarm1);
    }
    cursor_pos = (cursor_pos + 1) % 2; // 自动切换到下一个设置项
}


void update_display(void) {
    char buffer[32];
    DS3231_GetTime(&ds3231_time);

    SSD1306_Clear();

    // 第一行：时间
    snprintf(buffer, sizeof(buffer), "%02d:%02d:%02d", ds3231_time.hours, ds3231_time.minutes, ds3231_time.seconds);
    SSD1306_GotoXY(0, 0);
    SSD1306_Puts(buffer, &Font_11x18, SSD1306_COLOR_WHITE);

    // 第二行：温湿度
    snprintf(buffer, sizeof(buffer), "T:%2dC H:%2d%%", (int)dht11_data.temperature, (int)dht11_data.humidity);
    SSD1306_GotoXY(0, 24);
    SSD1306_Puts(buffer, &Font_7x10, SSD1306_COLOR_WHITE);

    // 第三行：闹钟状态
    snprintf(buffer, sizeof(buffer), "Alarm: %02d:%02d", alarm1.hours, alarm1.minutes);
    SSD1306_GotoXY(0, 40);
    SSD1306_Puts(buffer, &Font_7x10, SSD1306_COLOR_WHITE);

    SSD1306_UpdateScreen();
}

void trigger_alarm(void) {
    // 简单的蜂鸣报警
    for(int i = 0; i < 10; i++) {
        HAL_GPIO_WritePin(BUZZER_PORT, BUZZER_PIN, GPIO_PIN_SET);
        HAL_Delay(200);
        HAL_GPIO_WritePin(BUZZER_PORT, BUZZER_PIN, GPIO_PIN_RESET);
        HAL_Delay(200);
    }
}
/* ... 其他用户代码 ... */

五、打造"高溢价"的关键一步：外壳

一个裸露的电路板只是半成品，一个精致的外壳才能让它成为"产品"。

3D打印：如果你有3D打印机，可以设计一个专属外壳，考虑按键的开孔、屏幕的视窗以及散热。
亚克力激光切割：设计简洁的几何形状，用几层不同颜色的亚克力板堆叠起来，效果非常出众。
废物利用：找一个漂亮的旧饼干盒或者小木盒，精心规划内部空间，也能达到意想不到的效果。

六、总结与拓展

至此，一个成本不到50元，功能强大且外观精美的温湿度闹钟就完成了。它集成了时间显示、环境监测和闹钟功能，无论是自用还是作为礼物都非常有意义。

可以进一步拓展的功能：

光敏传感器：根据环境光线自动调节OLED屏幕亮度。
蓝牙模块：通过手机APP设置时间和闹钟。
更多闹钟：支持设置多个闹钟。
温度单位切换：支持摄氏度和华氏度切换。

这个项目完美诠释了创客精神：用技术赋能创意，用低成本实现高价值。现在，轮到你来动手，打造属于你自己的桌面小神器了！

嵌入式项目之温湿度闹钟

一、 核心思路：低成本与高溢值的平衡

二、 BOM清单（物料清单）

三、 硬件连接

四、 软件与代码

五、 打造"高溢价"的关键一步：外壳

六、 总结与拓展

一、核心思路：低成本与高溢值的平衡

三、硬件连接

四、软件与代码

五、打造"高溢价"的关键一步：外壳

六、总结与拓展