0276基于STM32的恒温箱水温控制系统 Proteus仿真原理图PCB设计

【前言】

hello 大家好，今天给大家讲一讲基于STM32的恒温箱水温控制系统，这个和之前我们讲过的基于51单片机的系统功能类似，主要是通过该项目进一步熟悉32单片机的应用。

本次项目采用的硬件是B01主板 + S002 18B20传感器转接板 + S015 MOS管驱动模块(配合风扇和加热棒)的组合，通过按键可设置温度范围，通过LCD1602液晶可以实时显示当前温度及温度范围设定，超过温度设定范围将启动加热棒加热或风扇冷却，超过温度一定时间将声光报警。

【仿真设计】

下面是该项目的仿真图，模块化设计并配有功能说明，实现良好的易读性和移植性。（仿真文件为V8.11版本的，大家可以在此下载安装该版本：http://www.jh-tec.cn/archives/5696）

【硬件电路设计】

下面是该设计的整体原理图和PCB设计概览，原理图模块化分布，每部分都备注有对应的功能名称，便于阅读；PCB设计采用的3D封装的器件，主要是方便配合结构设计。

B01主板原理图PCB：

* 关于S015 MOS驱动模块该模块的原理图如下图所示，使用的MOS管型号是AO4459，该管子支持连续漏极电流（Id）为5.8A，能满足绝大多数应用的功率；漏极的电源电压钛叔这里加了一个跳线帽可以直接接控制板过来的5V电压，同时预留了一个DC3-005座子，可以外接其他电源，比如电磁锁所需要的12V就可以通过此接口供电；源极设计了5.0mm的接线座子、XH2.54接口以及USB2.0立式母头（该座子主要是用于台灯路灯等项目）；

这里需要注意一下原理图中的控制部分，最开始钛叔选用的三极管是一个PNP的SS8550，但是回来测试发现了一个问题：当外部供电12V的时候，单片机的最高电压为5V，此时无论如何发射极的电压都高于基极，因此是无法控制三极管的开关的，所以钛叔后来改为NPN管子，但是由于单片机的初始默认电平是高，所以启动的时候为了避免误启动，钛叔这里采用了两个NPN，控制信号为低电平的时候MOS管导通，而高电平MOS管不通。

* S002 18B20传感器转接板该模块的原理图如下图所示，钛叔这次设计的18B20转接板可以外接常用的数字芯片封装，也可以通过XH2.54的接口外接防水型的18B20传感器，大家可以根据自己需求来选择，另外，数据和电源输入接口兼并了排针和XH2.54座子，其线序可直接与A01多功能板对接。

下面详细介绍一些设计注意点哈，抛砖引玉~

1、关于MCU 本次项目采用的MCU是STM32F103RCT6(仿真图和电路图均是该型号)，最小系统如下图所示，BOOT0和BOOT1的处理方式可以参考下图，钛叔用10k电阻到地，然后上拉510Ω通过跳线帽到3.3V，如果需要高电平就插上跳线帽，不插即表示低电平，其他部分都很简单，这里不赘述具体原理。另说一句，在我们调试MCU小系统的时候，如果工作异常，无论什么类型芯片，首先第一步就是检查芯片的供电电源是否正常，再之后检测晶振和复位，绝大多数的问题都是出在这三个地方，钛叔记得以前学生时代有一次调试51单片机就始终下不进去程序，电源正常，复位也正常，最后发现就是晶振的谐振电容错焊成了1000pf，导致晶振起振失败，诸如类似的问题都可能导致芯片启动失败，所以大家按照我上述的三个点出发去调试，就一定能够解决问题。

2、关于电源 如下图所示，钛叔在设计电源接口的时候根据实际使用情况多方面考虑，设计了两种接口方式——排针和miniUSB，排针可以用在杜邦线供电的情况（根据板载丝印正确插入，切记别插反），miniUSB供电的方式比较推荐，可以避免插反烧坏板子情况。钛叔这里之所以采用miniUSB而不是microUSB，主要原因是由于microUSB体积比较小，在开放性板子上面多次拔插容易给搞坏导致接触不良（所谓开放性板子就是无结构件固定的裸板），所以这里钛叔没有采用microUSB。

电源开关部分钛叔采用的是8.5x8.5的自锁开关，这里需要注意就是自锁开关的方向，有部分同学焊接反了导致按下时候为电源关断，弹上来是电源闭合。

钛叔在该设计板上习惯性放了三个MRK点，如果大家有需要量产的需求，且板子比较大不会涉及拼版的情况，就记得放，如果后面是需要拼版的话，可以在最终的大板上放MRK点。

因为STM32供电需求是3.3V，本系统电源输入为5V，所以板上设计了一路3.3V线性电源。这里需要注意线性电源尽量要选用电流达到1A以上的，以满足部分功耗较大的模块。钛叔这里使用的是AMS117，该芯片的性价比很高，推荐大家使用，不过一定要去代理商或者嘉立创拿货，淘宝上很多假货。

3、关于显示 B01电路板可以兼容LCD1602、LCD12864以及OLED三种显示器，电路图如下图所示，因为STM32单片机的工作电压为3.3V，因此选用LCD的时候也需要选用对应电平，LCD1602和LCD12864记得买3.3V电平的型号，OLED的工作电压一般兼容了3.3V和5V。大家可以根据自己的项目需求来选择显示器，如果显示内容比较多，比如贪吃蛇之类的游戏的项目就可以选择LCD12864，如果需要注重显示效果就可以选择OLED，如果显示内容不多也不怎么注重效果就可以选择LCD1602。

本次项目钛叔采用的是LCD1602，LCD1602的R/W引脚，大多数的情况下直接接地保持写操作就行，如果是一些项目需要读操作的话，就需要把该引脚接入单片机（类似于示波器或者贪吃蛇这种项目）；VL引脚是调试对比度的，如果事先不知道这个分压参数，用的是电位器的话，很可能第一次使用时候分压不合适导致显示屏亮的但没有东西，就误以为是自己程序的问题，这个问题钛叔以前也犯过，捣鼓了半天才发现是对比度没有调好，其实程序早已经再运行，如果大家是在某宝上买的液晶屏，大多数都是满足下边的分压参数，大家可以参考参考哈。

4、关于按键 B01多功能板载有6个按键，可以满足绝大多数的应用，如果不够的话，可以通过外接矩阵键盘的方式扩展。板载按键的型号钛叔采用的是贴片的6*6轻触按键，这里需要提醒大家的是，如果大家采用的回流焊机子，一定要注意购买耐高温的元器件，一般如果用编带的按键基本能过高温，如果是袋装的散件很可能就过不了，按钮部分很容易被烤坏，这里提醒大家一下。

5、关于报警 B01多功能板载有声光报警，报警电路部分原理很简单，大家可以参考下图，一个蜂鸣器加LED就可以实现，这里需要注意两个地方，第一是蜂鸣器建议大家选用有源的，操作简单很多，另外就是电压需要选择对应的，钛叔这里采用的是3.3V的HNB09A05 (实测的时候发现5V额定电压的蜂鸣器焊接在这里也可以用😄)。