STM32实战：基于STM32F103的智能衣柜（除湿+防霉+照明）

LCG元2026-05-30 10:48

文章目录

前言

在潮湿环境下，衣柜内衣物极易受潮发霉、滋生细菌，传统除湿方式效率低且无法自动化控制。本文基于STM32F103C8T6 主控芯片，设计一套集温湿度实时监测、自动除湿、防霉杀菌、人体感应照明于一体的智能衣柜系统。

系统具备全自动化运行、低功耗、高可靠性、易部署等特点，零基础开发者可直接按照本文步骤完成硬件搭建、代码移植、调试与落地，所有代码均经过实测验证，无冗余、无报错，可直接编译运行。

一、系统整体设计

1.1 功能需求

  1. 温湿度采集：实时采集衣柜内部环境温湿度，判断潮湿/发霉风险
  2. 自动除湿：湿度超过阈值自动启动除湿风扇，达标后自动关闭
  3. 防霉杀菌：定时启动UV紫外线灯杀菌，抑制霉菌生长
  4. 人体感应照明：人体靠近衣柜自动点亮LED灯，离开后延时熄灭
  5. 状态指示：通过串口输出系统运行状态，方便调试与监控

1.2 硬件选型

模块名称 型号/规格 作用
主控芯片 STM32F103C8T6 系统核心控制单元
温湿度传感器 DHT11 采集环境温湿度数据
人体红外传感器 HC-SR505 检测人体靠近信号
除湿执行模块 5V直流风扇 加速空气流通，实现除湿
防霉模块 UV紫外线LED灯 杀菌防霉
照明模块 白光LED灯 衣柜照明
驱动模块 S8050三极管+1K电阻 控制大功率外设
电源模块 5V/3.3V稳压电源 为整个系统供电

1.3 系统架构流程图

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湿度正常
定时触发
检测到人体
无人体
STM32F103主控
DHT11温湿度采集
HC-SR505人体感应采集
数据解析与阈值判断
人体状态判断
启动除湿风扇
关闭除湿风扇
启动UV防霉灯
开启照明LED
关闭照明LED
系统状态串口输出

流程图解读 ：

系统以STM32F103为核心，周期性采集温湿度与人体感应信号；温湿度模块判断除湿逻辑，人体感应模块控制照明逻辑，UV灯按固定周期工作实现防霉；所有执行状态通过串口实时上报，形成完整的闭环控制系统。

二、硬件电路设计与接线

2.1 核心引脚分配（STM32F103C8T6）

本系统所有GPIO均配置为推挽输出/上拉输入，无冲突、无复用，适合零基础开发。

外设模块 STM32引脚 引脚模式 功能说明
DHT11_DATA PA0 通用推挽 温湿度数据通信引脚
HC-SR505_OUT PA1 上拉输入 人体感应信号输入
除湿风扇控制 PB0 推挽输出 高电平启动风扇
UV防霉灯控制 PB1 推挽输出 高电平点亮UV灯
照明LED控制 PB2 推挽输出 高电平点亮照明灯

2.2 硬件接线注意事项

  1. DHT11必须外接10K上拉电阻，保证数据传输稳定
  2. 风扇、UV灯属于大功率外设，必须通过S8050三极管驱动，不可直接接GPIO
  3. HC-SR505模块供电为5V，输出信号为3.3V，可直接连接STM32引脚
  4. 所有模块共地，避免电平干扰导致数据异常

三、开发环境搭建

本项目使用Keil5 MDK-ARM 开发环境，固件库采用STM32F10x_StdPeriph_Driver V3.5.0标准库，无HAL库依赖，移植性极强。

3.1 环境配置步骤

  1. 安装Keil5 MDK，添加STM32F103C8T6芯片支持包
  2. 新建工程，选择STM32F103C8芯片，加载标准库
  3. 配置工程：开启C99模式，设置晶振为8MHz
  4. 添加本文提供的所有代码文件，直接编译下载即可运行

四、完整代码实现（可直接编译落地）

所有代码均标注文件名、完整注释，零基础可直接复制使用。

4.1 系统通用配置文件

文件名：sys.h

c 复制代码 
#ifndef __SYS_H
#define __SYS_H

#include "stm32f10x.h"

// 函数声明
void RCC_Configuration(void);    // 系统时钟配置
void GPIO_Configuration(void);  // GPIO初始化配置
void Delay_ms(uint16_t ms);     // 毫秒级延时
void Delay_us(uint32_t us);     // 微秒级延时

#endif

文件名：sys.c

c 复制代码 
#include "sys.h"

/************************************************
函数名称：RCC_Configuration
函数功能：配置系统时钟，开启所有外设时钟
入口参数：无
返回值  ：无
************************************************/
void RCC_Configuration(void)
{
    // 开启GPIOA、GPIOB时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
    // 开启串口1时钟（用于调试输出）
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
}

/************************************************
函数名称：GPIO_Configuration
函数功能：初始化所有GPIO引脚
入口参数：无
返回值  ：无
************************************************/
void GPIO_Configuration(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
    // PA0 DHT11 推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    // PA1 HC-SR505 上拉输入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    // PB0 PB1 PB2 推挽输出 控制风扇、UV灯、照明
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
    
    // 默认关闭所有外设
    GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0 | GPIO_Pin_1 | GPIO_Pin_2);
}

/************************************************
函数名称：Delay_ms
函数功能：毫秒级延时（8MHz晶振）
入口参数：ms 延时毫秒数
返回值  ：无
************************************************/
void Delay_ms(uint16_t ms)
{
    uint16_t i, j;
    for(i = 0; i < ms; i++)
        for(j = 0; j < 1120; j++);
}

/************************************************
函数名称：Delay_us
函数功能：微秒级延时
入口参数：us 延时微秒数
返回值  ：无
************************************************/
void Delay_us(uint32_t us)
{
    uint32_t i;
    for(i = 0; i < 8*us; i++);
}

4.2 串口调试驱动

文件名：usart.h

c 复制代码 
#ifndef __USART_H
#define __USART_H

#include "stm32f10x.h"

void USART1_Init(void);                // 串口初始化
void USART1_Send_String(char *str);    // 发送字符串
void USART1_Send_Num(uint16_t num);    // 发送数字

#endif

文件名：usart.c

c 复制代码 
#include "usart.h"
#include "sys.h"

/************************************************
函数名称：USART1_Init
函数功能：初始化串口1 波特率9600
入口参数：无
返回值  ：无
************************************************/
void USART1_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    
    // PA9 TX 推挽输出
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    // PA10 RX 上拉输入
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    // 串口配置
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure);
    
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}

/************************************************
函数名称：USART1_Send_String
函数功能：串口发送字符串
入口参数：str 字符串指针
返回值  ：无
************************************************/
void USART1_Send_String(char *str)
{
    while(*str)
    {
        while(USART_GetFlagStatus(USART1, USART_FLAG_TXE) == RESET);
        USART_SendData(USART1, *str);
        str++;
    }
}

/************************************************
函数名称：USART1_Send_Num
函数功能：串口发送数字
入口参数：num 待发送数字
返回值  ：无
************************************************/
void USART1_Send_Num(uint16_t num)
{
    char buf[10];
    sprintf(buf, "%d", num);
    USART1_Send_String(buf);
}

4.3 DHT11温湿度传感器驱动

文件名：dht11.h

c 复制代码 
#ifndef __DHT11_H
#define __DHT11_H

#include "stm32f10x.h"

// 引脚定义
#define DHT11_PIN GPIO_Pin_0
#define DHT11_PORT GPIOA

// 函数声明
uint8_t DHT11_Read_Data(uint8_t *temp, uint8_t *humi);
void DHT11_Input_Init(void);
void DHT11_Output_Init(void);

#endif

文件名：dht11.c

c 复制代码 
#include "dht11.h"
#include "sys.h"

/************************************************
函数名称：DHT11_Output_Init
函数功能：将DHT11引脚配置为推挽输出
************************************************/
void DHT11_Output_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DHT11_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(DHT11_PORT, &GPIO_InitStructure);
}

/************************************************
函数名称：DHT11_Input_Init
函数功能：将DHT11引脚配置为上拉输入
************************************************/
void DHT11_Input_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = DHT11_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
    GPIO_Init(DHT11_PORT, &GPIO_InitStructure);
}

/************************************************
函数名称：DHT11_Read_Data
函数功能：读取温湿度数据
入口参数：temp 温度指针，humi 湿度指针
返回值  ：0 成功 1 失败
************************************************/
uint8_t DHT11_Read_Data(uint8_t *temp, uint8_t *humi)
{
    uint8_t buf[5] = {0};
    uint8_t i, j;
    
    // 主机发送起始信号
    DHT11_Output_Init();
    GPIO_ResetBits(DHT11_PORT, DHT11_PIN);
    Delay_ms(20);
    GPIO_SetBits(DHT11_PORT, DHT11_PIN);
    Delay_us(30);
    
    // 等待DHT11响应
    DHT11_Input_Init();
    if(GPIO_ReadInputDataBit(DHT11_PORT, DHT11_PIN) == 0)
    {
        // 等待低电平结束
        while(GPIO_ReadInputDataBit(DHT11_PORT, DHT11_PIN) == 0);
        // 等待高电平结束
        while(GPIO_ReadInputDataBit(DHT11_PORT, DHT11_PIN) == 1);
        
        // 读取40位数据
        for(j = 0; j < 5; j++)
        {
            for(i = 0; i < 8; i++)
            {
                while(GPIO_ReadInputDataBit(DHT11_PORT, DHT11_PIN) == 0);
                Delay_us(40);
                if(GPIO_ReadInputDataBit(DHT11_PORT, DHT11_PIN) == 1)
                {
                    buf[j] |= (1 << (7 - i));
                }
                while(GPIO_ReadInputDataBit(DHT11_PORT, DHT11_PIN) == 1);
            }
        }
        
        // 校验数据
        if(buf[0] + buf[1] + buf[2] + buf[3] == buf[4])
        {
            *humi = buf[0];
            *temp = buf[2];
            return 0;
        }
    }
    return 1;
}

4.4 智能衣柜主逻辑代码

文件名：main.c

c 复制代码 
#include "sys.h"
#include "usart.h"
#include "dht11.h"

// 阈值定义
#define HUMI_MAX 60    // 湿度上限 超过启动除湿
#define UV_CYCLE 30000 // UV灯工作周期 30秒一次
#define LIGHT_DELAY 5000 // 照明延时5秒关闭

int main(void)
{
    uint8_t temperature, humidity;
    uint8_t read_flag;
    uint32_t uv_timer = 0;
    uint32_t light_timer = 0;
    uint8_t human_state = 0;
    
    // 系统初始化
    RCC_Configuration();
    GPIO_Configuration();
    USART1_Init();
    Delay_ms(1000);
    
    USART1_Send_String("========智能衣柜系统启动========\r\n");
    
    while(1)
    {
        // 1. 读取温湿度
        read_flag = DHT11_Read_Data(&temperature, &humidity);
        
        if(read_flag == 0)
        {
            // 串口打印数据
            USART1_Send_String("温度：");
            USART1_Send_Num(temperature);
            USART1_Send_String("℃  湿度：");
            USART1_Send_Num(humidity);
            USART1_Send_String("%\r\n");
            
            // 2. 自动除湿逻辑
            if(humidity >= HUMI_MAX)
            {
                GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0); // 启动风扇
                USART1_Send_String("[除湿] 湿度超标，风扇已开启\r\n");
            }
            else
            {
                GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_0); // 关闭风扇
                USART1_Send_String("[除湿] 湿度正常，风扇已关闭\r\n");
            }
        }
        else
        {
            USART1_Send_String("[错误] DHT11数据读取失败\r\n");
        }
        
        // 3. 防霉UV灯定时控制
        uv_timer++;
        if(uv_timer >= UV_CYCLE)
        {
            GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_1);  // 开启UV灯
            USART1_Send_String("[防霉] UV杀菌灯已开启\r\n");
            Delay_ms(2000);                   // 杀菌2秒
            GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_1); // 关闭UV灯
            USART1_Send_String("[防霉] UV杀菌灯已关闭\r\n");
            uv_timer = 0;
        }
        
        // 4. 人体感应照明
        human_state = GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA, GPIO_Pin_1);
        if(human_state == 1)
        {
            GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_2); // 开启照明
            light_timer = 0;                 // 清零计时器
            USART1_Send_String("[照明] 检测到人体，灯已开启\r\n");
        }
        else
        {
            light_timer++;
            if(light_timer >= LIGHT_DELAY)
            {
                GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_2); // 关闭照明
                USART1_Send_String("[照明] 无人活动，灯已关闭\r\n");
                light_timer = LIGHT_DELAY;
            }
        }
        
        Delay_ms(100); // 采样周期100ms
    }
}

五、代码深度解析与工程说明

5.1 核心逻辑解析

  1. 温湿度采集逻辑

    DHT11采用单总线通信，主机发送起始信号后，传感器响应并输出40位数据（湿度整数+湿度小数+温度整数+温度小数+校验位）。本项目仅使用整数部分，满足衣柜环境精度需求。

  2. 除湿控制逻辑

    设定湿度阈值60%RH，超过该值说明衣柜内环境潮湿，自动启动风扇加速空气流通；湿度低于阈值时自动关闭，实现节能与自动化。

  3. 防霉UV灯逻辑

    采用周期性工作模式，每30秒开启一次UV灯，持续2秒杀菌，既保证防霉效果，又延长UV灯寿命。

  4. 人体感应照明逻辑

    HC-SR505检测到人体时立即开灯，无人状态下延时5秒关闭，避免频繁开关，提升使用体验。

5.2 零基础编译说明

  1. 将所有文件添加到Keil5工程目录
  2. 确保标准库文件完整包含
  3. 配置晶振为8MHz，编译输出hex文件
  4. 通过USB-TTL下载器将程序烧录至STM32F103C8T6
  5. 打开串口调试助手，波特率9600，即可查看系统运行状态

六、故障排查与避坑方案

6.1 DHT11读取失败

  1. 成因：接线错误、无上下拉电阻、延时函数精度错误
  2. 解决方案：检查PA0接线，增加10K上拉电阻，使用本文标准延时函数

6.2 风扇/UV灯/LED不工作

  1. 成因：GPIO输出电平错误、三极管驱动损坏、电源供电不足
  2. 解决方案：测量GPIO输出电平，更换S8050三极管，保证5V电源电流≥1A

6.3 人体感应误触发/不触发

  1. 成因：模块灵敏度调节不当、环境干扰
  2. 解决方案：旋转HC-SR505电位器调节灵敏度，远离金属与磁场环境

6.4 串口乱码

  1. 成因：波特率不匹配、晶振配置错误
  2. 解决方案：串口助手设置9600波特率，工程配置8MHz晶振

七、性能优化与工程升级方向

7.1 低功耗优化

  1. 系统空闲时进入STOP休眠模式
  2. 传感器采用间断式采集，降低功耗

7.2 功能升级

  1. 添加OLED屏幕，本地显示温湿度数据
  2. 接入ESP8266模块，实现WiFi远程监控与控制
  3. 添加蓝牙模块，支持手机APP控制

7.3 稳定性优化

  1. 增加数据滤波算法，剔除DHT11异常数据
  2. 添加外设故障检测，自动报警与保护

八、总结

本文完整实现了基于STM32F103的智能衣柜系统，包含除湿、防霉、照明三大核心功能，所有硬件接线、代码、调试方案均为实战落地版本，零基础开发者可直接复刻。

系统采用模块化设计，代码结构清晰、注释完整、无冗余逻辑，可直接应用于毕业设计、DIY项目、智能家居产品开发。通过本文学习，可快速掌握STM32外设驱动、传感器应用、自动化控制逻辑等核心技能。

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