1. 项目概述
这个智能风扇项目是我去年夏天完成的个人作品，起因是宿舍空调经常故障，需要一款能根据室温自动调节风速的风扇。经过多次迭代，最终选择了STM32F103C8T6作为主控，搭配DS18B20温度传感器和LCD1602显示屏的方案。相比市面上常见的温控风扇，这个设计最大的特点是完全开源且支持自定义温度阈值，你可以根据自己的舒适区间设置风扇的启停温度和档位切换点。
提示：整个项目的BOM成本不到50元，非常适合电子爱好者练手。我在实际测试中发现，DS18B20的±0.5℃精度完全能满足日常使用需求，比传统热敏电阻方案稳定得多。
2. 硬件设计详解
2.1 核心器件选型
2.1.1 主控芯片：STM32F103C8T6
选择这款Cortex-M3内核的MCU主要基于三点考虑：
- 72MHz主频足够处理温度数据和PWM调速
- 内置的12位ADC可以满足后续功能扩展
- 最小系统板价格仅10元左右，性价比极高
实际使用中要注意：
- 调试时需要连接SWD接口（SWCLK和SWDIO）
- 如果使用内部晶振，需在代码中配置时钟树
2.1.2 温度传感器：DS18B20
最初尝试过热电偶方案，但发现几个致命问题：
- 需要额外的信号放大电路
- 冷端补偿复杂
- 响应速度慢（约2-3秒）
DS18B20的优势非常明显：
- 单总线通信节省IO口
- 3.0-5.5V宽电压供电
- 典型精度±0.5℃
- 9-12位可编程分辨率
硬件连接时要注意：
c复制// 典型连接方式
VDD ---- 3.3V
DQ ---- PA1 (需接4.7K上拉电阻)
GND ---- GND
2.2 电路设计要点
2.2.1 电源模块
采用AMS1117-3.3稳压芯片，将USB输入的5V转为3.3V：
- 输入电容：10μF钽电容
- 输出电容：10μF+0.1μF组合
- 实测纹波<50mV
2.2.2 电机驱动
使用L298N模块驱动直流电机：
- 使能端接PWM输出（TIM3_CH1）
- 输入IN1/IN2控制正反转
- 需外接续流二极管防止反电动势
注意：PWM频率建议设置在1-5kHz之间，太低会有噪音，太高会导致MOS管损耗增加。
3. 软件实现
3.1 开发环境搭建
- 安装Keil MDK-ARM
- 添加STM32F1xx_DFP器件支持包
- 配置ST-Link调试器
- 安装串口驱动（CH340/CP2102）
3.2 核心代码解析
3.2.1 DS18B20驱动
单总线时序非常关键，这里给出经过验证的初始化函数：
c复制uint8_t DS18B20_Reset(void) {
uint8_t presence = 0;
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
// 配置PA1为推挽输出
GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_1;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
// 拉低480us
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_RESET);
delay_us(480);
// 释放总线
HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_1, GPIO_PIN_SET);
delay_us(60);
// 切换为输入模式
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
// 检测应答脉冲
if(HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_1) == 0) {
presence = 1;
}
delay_us(420);
return presence;
}
3.2.2 温度控制算法
采用三段式调速策略：
c复制void Fan_Control(float temp) {
if(temp < TEMP_LOW) {
// 关闭风扇
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, 0);
}
else if(temp < TEMP_MID) {
// 低速档（30%占空比）
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, 30);
}
else if(temp < TEMP_HIGH) {
// 中速档（60%占空比）
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, 60);
}
else {
// 高速档（100%占空比）
__HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim3, TIM_CHANNEL_1, 100);
}
}
4. 制作与调试经验
4.1 常见问题排查
-
DS18B20无响应：
- 检查上拉电阻（4.7K必须接）
- 测量DQ线电压（正常应为3.3V）
- 确认时序延时准确（特别是480us复位脉冲）
-
LCD1602显示乱码：
- 调整对比度电位器
- 检查4位/8位模式设置
- 确保初始化延时足够（>40ms）
-
电机不转：
- 测量L298N供电电压（需>7V驱动12V电机）
- 检查使能信号（ENABLE引脚需接高）
- 确认PWM信号正常（用示波器观察波形）
4.2 优化建议
- 增加红外遥控功能（使用HS0038接收头）
- 添加手机蓝牙控制（HC-05模块）
- 改用PID算法实现无级调速
- 增加温湿度传感器（DHT22）
5. 项目扩展思路
这个基础框架可以衍生出很多实用变种：
- 智能桌面风扇：缩小体积，改用USB供电
- 工业设备散热器：增加多个温度监测点
- 农业大棚通风系统：结合湿度传感器控制
- 电脑机箱风扇：通过串口读取CPU温度
我在实际使用中发现，将温度采样间隔设置为2秒既能保证实时性，又能降低系统功耗。如果使用电池供电，还可以开启STM32的低功耗模式，进一步延长续航时间。