基于智能传感器的环境监测人机界面（HMI）解决方案

该项目实现了对土壤环境中空气温度、土壤湿度及光强度的实时监测，并通过STONE串口屏进行显示。基于智能传感器的人机界面（HMI）解决方案，适用于环境监测。

STONE串口屏可通过串口发送指令，立即控制屏幕上的各类控制模块及窗口。该外部项目在图形用户界面（GUI）中新增曲线控制功能，便于用户进行长期数据分析及数据对比。

硬件准备：

1. 5英寸STONE串口屏
2. STM32F103C8T6
3. JLINK仿真器
4. 温度湿度传感器
5. 光传感器
6. 土壤湿度传感器

软件准备：

1. STONE Designer
2. STM32 CubeMX
3. Keil uVision5

基于智能传感器的环境监测HMI解决方案GUI生产流程：

1.对于新的GUI项目，需根据屏幕尺寸选择第三个选项。本项目采用3.5英寸屏幕，因此分辨率为320×240。

2.随后放置控制组件并添加背景图像。本项目主要使用按钮控制、标签控制、图表视图控制和图像控制。设计过程简单易用。主页左侧有两个按钮。一个用于跳转至实时参数显示页面，另一个为周数据记录页面。

在设计过程中，只需将顶部控制栏中的按钮控件拖动至中央绘图区域，然后根据需求在右侧属性区域修改背景图像或按钮效果， 微笑表情是将图像控件也拖动到中心位置，然后修改属性。效果如下：

3.然后在左侧项目区域右键点击项目名称，创建一个新的空白窗口

4.上一页的设计步骤完成了部分标签控件和图像控件的布局。效果如下：

5.在第三页放置一个图表视图控件，效果如下：

6.项目设计完成后，点击左上角调试菜单下的下载按钮，然后根据提示选择输出目录。软件将自动生成系统文件。效果如下：

7.可将效果下载至USB接口的默认文件夹，然后输出至以下位置：

基于智能传感器的环境监测HMI解决方案 程序制作流程：

1.打开STM32CubeMX软件，选择MCU型号为STM32F103C8T6，首先配置外部高速和低速时钟源以选择RCC，然后配置时钟树，使用外部高速晶振，最大频率调制为72MHz。效果如下：

2.然后打开调试端口，效果如下：

3.然后配置串口，选择USART1和异步模式，分别添加DMA通道用于TX和Rx，然后启用USART1的全局中断。其他属性保持默认，效果如下：

4.然后配置ADC以采集土壤湿度传感器和光敏传感器的模拟值。这两个传感器的工作电压范围为3.3V-5V，输出信号为模拟信号。因此，需打开两个ADC通道接收数据。此处打开ADC1的in1和in2通道。不使用DMA，通过间歇+扫描模式读取数据。在此配置中，需注意开启不连续转换模式并将通道数设置为2。

5.DHT11模块用于温度采集，驱动时需要微秒级信号。因此，可通过定时器TIM2配置一个1MHz定时器。根据之前的时钟配置，定时器时钟在APB2总线为72MHz，因此这里的前置分频频率为72-1=71，过载值设置为最大值65535。效果如下：

6.然后设置输出配置，选择MDK，版本V5，并生成代码。效果如下：

7.项目生成后，输出路径下的核心目录下有两个文件夹。Inc存储头文件，Src存储源文件。我们可以在此添加STONE串口屏幕的库文件，以便指令与屏幕之间的交互。目录如下：

8.STONE的库文件在官方网站上有链接。首先进入STONE官方网站，然后点击下图左下角的串口库链接地址，如下所示：

9.在新页面中， 可以看到相同的 Inc 和 SRC 文件夹，以及一些示例和说明。然后根据说明文档的步骤将库迁移到本地项目，链接如下：

文库

10.由于在配置STM32CubeMX时未设置为每个外设生成独立文件，外设配置也位于主C文件中，因此主文件直接附加在C文件末尾。文档内容：

环境监测HMI设计代码：

/* USER CODE BEGIN Header */
/**
******************************************************************************
* @file           : main.c
* @brief          : Main program body
******************************************************************************
* @attention
*
* Copyright (c) 2022 STMicroelectronics.
* All rights reserved.
*
* This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
* in the root directory of this software component.
* If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
*
******************************************************************************
*/
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "dht11.h"
#include "STONE.h"
/* USER CODE END Includes */
/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */
/* USER CODE END PTD */
/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */
/* USER CODE END PD */
/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */
extern unsigned char transport_over_flage;
/* USER CODE END PM */
/* Private variables ---------------------------------------------------------*/
ADC_HandleTypeDef hadc1;
TIM_HandleTypeDef htim2;
UART_HandleTypeDef huart1;
DMA_HandleTypeDef hdma_usart1_tx;
DMA_HandleTypeDef hdma_usart1_rx;
/* USER CODE BEGIN PV */
uint8_t hal_tim1_flag;
uint32_t ADC_Value[2];
float ad1,ad2;
int ad2_32;
uint16_t temperature;
uint16_t humidity;
char humi_text[3],temp_text[4];
/* USER CODE END PV */
/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_ADC1_Init(void);
static void MX_USART1_UART_Init(void);
static void MX_DMA_Init(void);
static void MX_TIM2_Init(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */
void delay_us(uint16_t us);
/* USER CODE END PFP */
/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
int humi_calc(int value){
int reference_value,value2;
reference_value = 3299;
value2 = reference_value - value;
if (value2 > 0)
{
div_t a = div(value2, 20);
if(a.quot>=100)return 100;
return a.quot;
}
else return 0;
}
/* USER CODE END 0 */
/**
* @brief  The application entry point.
* @retval int
*/
int main(void)
{
/* USER CODE BEGIN 1 */
/* USER CODE END 1 */
/* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/
/* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
HAL_Init();
/* USER CODE BEGIN Init */
/* USER CODE END Init */
/* Configure the system clock */
SystemClock_Config();
/* USER CODE BEGIN SysInit */
/* USER CODE END SysInit */
/* Initialize all configured peripherals */
MX_GPIO_Init();
MX_ADC1_Init();
MX_USART1_UART_Init();
MX_DMA_Init();
MX_TIM2_Init();
/* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1);
// HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim1);
/* USER CODE END 2 */
/* Infinite loop */
/* USER CODE BEGIN WHILE */
while(DHT11_Init()){
HAL_Delay(500);
}
while (1)
{
/* USER CODE END WHILE */
/* USER CODE BEGIN 3 */
HAL_Delay(1000);
for(uint8_t i=0;i<2;i++)
{
HAL_ADC_Start(&hadc1);
HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1,0xffff);
ADC_Value[i]=HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
}
HAL_ADC_Stop(&hadc1);
DHT11_Read_Data(&temperature,&humidity);
ad1 = (float)(ADC_Value[0]&0xFFF)*3.3/4096;
ad2 = (float)(ADC_Value[1]&0xFFF)*3.3/4096;
ad2_32=ad2*1000+0.5;
ad2_32=humi_calc(ad2_32);
sprintf(humi_text,"%d",ad2_32);
sprintf(temp_text,"%d",temperature>>8);
if(ad1<2)
set_text("label", "light", "light");
if(ad1>2)
set_text("label", "light", "lightless");
set_text("label", "humi", humi_text);
set_text("label", "temp", temp_text);
}
/* USER CODE END 3 */
}
/**
* @brief System Clock Configuration
* @retval None
*/
void SystemClock_Config(void)
{
RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
RCC_PeriphCLKInitTypeDef PeriphClkInit = {0};
/** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
* in the RCC_OscInitTypeDef structure.
*/
RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
RCC_OscInitStruct.HSIState = RCC_HSI_ON;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;
if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
*/
RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;
RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
PeriphClkInit.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_ADC;
PeriphClkInit.AdcClockSelection = RCC_ADCPCLK2_DIV6;
if (HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&PeriphClkInit) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
}
/**
* @brief ADC1 Initialization Function
* @param None
* @retval None
*/
static void MX_ADC1_Init(void)
{
/* USER CODE BEGIN ADC1_Init 0 */
/* USER CODE END ADC1_Init 0 */
ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};
/* USER CODE BEGIN ADC1_Init 1 */
/* USER CODE END ADC1_Init 1 */
/** Common config
*/
hadc1.Instance = ADC1;
hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_ENABLE;
hadc1.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;
hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = ENABLE;
hadc1.Init.NbrOfDiscConversion = 1;
hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
hadc1.Init.NbrOfConversion = 2;
if (HAL_ADC_Init(&hadc1) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/** Configure Regular Channel
*/
sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_1;
sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1;
sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_13CYCLES_5;
if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/** Configure Regular Channel
*/
sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_2;
sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_2;
if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/* USER CODE BEGIN ADC1_Init 2 */
/* USER CODE END ADC1_Init 2 */
}
/**
* @brief TIM2 Initialization Function
* @param None
* @retval None
*/
static void MX_TIM2_Init(void)
{
/* USER CODE BEGIN TIM2_Init 0 */
/* USER CODE END TIM2_Init 0 */
TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};
/* USER CODE BEGIN TIM2_Init 1 */
/* USER CODE END TIM2_Init 1 */
htim2.Instance = TIM2;
htim2.Init.Prescaler = 71;
htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
htim2.Init.Period = 65535;
htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
htim2.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
if (HAL_TIM_Base_Init(&htim2) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim2, &sClockSourceConfig) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim2, &sMasterConfig) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/* USER CODE BEGIN TIM2_Init 2 */
/* USER CODE END TIM2_Init 2 */
}
/**
* @brief USART1 Initialization Function
* @param None
* @retval None
*/
static void MX_USART1_UART_Init(void)
{
/* USER CODE BEGIN USART1_Init 0 */
/* USER CODE END USART1_Init 0 */
/* USER CODE BEGIN USART1_Init 1 */
/* USER CODE END USART1_Init 1 */
huart1.Instance = USART1;
huart1.Init.BaudRate = 115200;
huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
/* USER CODE BEGIN USART1_Init 2 */
/* USER CODE END USART1_Init 2 */
}
/**
* Enable DMA controller clock
*/
static void MX_DMA_Init(void)
{
/* DMA controller clock enable */
__HAL_RCC_DMA1_CLK_ENABLE();
/* DMA interrupt init */
/* DMA1_Channel4_IRQn interrupt configuration */
HAL_NVIC_SetPriority(DMA1_Channel4_IRQn, 0, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA1_Channel4_IRQn);
/* DMA1_Channel5_IRQn interrupt configuration */
HAL_NVIC_SetPriority(DMA1_Channel5_IRQn, 0, 0);
HAL_NVIC_EnableIRQ(DMA1_Channel5_IRQn);
}
/**
* @brief GPIO Initialization Function
* @param None
* @retval None
*/
static void MX_GPIO_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
/* GPIO Ports Clock Enable */
__HAL_RCC_GPIOC_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOD_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();
/*Configure GPIO pin Output Level */
HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET);
/*Configure GPIO pin : PA10 */
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_10;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_AF_PP;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
/*Configure GPIO pin : PB5 */
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_5;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLDOWN;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);
}
/* USER CODE BEGIN 4 */
void HAL_UART_TxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
if (STONE_uart_get_flag(USER_UART))
transport_over_flage = 1;
}
void delay_us(uint16_t us){
uint16_t differ = 0xffff-us-5;
__HAL_TIM_SET_COUNTER(&htim2,differ);
HAL_TIM_Base_Start(&htim2);
while(differ < 0xffff-5){
differ = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim2);
}
HAL_TIM_Base_Stop(&htim2);
}
//void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
//{
//    if (htim == (&htim1)) //1s
//    {
//// DHT11_Read_Data(&temperature,&humidity);
// for(uint8_t i=0;i<2;i++)
//      {
//          HAL_ADC_Start(&hadc1);
//          HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1,0xffff);
//          ADC_Value[i]=HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
//      }
// HAL_ADC_Stop(&hadc1);
// ad1 = (float)(ADC_Value[0]&0xFFF)*3.3/4096;
// ad2 = (float)(ADC_Value[1]&0xFFF)*3.3/4096;
// hal_tim1_flag = 1;
//    }
//}
/* USER CODE END 4 */
/**
* @brief  This function is executed in case of error occurrence.
* @retval None
*/
void Error_Handler(void)
{
/* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
/* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
__disable_irq();
while (1)
{
}
/* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}
#ifdef  USE_FULL_ASSERT
/**
* @brief  Reports the name of the source file and the source line number
*         where the assert_param error has occurred.
* @param  file: pointer to the source file name
* @param  line: assert_param error line source number
* @retval None
*/
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
/* USER CODE BEGIN 6 */
/* User can add his own implementation to report the file name and line number,
ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
/* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */


基于智能传感器的环境监测视频HMI解决方案