STM32F103C8T6 + DS18B20 + 0.96寸OLED：手把手教你做一个带报警功能的桌面温度计（附源码）-编程实验室

STM32F103C8T6与DS18B20打造智能温度监测系统：从硬件搭建到报警逻辑实现

在创客圈子里，温度监测项目一直是最受欢迎的入门实践之一。它既能帮助初学者理解嵌入式系统的基本工作原理，又能通过实际可见的温度变化增强学习成就感。本文将带你使用STM32F103C8T6这款性价比极高的MCU，配合DS18B20温度传感器和0.96寸OLED屏幕，构建一个功能完整的智能温度监测系统。不同于简单的温度显示，我们还将实现可配置的温度报警功能，让这个小项目具备真正的实用价值。

1. 硬件选型与连接方案

1.1 核心组件介绍

STM32F103C8T6作为本项目的控制核心，是一款基于ARM Cortex-M3内核的32位微控制器。它具备以下关键特性：

72MHz主频，64KB Flash，20KB RAM
37个通用I/O口
2个I2C接口（用于OLED通信）
丰富的定时器资源

温度传感器选用DS18B20，其优势在于：

单总线接口（仅需1个GPIO）
-55°C至+125°C测量范围
±0.5°C精度（-10°C至+85°C范围内）
可配置9-12位分辨率

显示部分采用常见的0.96寸OLED（SSD1306驱动），I2C接口版本仅需4根连线：

VCC（3.3V）
GND
SCL（时钟线）
SDA（数据线）

1.2 硬件连接示意图

完整电路连接如下表示：

STM32引脚	连接组件	备注
PA0	DS18B20 DATA	单总线数据线需接4.7K上拉电阻
PB6	OLED SCL	I2C1时钟线
PB7	OLED SDA	I2C1数据线
PC13	用户按键	用于设置报警阈值
PA1	LED指示灯	高温报警指示

提示：DS18B20的数据线必须连接4.7KΩ上拉电阻至3.3V，否则无法正常通信。这是新手最容易忽略的关键细节。

2. STM32CubeMX工程配置

2.1 时钟与引脚配置

使用STM32CubeMX进行基础配置：

选择STM32F103C8T6型号
在Clock Configuration中启用外部晶振（HSE），并将系统时钟配置为72MHz
引脚分配：
- 配置PA0为GPIO_Output（DS18B20控制）
- 配置PB6/PB7为I2C1_SCL/I2C1_SDA
- 配置PC13为GPIO_EXTI13（按键中断）
- 配置PA1为GPIO_Output（LED报警）

2.2 外设参数设置

关键外设配置参数：

/* I2C1 参数配置 */ hi2c1.Instance = I2C1; hi2c1.Init.ClockSpeed = 400000; // 400kHz标准模式 hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2; hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0; hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT; hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE; hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0; hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE; hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE; /* EXTI 中断配置 */ GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_13; GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_FALLING; // 下降沿触发 GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;

3. DS18B20驱动实现

3.1 单总线时序控制

DS18B20的通信完全依赖精确的时序控制。以下是关键时序的实现：

// 复位脉冲（480us低电平） void DS18B20_Reset(void) { set_Pin_Output(DS18B20_PORT, DS18B20_PIN); HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_PORT, DS18B20_PIN, 0); delay_us(480); set_Pin_Input(DS18B20_PORT, DS18B20_PIN); delay_us(60); if (!(HAL_GPIO_ReadPin(DS18B20_PORT, DS18B20_PIN))) presence = 1; delay_us(420); } // 写入1位数据 void DS18B20_WriteBit(uint8_t bit) { set_Pin_Output(DS18B20_PORT, DS18B20_PIN); HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_PORT, DS18B20_PIN, 0); delay_us(bit ? 5 : 60); HAL_GPIO_WritePin(DS18B20_PORT, DS18B20_PIN, 1); delay_us(bit ? 55 : 5); }

3.2 温度读取流程

完整的温度获取流程包括：

发送复位脉冲并检测器件存在
发送跳过ROM命令（0xCC）
发送温度转换命令（0x44）
等待转换完成（750ms@12位分辨率）
再次复位并发送读取命令（0xBE）
读取两个字节的温度数据

典型的数据处理代码：

float DS18B20_GetTemp(void) { uint8_t tempL, tempH; int16_t temp; float temperature; DS18B20_Reset(); DS18B20_WriteByte(0xCC); // Skip ROM DS18B20_WriteByte(0xBE); // Read Scratchpad tempL = DS18B20_ReadByte(); tempH = DS18B20_ReadByte(); temp = (tempH << 8) | tempL; temperature = (float)temp / 16.0; // 12位分辨率 return temperature; }

4. OLED显示与用户界面

4.1 SSD1306驱动移植

使用现成的OLED驱动库可大幅简化开发。推荐使用经过优化的u8g2库，其优势包括：

支持多种字体和图形绘制
内置SSD1306驱动
内存占用小（约2KB RAM）

初始化代码示例：

U8G2_SSD1306_128X64_NONAME_F_HW_I2C u8g2(U8G2_R0); void OLED_Init(void) { u8g2.begin(); u8g2.clearBuffer(); u8g2.setFont(u8g2_font_ncenB08_tr); u8g2.drawStr(0,10,"Temp Monitor v1.0"); u8g2.sendBuffer(); }

4.2 温度显示界面设计

合理的界面布局应考虑：

当前温度值（大字号突出显示）
温度单位切换（°C/°F）
报警阈值指示
系统状态标志

界面刷新优化技巧：

使用局部刷新而非全屏刷新
温度值变化超过0.5°C时才更新显示
关键状态变化使用动画效果

void update_display(float temp, float threshold) { char buf[20]; u8g2.clearBuffer(); // 大字号显示温度 u8g2.setFont(u8g2_font_logisoso32_tr); sprintf(buf, "%.1f", temp); u8g2.drawStr(10, 40, buf); // 小字号显示单位 u8g2.setFont(u8g2_font_5x7_tr); u8g2.drawStr(90, 40, "°C"); // 报警阈值指示 u8g2.drawHLine(0, 45, 128); u8g2.setFont(u8g2_font_6x10_tr); sprintf(buf, "Alarm: %.1f°C", threshold); u8g2.drawStr(5, 60, buf); u8g2.sendBuffer(); }

5. 温度报警系统实现

5.1 报警逻辑设计

完整的报警系统应包含：

可配置的高温阈值
报警滞后（防止临界值频繁切换）
多级报警指示
历史温度记录

报警状态机实现：

typedef enum { ALARM_OFF, ALARM_PRE, ALARM_ON } AlarmState; AlarmState check_alarm(float temp, float threshold) { static AlarmState state = ALARM_OFF; switch(state) { case ALARM_OFF: if(temp > threshold + 0.5f) { // 滞后0.5°C state = ALARM_PRE; start_alarm(); } break; case ALARM_PRE: if(temp > threshold + 1.0f) { state = ALARM_ON; trigger_alarm(); } else if(temp < threshold - 0.5f) { state = ALARM_OFF; stop_alarm(); } break; case ALARM_ON: if(temp < threshold) { state = ALARM_OFF; stop_alarm(); } break; } return state; }

5.2 按键中断配置

使用外部中断实现阈值调整：

// 在stm32f1xx_it.c中实现中断服务 void EXTI15_10_IRQHandler(void) { if(__HAL_GPIO_EXTI_GET_IT(GPIO_PIN_13) != RESET) { __HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(GPIO_PIN_13); // 长按检测 if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_13) == GPIO_PIN_RESET) { uint32_t start = HAL_GetTick(); while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOC, GPIO_PIN_13) == GPIO_PIN_RESET) { if(HAL_GetTick() - start > 1000) { // 长按超过1秒，进入阈值设置模式 enter_setting_mode(); return; } } // 短按增加阈值 adjust_threshold(0.5f); } } }

6. 系统优化与扩展思路

6.1 低功耗设计技巧

对于电池供电的应用，可实施以下优化：

使用STM32的睡眠模式
降低DS18B20采样频率
动态调整OLED刷新率
关闭未使用的外设时钟

进入睡眠模式示例：

void enter_sleep_mode(void) { // 配置唤醒源（如EXTI） HAL_PWR_EnableWakeUpPin(PWR_WAKEUP_PIN1); // 进入停止模式 HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERREGULATOR_ON, PWR_STOPENTRY_WFI); // 唤醒后重新初始化时钟 SystemClock_Config(); }

6.2 项目扩展方向

基于现有框架可轻松扩展的功能：

增加蓝牙/WiFi模块实现远程监控
添加RTC模块记录温度变化历史
支持多路DS18B20同时监测
开发上位机软件进行数据分析

多传感器支持的关键修改：

// 多DS18B20寻址示例 void search_sensors(void) { uint8_t addr[8]; while(DS18B20_Search(addr)) { printf("Found device: "); for(int i=0; i<8; i++) { printf("%02X ", addr[i]); } printf("\n"); // 存储设备地址 save_sensor_address(addr); } }

在实际部署中发现，DS18B20的导线长度超过10米时通信稳定性会显著下降。这种情况下可以考虑使用屏蔽线缆，或者在长距离传输时降低单总线通信速率。另一个常见问题是OLED在低温环境下可能出现显示残影，通过定期刷新整个屏幕可以有效缓解这一问题。