基于STM32实现智能风扇控制系统

本教程将详细介绍如何在STM32嵌入式系统中使用C语言实现智能风扇控制系统，包括如何通过STM32读取温度传感器数据、控制风扇速度、实现串口通信控制等。本文包括环境准备、基础知识、代码示例、应用场景及问题解决方案和优化方法。

2. 环境准备

硬件准备

开发板：STM32F407 Discovery Kit
调试器：ST-LINK V2或板载调试器
风扇：DC风扇
温度传感器：如LM35或DS18B20
显示屏：如1602 LCD或OLED显示屏（可选）
电源：5V电源适配器

软件准备

集成开发环境（IDE）：STM32CubeIDE或Keil MDK
调试工具：STM32 ST-LINK Utility或GDB
库和中间件：STM32 HAL库

安装步骤

下载并安装 STM32CubeMX
下载并安装 STM32CubeIDE
配置STM32CubeMX项目并生成STM32CubeIDE项目
安装必要的库和驱动程序

3. 智能风扇控制系统基础

控制系统架构

智能风扇控制系统通常由多个子系统组成，包括：

传感器系统：用于检测环境温度
控制系统：用于控制风扇的开关和速度
显示系统：显示当前温度和风扇状态（可选）
通信系统：用于通过串口接收和发送控制命令

功能描述

通过温度传感器采集环境温度数据，根据预设的温度阈值自动调节风扇的速度。同时，支持通过串口命令手动控制风扇的开关和速度，实现智能化和远程控制。

4. 代码示例：实现智能风扇控制系统

4.1 PWM控制风扇速度

配置PWM

使用STM32CubeMX配置PWM：

打开STM32CubeMX，选择您的STM32开发板型号。
在图形化界面中，找到需要配置的定时器引脚，设置为PWM输出模式。
生成代码并导入到STM32CubeIDE中。

实现代码

#include "stm32f4xx_hal.h"

TIM_HandleTypeDef htim3;

void PWM_Init(void) {
    __HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE();

    TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};
    htim3.Instance = TIM3;
    htim3.Init.Prescaler = 84 - 1;
    htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
    htim3.Init.Period = 1000 - 1;
    htim3.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
    htim3.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
    HAL_TIM_PWM_Init(&htim3);

    sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
    sConfigOC.Pulse = 0;
    sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
    sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
    HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim3, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);

    HAL_TIM_PWM_Start(&htim3, TIM_CHANNEL_1);
}

void Set_Fan_Speed(uint16_t speed) {
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, speed);
}

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    PWM_Init();

    while (1) {
        Set_Fan_Speed(500);  // 设置风扇速度为50%
        HAL_Delay(1000);
        Set_Fan_Speed(1000); // 设置风扇速度为100%
        HAL_Delay(1000);
    }
}

4.2 温度传感器数据读取

配置ADC

使用STM32CubeMX配置ADC：

打开STM32CubeMX，选择您的STM32开发板型号。
在图形化界面中，找到需要配置的ADC引脚，设置为模拟输入模式。
生成代码并导入到STM32CubeIDE中。

实现代码

#include "stm32f4xx_hal.h"

ADC_HandleTypeDef hadc1;

void ADC_Init(void) {
    __HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE();

    ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};
    hadc1.Instance = ADC1;
    hadc1.Init.ScanConvMode = DISABLE;
    hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;
    hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
    hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
    hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
    hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;
    HAL_ADC_Init(&hadc1);

    sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0;
    sConfig.Rank = 1;
    sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_3CYCLES;
    HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig);

    HAL_ADC_Start(&hadc1);
}

uint32_t ADC_Read(void) {
    HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, HAL_MAX_DELAY);
    return HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
}

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    ADC_Init();

    uint32_t adcValue;
    float temperature;

    while (1) {
        adcValue = ADC_Read();
        temperature = (adcValue * 3.3 / 4096.0) * 100;  // 假设使用LM35，输出电压线性对应温度
        // 处理温度数据，调整风扇速度
        if (temperature > 30) {
            Set_Fan_Speed(1000);  // 高速
        } else if (temperature > 20) {
            Set_Fan_Speed(500);   // 中速
        } else {
            Set_Fan_Speed(0);     // 关闭风扇
        }
        HAL_Delay(1000);
    }
}

4.3 串口通信控制

配置USART

使用STM32CubeMX配置USART：

打开STM32CubeMX，选择您的STM32开发板型号。
在图形化界面中，找到需要配置的USART引脚，设置为串口通信模式。
生成代码并导入到STM32CubeIDE中。

实现代码

#include "stm32f4xx_hal.h"
#include <string.h>

UART_HandleTypeDef huart2;

void UART_Init(void) {
    __HAL_RCC_USART2_CLK_ENABLE();
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_2 | GPIO_PIN_3;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    GPIO_InitStruct.Alternate = GPIO_AF7_USART2;
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

    huart2.Instance = USART2;
    huart2.Init.BaudRate = 115200;
    huart2.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
    huart2.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
    huart2.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
    huart2.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
    huart2.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
    huart2.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
    HAL_UART_Init(&huart2);
}

void UART_Receive_Command(char *buffer, uint16_t size) {
    HAL_UART_Receive(&huart2, (uint8_t *)buffer, size, HAL_MAX_DELAY);
}

int main(void) {
    HAL_Init();
    SystemClock_Config();
    PWM_Init();
    ADC_Init();
    UART_Init();

    char command[10];
    uint32_t adcValue;
    float temperature;

    while (1) {
        UART_Receive_Command(command, 10);
        if (strcmp(command, "HIGH") == 0) {
            Set_Fan_Speed(1000);  // 高速
        } else if (strcmp(command, "MEDIUM") == 0) {
            Set_Fan_Speed(500);   // 中速
        } else if (strcmp(command, "LOW") == 0) {
            Set_Fan_Speed(250);   // 低速
        } else if (strcmp(command, "OFF") == 0) {
            Set_Fan_Speed(0);     // 关闭风扇
        }

        adcValue = ADC_Read();
        temperature = (adcValue * 3.3 / 4096.0) * 100;  // 假设使用LM35，输出电压线性对应温度

        // 自动调节风扇速度
        if (temperature > 30) {
            Set_Fan_Speed(1000);  // 高速
        } else if (temperature > 20)