场景实战：基于STM32物联网的家用智能插座多参数监控解决方案解析

文章目录

• • 一、方案整体设计与原理说明
  • • 1.1 核心原理
    • 1.2 整体架构流程图
  • 二、硬件选型与接线
  • • 2.1 核心硬件清单
    • 2.2 详细接线说明
    • • （1）STM32与电参数采集模块接线
      • （2）STM32与DS18B20接线
      • （3）STM32与继电器模块接线
      • （4）STM32与ESP8266-01S接线
      • （5）STM32与OLED12864接线（I2C）
      • （6）电源接线
  • 三、软件开发环境搭建
  • • 3.1 环境准备
    • 3.2 STM32CubeMX初始化配置步骤
    • • 步骤1：新建工程
      • 步骤2：配置RCC时钟
      • 步骤3：配置ADC外设（电参数采集）
      • 步骤4：配置UART外设（ESP8266通信）
      • 步骤5：配置I2C外设（OLED通信）
      • 步骤6：配置GPIO外设
      • 步骤7：配置TIM定时器（用电量计时）
      • 步骤8：生成工程代码
  • 四、核心代码编写
  • • 4.1 头文件与全局变量定义（main.h）
    • 4.2 外设初始化代码（main.c）
    • 4.3 电参数采集与计算函数（main.c续）
    • 4.4 温度采集函数（main.c续）
    • 4.5 OLED显示函数（main.c续）
    • 4.6 继电器与安全保护函数（main.c续）
    • 4.7 ESP8266物联网通信函数（main.c续）
    • 4.8 主函数（main.c续）
  • 五、代码烧录与调试
  • • 5.1 代码编译与烧录
    • 5.2 硬件调试步骤
    • • 步骤1：基础功能验证
      • 步骤2：物联网通信调试
      • 步骤3：远程控制调试
      • 步骤4：安全保护调试
    • 5.3 常见问题与解决
  • 六、功能扩展建议
  • 总结

一、方案整体设计与原理说明

你需要实现的是基于STM32物联网的家用智能插座多参数监控系统，核心功能包含电压/电流/功率/用电量精准采集、环境/插座温度检测、OLED本地实时显示、ESP8266无线上传至OneNET物联网平台、远程继电器通断控制、过压/过流/过热安全保护六大模块。本方案以STM32F103C8T6为核心控制器，通过ACS712电流传感器+电阻分压电路采集市电参数，经ADC转换和算法校准后计算功率/用电量；利用DS18B20采集温度，OLED实时显示所有参数；通过ESP8266-01S接入WiFi，将数据上传至OneNET平台并接收远程控制指令；内置保护逻辑，异常时自动切断插座供电。整个方案模块化拆解，代码注释详尽，零基础小白可完全复刻落地。

1.1 核心原理

• 电参数采集原理：市电220V经降压、整流、分压后输入STM32 ADC通道（电压采集），ACS712电流传感器串联在插座回路中，输出模拟电压对应电流值（10A量程对应185mV/A），同样经ADC转换；通过公式功率P=电压U×电流I计算实时功率，用电量=功率×时间累计计算（单位：度，1度=1kWh）。
• 温度检测原理：DS18B20通过单总线与STM32通信，无需外部元件即可采集-55℃~+125℃温度，精准度±0.5℃，用于检测插座本体温度和环境温度，避免过热风险。
• 物联网通信原理：ESP8266-01S通过UART与STM32通信，采用AT指令配置WiFi连接，基于MQTT协议将采集数据上传至OneNET平台；同时监听平台下发的控制指令（如“打开插座”“关闭插座”），解析后控制继电器通断。
• 安全保护原理：预设电压（200V~240V）、电流（≤10A）、温度（≤60℃）阈值，实时对比采集值，超出阈值时立即切断继电器，并上传报警信息至平台。
• 本地显示原理：0.96寸I2C OLED12864模块，通过I2C与STM32通信，分页显示电压、电流、功率、用电量、温度、插座状态，刷新频率1Hz，兼顾功耗与实时性。

1.2 整体架构流程图

以下是智能插座系统完整工作流程的Mermaid流程图：

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否

是

是

否

有指令

无指令

是

否

系统上电初始化

RCC/ADC/UART/I2C/GPIO配置

初始化继电器为断开状态

初始化OLED/DS18B20/ESP8266

ESP8266连接WiFi+OneNET平台

连接成功?

重试连接（最多3次）

采集电压/电流数据（ADC转换）

计算实时功率/累计用电量

采集温度数据（DS18B20）

OLED本地显示所有参数

参数超出安全阈值?

切断继电器+上传报警信息

ESP8266上传正常数据至OneNET

监听OneNET远程控制指令

解析指令：开/关插座

指令为开且参数正常?

闭合继电器

断开继电器

二、硬件选型与接线

2.1 核心硬件清单

2.2 详细接线说明

（1）STM32与电参数采集模块接线

电压采集电路搭建：220V市电经AC-DC降压模块转为5V直流 → 经100kΩ+10kΩ分压（总电阻110kΩ） → 输出至PA1（分压后电压≈0.45V~0.5V，在STM32 ADC量程0-3.3V内） → 并联100nF电容滤波。

（2）STM32与DS18B20接线

第二个DS18B20（插座温度）DQ引脚接PA3，供电/接地同上述，无需额外配置。

（3）STM32与继电器模块接线

继电器输出端串联保险丝后接AC220V和插座模块，实现通断控制。

（4）STM32与ESP8266-01S接线

（5）STM32与OLED12864接线（I2C）

（6）电源接线

• 主供电：AC220V → AC-DC隔离降压模块 → 5V输出 → 分两路：
  • 一路给STM32最小系统板5V引脚（给STM32/ESP8266/OLED供电）；
  • 一路给继电器模块5V引脚（继电器独立供电，避免干扰）；
• 3.3V供电：STM32板载3.3V引脚 → DS18B20/ACS712供电。

三、软件开发环境搭建

3.1 环境准备

3.2 STM32CubeMX初始化配置步骤

步骤1：新建工程

• 打开STM32CubeMX，点击“New Project”，在搜索框输入“STM32F103C8T6”，选择对应型号（STM32F103C8Tx）后点击“Start Project”。
• 弹出“Project Manager”提示框，点击“OK”跳过（默认配置即可）。

步骤2：配置RCC时钟

• 左侧菜单栏选择“RCC”：
  • High Speed Clock (HSE)：选择“Crystal/Ceramic Resonator”（外部8MHz晶振），启用HSE；
  • Low Speed Clock (LSI)：保持默认（内部低速晶振）；
• 点击顶部“Clock Configuration”，配置系统时钟为72MHz：
  • HSE = 8MHz → PLLMUL = 9 → SYSCLK = 72MHz；
  • AHB Prescaler = 1（HCLK=72MHz）；
  • APB1 Prescaler = 2（PCLK1=36MHz）；
  • APB2 Prescaler = 1（PCLK2=72MHz）；
  • ADC时钟源：PCLK2/6 = 12MHz（ADC最大时钟14MHz）。

步骤3：配置ADC外设（电参数采集）

• 左侧菜单栏选择“ADC1”：
  • 模式选择“Independent Mode”（独立模式）；
  • 配置参数：Resolution = 12-bit（12位精度），Data Alignment = Right（右对齐）；
  • 启用“IN0”（PA0）、“IN1”（PA1）通道，转换模式为“Continuous Conversion Mode”（连续转换）；
  • 采样时间：设置为239.5 Cycles（提高采样精度）。

步骤4：配置UART外设（ESP8266通信）

• 左侧菜单栏选择“USART1”：
  • 模式选择“Asynchronous”（异步模式）；
  • 配置参数：Baud Rate = 115200 bps，Word Length = 8 Bits，Parity = None，Stop Bits = 1；
  • 引脚映射：PA9（TX）、PA10（RX）；
  • 启用“NVIC Settings”中的“USART1 global interrupt”（串口中断，用于接收ESP8266数据）。

步骤5：配置I2C外设（OLED通信）

• 左侧菜单栏选择“I2C1”：
  • 模式选择“I2C”（标准模式）；
  • 配置参数：Clock Speed = 100kHz，Addressing Mode = 7-bit；
  • 引脚映射：PB6（SCL）、PB7（SDA）。

步骤6：配置GPIO外设

• 左侧菜单栏选择“GPIO”：
  • PA2/PA3：设置为“Input Pull-Up”（DS18B20单总线，上拉输入），命名为“DS18B20_1”/“DS18B20_2”；
  • PB0：设置为“Output Push Pull”（继电器控制），命名为“RELAY_PIN”，初始电平“High”（继电器断开）；
  • 所有GPIO速度设为“High”。

步骤7：配置TIM定时器（用电量计时）

• 左侧菜单栏选择“TIM3”：
  • 模式选择“Up Counter”（向上计数）；
  • 配置参数：Prescaler = 7199（72MHz/7200=10kHz），Auto-Reload Value = 9999（10kHz/10000=1Hz，1秒中断一次）；
  • 启用“NVIC Settings”中的“TIM3 global interrupt”（定时中断，用于累计时间）。

步骤8：生成工程代码

• 点击顶部“Project Manager”：
  • Project Name：设置为“SmartSocket_IoT”；
  • Project Path：选择非中文路径（如D:\\STM32_Projects\\SmartSocket_IoT）；
  • Toolchain/IDE：选择“MDK-ARM”，版本“V5”；
• 点击“Code Generator”：
  • 勾选“Generate peripheral initialization as a pair of ‘.c/.h’ files per peripheral”；
  • 勾选“Copy all used libraries into the project folder”；
• 点击“Generate Code”，生成完成后点击“Open Project”直接打开Keil工程。

四、核心代码编写

4.1 头文件与全局变量定义（main.h）

#ifndef __MAIN_H
#define __MAIN_H

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "stdio.h"
#include "string.h"

/* 引脚宏定义 */
// 继电器控制
#define RELAY_PIN GPIO_PIN_0
#define RELAY_GPIO_PORT GPIOB
#define RELAY_ON GPIO_PIN_RESET // 低电平闭合
#define RELAY_OFF GPIO_PIN_SET // 高电平断开

// DS18B20温度传感器
#define DS18B20_1_PIN GPIO_PIN_2
#define DS18B20_1_PORT GPIOA
#define DS18B20_2_PIN GPIO_PIN_3
#define DS18B20_2_PORT GPIOA

// OLED I2C地址
#define OLED_I2C_ADDR 0x78

/* 功能宏定义 */
// ADC校准参数（需用万用表实际校准）
#define VOLTAGE_RATIO 220.0f / 0.45f // 分压后电压转实际市电电压
#define CURRENT_RATIO 1.0f / 0.185f // ACS712输出电压转电流（185mV/A）
#define ADC_REF_VOLTAGE 3.3f // ADC参考电压3.3V
#define ADC_MAX_VALUE 4095.0f // 12位ADC最大值

// 安全阈值
#define VOLTAGE_MIN 200.0f // 最低电压（V）
#define VOLTAGE_MAX 240.0f // 最高电压（V）
#define CURRENT_MAX 10.0f // 最大电流（A）
#define TEMP_MAX 60.0f // 最高温度（℃）

// 物联网参数
#define WIFI_SSID "你的WiFi名称"
#define WIFI_PWD "你的WiFi密码"
#define ONENET_DEV_ID "你的OneNET设备ID"
#define ONENET_API_KEY "你的OneNET API密钥"

// 数据更新频率
#define DATA_UPDATE_FREQ 1000 // 1秒更新一次

/* 数据类型定义 */
// 电参数结构体
typedef struct
{
float voltage; // 市电电压（V）
float current; // 负载电流（A）
float power; // 实时功率（W）
float electricity; // 累计用电量（度，1度=1kWh）
uint32_t time_count; // 通电时间计数（秒）
} Elec_ParamTypeDef;

// 温度数据结构体
typedef struct
{
float temp1; // 环境温度（℃）
float temp2; // 插座温度（℃）
} Temp_ParamTypeDef;

// 系统状态结构体
typedef struct
{
uint8_t relay_state; // 继电器状态：0=关，1=开
uint8_t error_flag; // 错误标志：0=正常，1=过压，2=过流，3=过热
} System_StateTypeDef;

/* 全局变量 */
extern ADC_HandleTypeDef hadc1;
extern UART_HandleTypeDef huart1;
extern I2C_HandleTypeDef hi2c1;
extern TIM_HandleTypeDef htim3;

extern Elec_ParamTypeDef g_elec_param;
extern Temp_ParamTypeDef g_temp_param;
extern System_StateTypeDef g_sys_state;
extern uint8_t g_uart_rx_buf[128]; // 串口接收缓冲区
extern uint16_t g_uart_rx_len; // 串口接收长度

/* 函数声明 */
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_I2C1_Init(void);
static void MX_TIM3_Init(void);

// ADC采集函数
void ADC_Get_Value(float *voltage_adc, float *current_adc);
void Elec_Param_Calc(void);

// 温度采集函数
uint8_t DS18B20_Reset(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
void DS18B20_Write_Byte(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, uint8_t dat);
uint8_t DS18B20_Read_Byte(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
float DS18B20_Read_Temp(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);
void Temp_Param_Get(void);

// OLED显示函数
void OLED_Init(void);
void OLED_Clear(void);
void OLED_ShowString(uint8_t x, uint8_t y, uint8_t *str);
void OLED_ShowNum(uint8_t x, uint8_t y, float num, uint8_t len, uint8_t dot);
void OLED_Display_All(void);

// 继电器控制函数
void Relay_Control(uint8_t state);

// 安全保护函数
uint8_t Safety_Check(void);

// ESP8266物联网函数
void ESP8266_Send_AT_CMD(uint8_t *cmd, uint8_t *ack, uint16_t timeout);
void ESP8266_Init(void);
void ESP8266_Upload_Data(void);
void ESP8266_Receive_Cmd(void);

// 串口中断回调函数
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart);

#endif /* __MAIN_H */

4.2 外设初始化代码（main.c）

#include "main.h"

/* 全局变量定义 */
ADC_HandleTypeDef hadc1;
UART_HandleTypeDef huart1;
I2C_HandleTypeDef hi2c1;
TIM_HandleTypeDef htim3;

Elec_ParamTypeDef g_elec_param = {0};
Temp_ParamTypeDef g_temp_param = {0};
System_StateTypeDef g_sys_state = {0};
uint8_t g_uart_rx_buf[128] = {0};
uint16_t g_uart_rx_len = 0;

/* 系统时钟配置函数 */
void SystemClock_Config(void)
{
RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
RCC_PeriphCLKInitTypeDef PeriphClkInit = {0};

/* 配置HSE外部晶振 */
RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
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();
}

/* 配置系统时钟总线 */
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();
}

/* 配置ADC时钟源 */
PeriphClkInit.PeriphClockSelection = RCC_PERIPHCLK_ADC;
PeriphClkInit.AdcClockSelection = RCC_ADCPCLK2_DIV6;
if (HAL_RCCEx_PeriphCLKConfig(&PeriphClkInit) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
}

/* ADC1初始化（电压/电流采集） */
static void MX_ADC1_Init(void)
{
ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};

hadc1.Instance = ADC1;
hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_ENABLE;
hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;
hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
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();
}

/* 配置IN0通道（PA0-电流） */
sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0;
sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1;
sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_239CYCLES_5;
if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}

/* 配置IN1通道（PA1-电压） */
sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_1;
sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_2;
if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}

// 启动ADC连续转换
HAL_ADC_Start(&hadc1);
}

/* USART1初始化（ESP8266通信） */
static void MX_USART1_UART_Init(void)
{
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();
}

// 启用串口接收中断
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, g_uart_rx_buf, 1);
}

/* I2C1初始化（OLED通信） */
static void MX_I2C1_Init(void)
{
hi2c1.Instance = I2C1;
hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000;
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;
if (HAL_I2C_Init(&hi2c1) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}
}

/* TIM3初始化（1秒中断） */
static void MX_TIM3_Init(void)
{
TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};

htim3.Instance = TIM3;
htim3.Init.Prescaler = 7199;
htim3.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
htim3.Init.Period = 9999;
htim3.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
htim3.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_ENABLE;
if (HAL_TIM_Base_Init(&htim3) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}

sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim3, &sClockSourceConfig) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}

sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim3, &sMasterConfig) != HAL_OK)
{
Error_Handler();
}

// 启动定时器中断
HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim3);
}

/* GPIO初始化 */
static void MX_GPIO_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

/* 使能GPIO时钟 */
__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();

/* 配置继电器引脚（PB0） */
GPIO_InitStruct.Pin = RELAY_PIN;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
HAL_GPIO_Init(RELAY_GPIO_PORT, &GPIO_InitStruct);

/* 配置DS18B20引脚（PA2/PA3） */
GPIO_InitStruct.Pin = DS18B20_1_PIN|DS18B20_2_PIN;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

/* 初始状态：继电器断开 */
HAL_GPIO_WritePin(RELAY_GPIO_PORT, RELAY_PIN, RELAY_OFF);
}

/* 错误处理函数 */
void Error_Handler(void)
{
__disable_irq();
while (1)
{
// 错误时继电器断开，OLED显示错误
Relay_Control(0);
HAL_Delay(500);
}
}

#ifdef USE_FULL_ASSERT
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

4.3 电参数采集与计算函数（main.c续）

/* ADC读取电压/电流原始值 */
void ADC_Get_Value(float *voltage_adc, float *current_adc)
{
uint16_t adc_val[2] = {0};

// 读取IN1（电压）通道值
HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 100);
adc_val[0] = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
// 读取IN0（电流）通道值
HAL_ADC_PollForConversion(&hadc1, 100);
adc_val[1] = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);

// 转换为实际电压值
*voltage_adc = (adc_val[0] * ADC_REF_VOLTAGE) / ADC_MAX_VALUE;
*current_adc = (adc_val[1] * ADC_REF_VOLTAGE) / ADC_MAX_VALUE – 2.5f; // ACS712中点电压2.5V

// 电流值取绝对值（双向电流）
if(*current_adc < 0) *current_adc = –(*current_adc);
}

/* 计算电参数（电压/电流/功率/用电量） */
void Elec_Param_Calc(void)
{
float voltage_adc, current_adc;

// 读取ADC原始值
ADC_Get_Value(&voltage_adc, &current_adc);

// 转换为实际市电参数
g_elec_param.voltage = voltage_adc * VOLTAGE_RATIO;
g_elec_param.current = current_adc * CURRENT_RATIO;

// 计算实时功率（W）
g_elec_param.power = g_elec_param.voltage * g_elec_param.current;

// 累计用电量（度）：1度=1kWh=1000W×3600秒
if(g_sys_state.relay_state == 1) // 继电器闭合时累计
{
g_elec_param.electricity += (g_elec_param.power * 1.0f) / (1000.0f * 3600.0f);
}
}

/* TIM3中断回调函数（1秒计数） */
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
if(htim->Instance == TIM3)
{
g_elec_param.time_count++;
// 每秒更新一次参数
Elec_Param_Calc();
Temp_Param_Get();
// 安全检查
g_sys_state.error_flag = Safety_Check();
if(g_sys_state.error_flag != 0)
{
Relay_Control(0); // 异常时断开继电器
}
}
}

4.4 温度采集函数（main.c续）

/* DS18B20复位 */
uint8_t DS18B20_Reset(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
{
uint8_t retry = 0;

// 拉低总线480us
HAL_GPIO_WritePin(GPIOx, GPIO_Pin, GPIO_PIN_RESET);
HAL_Delay_us(480);

// 释放总线，等待从机响应
HAL_GPIO_WritePin(GPIOx, GPIO_Pin, GPIO_PIN_SET);
HAL_Delay_us(60);

// 检测从机响应
while(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOx, GPIO_Pin) == GPIO_PIN_SET && retry < 100)
{
retry++;
HAL_Delay_us(1);
}

if(retry >= 100) return 1; // 复位失败
else HAL_Delay_us(420); // 等待响应结束
return 0; // 复位成功
}

/* DS18B20写字节 */
void DS18B20_Write_Byte(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, uint8_t dat)
{
uint8_t i;

for(i=0; i<8; i++)
{
// 拉低总线1us
HAL_GPIO_WritePin(GPIOx, GPIO_Pin, GPIO_PIN_RESET);
HAL_Delay_us(1);

// 写入1位数据
if(dat & 0x01) HAL_GPIO_WritePin(GPIOx, GPIO_Pin, GPIO_PIN_SET);
else HAL_GPIO_WritePin(GPIOx, GPIO_Pin, GPIO_PIN_RESET);
HAL_Delay_us(60); // 保持60us

// 释放总线
HAL_GPIO_WritePin(GPIOx, GPIO_Pin, GPIO_PIN_SET);
HAL_Delay_us(2);
dat >>= 1;
}
}

/* DS18B20读字节 */
uint8_t DS18B20_Read_Byte(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
{
uint8_t i, dat = 0;

for(i=0; i<8; i++)
{
// 拉低总线1us
HAL_GPIO_WritePin(GPIOx, GPIO_Pin, GPIO_PIN_RESET);
HAL_Delay_us(1);

// 释放总线，准备读取
HAL_GPIO_WritePin(GPIOx, GPIO_Pin, GPIO_PIN_SET);
HAL_Delay_us(10);

// 读取1位数据
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOx, GPIO_Pin) == GPIO_PIN_SET) dat |= (1 << i);
HAL_Delay_us(50); // 等待数据结束
}
return dat;
}

/* 读取DS18B20温度值 */
float DS18B20_Read_Temp(GPIO_TypeDef *GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
{
uint8_t temp_h, temp_l;
float temp;

// 复位传感器
if(DS18B20_Reset(GPIOx, GPIO_Pin) != 0) return –99.0f;

// 发送跳过ROM指令
DS18B20_Write_Byte(GPIOx, GPIO_Pin, 0xCC);
// 发送转换指令
DS18B20_Write_Byte(GPIOx, GPIO_Pin, 0x44);
HAL_Delay(750); // 等待转换完成

// 复位传感器
DS18B20_Reset(GPIOx, GPIO_Pin);
// 发送跳过ROM指令
DS18B20_Write_Byte(GPIOx, GPIO_Pin, 0xCC);
// 发送读取暂存器指令
DS18B20_Write_Byte(GPIOx, GPIO_Pin, 0xBE);

// 读取温度数据
temp_l = DS18B20_Read_Byte(GPIOx, GPIO_Pin);
temp_h = DS18B20_Read_Byte(GPIOx, GPIO_Pin);

// 计算温度值
temp = (temp_h << 8) | temp_l;
if(temp > 0x7FF) // 负温度
{
temp = ~temp + 1;
temp = –temp / 16.0f;
}
else // 正温度
{
temp = temp / 16.0f;
}
return temp;
}

/* 获取温度参数 */
void Temp_Param_Get(void)
{
g_temp_param.temp1 = DS18B20_Read_Temp(DS18B20_1_PORT, DS18B20_1_PIN);
g_temp_param.temp2 = DS18B20_Read_Temp(DS18B20_2_PORT, DS18B20_2_PIN);

// 异常值过滤
if(g_temp_param.temp1 < –55 || g_temp_param.temp1 > 125) g_temp_param.temp1 = 0;
if(g_temp_param.temp2 < –55 || g_temp_param.temp2 > 125) g_temp_param.temp2 = 0;
}

4.5 OLED显示函数（main.c续）

/* OLED写命令 */
void OLED_Write_Cmd(uint8_t cmd)
{
uint8_t data[2] = {0x00, cmd};
HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, OLED_I2C_ADDR, data, 2, 100);
}

/* OLED写数据 */
void OLED_Write_Data(uint8_t data)
{
uint8_t buf[2] = {0x40, data};
HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, OLED_I2C_ADDR, buf, 2, 100);
}

/* OLED初始化 */
void OLED_Init(void)
{
HAL_Delay(100); // 上电延时

OLED_Write_Cmd(0xAE); // 关闭显示
OLED_Write_Cmd(0x00); // 设置列起始地址
OLED_Write_Cmd(0x10); // 设置列终止地址
OLED_Write_Cmd(0x40); // 设置行起始地址
OLED_Write_Cmd(0xB0); // 设置页地址
OLED_Write_Cmd(0x81); // 对比度设置
OLED_Write_Cmd(0xFF); // 最大对比度
OLED_Write_Cmd(0xA1); // 段重映射
OLED_Write_Cmd(0xA6); // 正常显示
OLED_Write_Cmd(0xA8); // 多路复用率
OLED_Write_Cmd(0x3F); // 1/64 Duty
OLED_Write_Cmd(0xC8); // COM扫描方向
OLED_Write_Cmd(0xD3); // 显示偏移
OLED_Write_Cmd(0x00); // 无偏移
OLED_Write_Cmd(0xD5); // 时钟分频
OLED_Write_Cmd(0x80); // 默认值
OLED_Write_Cmd(0xD9); // 预充电周期
OLED_Write_Cmd(0xF1); // 增强对比度
OLED_Write_Cmd(0xDA); // COM引脚配置
OLED_Write_Cmd(0x12);
OLED_Write_Cmd(0xDB); // VCOMH电压
OLED_Write_Cmd(0x40);
OLED_Write_Cmd(0x8D); // 电荷泵
OLED_Write_Cmd(0x14); // 启用电荷泵
OLED_Write_Cmd(0xAF); // 开启显示

OLED_Clear(); // 清屏
}

/* OLED清屏 */
void OLED_Clear(void)
{
uint8_t i, j;
for(i=0; i<8; i++)
{
OLED_Write_Cmd(0xB0 + i);
OLED_Write_Cmd(0x00);
OLED_Write_Cmd(0x10);
for(j=0; j<128; j++)
{
OLED_Write_Data(0x00);
}
}
}

/* OLED显示字符串 */
void OLED_ShowString(uint8_t x, uint8_t y, uint8_t *str)
{
uint8_t i;
OLED_Write_Cmd(0xB0 + y);
OLED_Write_Cmd((x & 0x0F));
OLED_Write_Cmd(0x10 + ((x >> 4) & 0x0F));
for(i=0; str[i]!='\\0'; i++)
{
for(uint8_t j=0; j<8; j++)
{
OLED_Write_Data(F8x16[str[i]–' '][j]);
}
}
}

/* OLED显示数字（浮点型） */
void OLED_ShowNum(uint8_t x, uint8_t y, float num, uint8_t len, uint8_t dot)
{
uint8_t i, temp, num_buf[10];
uint32_t int_num = (uint32_t)(num * pow(10, dot));

for(i=0; i<len; i++)
{
temp = int_num % 10;
int_num /= 10;
num_buf[len–1–i] = temp + '0';
if(i == dot) num_buf[len–1–i–1] = '.';
}

OLED_ShowString(x, y, num_buf);
}

/* OLED显示所有参数 */
void OLED_Display_All(void)
{
OLED_Clear();

// 第一行：电压
OLED_ShowString(0, 0, (uint8_t*)"Voltage: ");
OLED_ShowNum(64, 0, g_elec_param.voltage, 3, 1);
OLED_ShowString(96, 0, (uint8_t*)"V");

// 第二行：电流
OLED_ShowString(0, 2, (uint8_t*)"Current: ");
OLED_ShowNum(64, 2, g_elec_param.current, 2, 2);
OLED_ShowString(96, 2, (uint8_t*)"A");

// 第三行：功率
OLED_ShowString(0, 4, (uint8_t*)"Power: ");
OLED_ShowNum(56, 4, g_elec_param.power, 4, 1);
OLED_ShowString(96, 4, (uint8_t*)"W");

// 第四行：温度/状态
OLED_ShowString(0, 6, (uint8_t*)"Temp: ");
OLED_ShowNum(48, 6, g_temp_param.temp2, 2, 1);
OLED_ShowString(80, 6, (uint8_t*)"C ");
if(g_sys_state.relay_state == 1) OLED_ShowString(96, 6, (uint8_t*)"ON");
else OLED_ShowString(96, 6, (uint8_t*)"OFF");

HAL_Delay(10);
}

// 8×16字库（简化版，仅包含数字/字母/符号）
const unsigned char F8x16[] = {
// 此处省略完整字库，实际使用需补充，可从网上下载标准8×16字库
};

4.6 继电器与安全保护函数（main.c续）

/* 继电器控制 */
void Relay_Control(uint8_t state)
{
if(state == 1) // 打开
{
// 只有参数正常时才能打开
if(g_sys_state.error_flag == 0)
{
HAL_GPIO_WritePin(RELAY_GPIO_PORT, RELAY_PIN, RELAY_ON);
g_sys_state.relay_state = 1;
}
}
else // 关闭
{
HAL_GPIO_WritePin(RELAY_GPIO_PORT, RELAY_PIN, RELAY_OFF);
g_sys_state.relay_state = 0;
}
}

/* 安全检查 */
uint8_t Safety_Check(void)
{
// 过压检测
if(g_elec_param.voltage < VOLTAGE_MIN || g_elec_param.voltage > VOLTAGE_MAX)
{
return 1;
}

// 过流检测
if(g_elec_param.current > CURRENT_MAX)
{
return 2;
}

// 过热检测
if(g_temp_param.temp2 > TEMP_MAX)
{
return 3;
}

// 正常
return 0;
}

4.7 ESP8266物联网通信函数（main.c续）

/* ESP8266发送AT指令并等待响应 */
void ESP8266_Send_AT_CMD(uint8_t *cmd, uint8_t *ack, uint16_t timeout)
{
HAL_UART_Transmit(&huart1, cmd, strlen((char*)cmd), 1000);
HAL_Delay(timeout);

// 检查响应
if(strstr((char*)g_uart_rx_buf, (char*)ack) == NULL)
{
// 指令执行失败，清空缓冲区
memset(g_uart_rx_buf, 0, 128);
g_uart_rx_len = 0;
}
}

/* ESP8266初始化（连接WiFi+OneNET） */
void ESP8266_Init(void)
{
HAL_Delay(1000); // 模块上电延时

// 重启模块
ESP8266_Send_AT_CMD((uint8_t*)"AT+RST\\r\\n", (uint8_t*)"OK", 2000);
HAL_Delay(2000);

// 关闭回显
ESP8266_Send_AT_CMD((uint8_t*)"ATE0\\r\\n", (uint8_t*)"OK", 1000);

// 设置STA模式
ESP8266_Send_AT_CMD((uint8_t*)"AT+CWMODE=1\\r\\n", (uint8_t*)"OK", 1000);

// 连接WiFi
uint8_t wifi_cmd[64];
sprintf((char*)wifi_cmd, "AT+CWJAP=\\"%s\\",\\"%s\\"\\r\\n", WIFI_SSID, WIFI_PWD);
ESP8266_Send_AT_CMD(wifi_cmd, (uint8_t*)"WIFI CONNECTED", 5000);

// 开启单连接
ESP8266_Send_AT_CMD((uint8_t*)"AT+CIPMUX=0\\r\\n", (uint8_t*)"OK", 1000);

// 连接OneNET MQTT服务器
uint8_t mqtt_cmd[128];
sprintf((char*)mqtt_cmd, "AT+MQTTCONNECT=0,\\"%s\\",\\"%s\\",\\"\\",60\\r\\n", ONENET_DEV_ID, ONENET_API_KEY);
ESP8266_Send_AT_CMD(mqtt_cmd, (uint8_t*)"CONNACK", 5000);
}

/* ESP8266上传数据至OneNET */
void ESP8266_Upload_Data(void)
{
uint8_t data_cmd[256];

// 构建JSON数据
sprintf((char*)data_cmd, "AT+MQTTPUB=0,\\"/sys/%s/%s/thing/event/property/post\\",\\"{\\\\\\"id\\\\\\":123,\\\\\\"params\\\\\\":{\\\\\\"voltage\\\\\\":%.1f,\\\\\\"current\\\\\\":%.2f,\\\\\\"power\\\\\\":%.1f,\\\\\\"electricity\\\\\\":%.4f,\\\\\\"temp\\\\\\":%.1f,\\\\\\"state\\\\\\":%d,\\\\\\"error\\\\\\":%d}}\\"\\r\\n",
ONENET_DEV_ID, ONENET_DEV_ID,
g_elec_param.voltage,
g_elec_param.current,
g_elec_param.power,
g_elec_param.electricity,
g_temp_param.temp2,
g_sys_state.relay_state,
g_sys_state.error_flag);

// 发送数据
ESP8266_Send_AT_CMD(data_cmd, (uint8_t*)"OK", 2000);

// 清空接收缓冲区
memset(g_uart_rx_buf, 0, 128);
g_uart_rx_len = 0;
}

/* ESP8266接收OneNET远程指令 */
void ESP8266_Receive_Cmd(void)
{
// 检查是否有控制指令
if(strstr((char*)g_uart_rx_buf, (uint8_t*)"\\"relay\\":\\"on\\""))
{
Relay_Control(1); // 打开插座
}
else if(strstr((char*)g_uart_rx_buf, (uint8_t*)"\\"relay\\":\\"off\\""))
{
Relay_Control(0); // 关闭插座
}

// 清空缓冲区
memset(g_uart_rx_buf, 0, 128);
g_uart_rx_len = 0;
}

/* 串口接收中断回调函数 */
void HAL_UART_RxCpltCallback(UART_HandleTypeDef *huart)
{
if(huart->Instance == USART1)
{
g_uart_rx_len++;
// 重新启用中断
HAL_UART_Receive_IT(&huart1, &g_uart_rx_buf[g_uart_rx_len], 1);
}
}

4.8 主函数（main.c续）

/* 主函数 */
int main(void)
{
/* 初始化HAL库 */
HAL_Init();

/* 配置系统时钟 */
SystemClock_Config();

/* 初始化外设 */
MX_GPIO_Init();
MX_ADC1_Init();
MX_USART1_UART_Init();
MX_I2C1_Init();
MX_TIM3_Init();

/* 初始化功能模块 */
OLED_Init(); // OLED初始化
ESP8266_Init(); // ESP8266初始化
Relay_Control(0); // 初始继电器断开

/* 主循环 */
while (1)
{
// 1. 本地OLED显示参数
OLED_Display_All();

// 2. 上传数据至OneNET（1秒一次）
if(g_elec_param.time_count % 1 == 0)
{
ESP8266_Upload_Data();
}

// 3. 接收远程控制指令
ESP8266_Receive_Cmd();

// 4. 低功耗延时
HAL_Delay(100);
}
}

五、代码烧录与调试

5.1 代码编译与烧录

5.2 硬件调试步骤

步骤1：基础功能验证

• 上电检查：STM32上电后，OLED点亮并显示初始参数（电压≈220V，电流≈0A，温度≈室温），ESP8266指示灯快速闪烁（连接WiFi）；
• ADC校准：接入已知负载（如100W灯泡），用万用表测量实际电压/电流，调整VOLTAGE_RATIO/CURRENT_RATIO使显示值与实际值一致。

步骤2：物联网通信调试

• 登录OneNET平台（https://open.iot.10086.cn/），进入设备管理页面，查看“数据流”是否有电压/电流/功率等数据上传；
• 若数据未上传：检查ESP8266 AT指令是否正确（用串口调试助手发送AT指令测试）、OneNET设备ID/API密钥是否匹配。

步骤3：远程控制调试

• 在OneNET平台下发“打开插座”指令（JSON格式：{"relay":"on"}），继电器应闭合，OLED显示“ON”；
• 下发“关闭插座”指令（{"relay":"off"}），继电器应断开，OLED显示“OFF”。

步骤4：安全保护调试

• 过压测试：模拟市电电压超过240V（调整分压电路），继电器应立即断开，OneNET上传过压报警；
• 过流测试：接入超过10A的负载（如电热水壶），继电器断开并上传过流报警；
• 过热测试：用手握住插座温度传感器，温度超过60℃时，继电器断开并上传过热报警。

5.3 常见问题与解决

六、功能扩展建议

总结