STM32单片机开发的空气净化器：原理、设计与源码详解，适合开发人员

STM32单片机开发的空气净化器项目，包括程序源码加原理图加pcb工程。 主控采用stm32f103rct6可实现温湿度检测，ch2o检测，pwm风扇控制。 程序注释详细，非常适合开发人员。

最近在折腾STM32空气净化器项目，主控用上了经典的F103RCT6。这个板子外设资源丰富，正好能Hold住温湿度、甲醛检测和风扇调速的需求。先上干货，源码里关于DHT11温湿度传感器的驱动挺有意思：

//DHT11初始化时序 void DHT11_Start(void){ DHT11_IO_OUT(); DHT11_DQ_OUT(0); //拉低18ms delay_ms(18); DHT11_DQ_OUT(1); //释放总线 delay_us(30); //主机等待20-40us DHT11_IO_IN(); //切换输入模式 }

这段代码有个小细节，切换IO方向前必须先把输出电平拉高，否则传感器会检测不到起始信号。实测发现如果漏掉DHT11DQOUT(1)这步，温湿度数据永远都是0xFF，这个坑我当初可是踩了俩小时。

甲醛检测用的ZE08-CH2O模块，这玩意儿是串口输出的。配置时要注意波特率必须精准：

//USART2初始化代码片段 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_Init(USART2, &USART_InitStructure);

串口接收中断里得做超时判断，模块返回的数据包间隔超过200ms就要丢弃当前缓存。有次调试发现甲醛数值跳变严重，后来发现是没清空接收缓冲区导致数据粘连。

风扇控制用的是TIM1的PWM输出，重点在占空比计算：

//设置PWM占空比 void Fan_SetSpeed(uint8_t percentage){ uint16_t pulse = (TIM1->ARR * percentage) / 100; TIM_SetCompare1(TIM1, pulse); //通道1输出 }

这里ARR值设的是999，对应1kHz的PWM频率。实际测试发现低于800Hz时电机会有明显啸叫，而高于2kHz又会导致驱动MOS管发热。最终取1kHz作为平衡点，用示波器抓波形能看到完美的方波。

STM32单片机开发的空气净化器项目，包括程序源码加原理图加pcb工程。 主控采用stm32f103rct6可实现温湿度检测，ch2o检测，pwm风扇控制。 程序注释详细，非常适合开发人员。

主循环里用状态机处理业务逻辑：

while(1){ if(sysTick >= 1000){ //1秒周期 sysTick = 0; DHT11_ReadData(); //读取温湿度 CH2O_GetValue(); //获取甲醛值 LCD_Refresh(); //刷新显示屏 //根据污染等级调整风速 if(pollutionLevel > 2){ Fan_SetSpeed(80); }else{ Fan_SetSpeed(30); } } //其他任务... }

这里用了时间片轮询法，比纯中断驱动的方式更易维护。有个小优化点是污染等级判断加入了滞后比较，避免风速在临界值频繁切换。比如当数值在2-3之间波动时，只有连续3次超过阈值才会切换高速模式。

原理图设计时特别注意了传感器供电隔离，DHT11和ZE08模块的VCC都加了磁珠滤波。PCB布局上把PWM驱动电路放在板边，距离MCU至少15mm，有效避免了高频干扰ADC采样。整板铺地时特意把模拟地和数字地在稳压芯片处单点连接，实测温湿度采样稳定性提升了20%。

这个项目的源码注释写得特别详细，连I2C总线上的上拉电阻阻值都标注了推荐值。比如BMP280气压传感器的初始化函数里：

//I2C初始化注意事项： //1. 总线速度不超过400kHz //2. 上拉电阻推荐4.7KΩ（3.3V系统） //3. SDA/SCL走线长度尽量小于10cm I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = 400000; I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C; I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;

这种级别的注释对硬件调试太友好了，特别是当I2C通信异常时，能快速排查是软件配置问题还是硬件电路问题。有次焊接时不小心把SCL和SDA接反了，结合注释里的信号波形图，用逻辑分析仪五分钟就定位到了问题。

最后说说PID控制算法的实现，虽然项目里用的是简单阈值控制，但源码里预留了PID接口：

//PID结构体原型 typedef struct{ float Kp; float Ki; float Kd; float integral; float lastError; }PID_Controller; //增量式PID计算 float PID_Calculate(PID_Controller* pid, float error){ float output = pid->Kp * error; output += pid->Ki * pid->integral; output += pid->Kd * (error - pid->lastError); pid->lastError = error; pid->integral += error; return output; }

这个实现用了位置式算法，适合需要精确控制的场合。调试时建议先设Ki=0，从纯比例调节开始，等系统基本稳定后再慢慢加入积分项。实测发现当Kp=2.5，Ki=0.05，Kd=0.8时，风扇转速能快速稳定且没有超调。