基于STM32的智能除湿衣柜DIY：从硬件选型到代码调试全记录

1. 为什么我要做这个智能除湿衣柜

南方回南天那段时间，我家衣柜里的衣服摸上去总是潮乎乎的，有几件羊毛衫甚至长了霉点。市面上带除湿功能的衣柜动辄三四千，而一个普通的半导体除湿模块才几十块钱。我本身是做嵌入式开发的，手头常备STM32F103C8T6最小系统板，就想着干脆自己搭一套控制系统，把普通衣柜改造成能自动控湿的智能衣柜。

这个项目的核心思路很直接：用DHT11采集衣柜内部的温湿度，STM32根据设定的湿度阈值决定是否启动除湿模块和风扇，OLED屏实时显示当前状态，按键用来调整目标湿度。整套东西成本不到一百块，代码、原理图、仿真全部开源。适合有STM32基础、想找一个完整小项目练手的同学，也适合想低成本解决衣柜潮湿问题的动手派。

我前后花了大概两周的业余时间，从画原理图到打板焊接再到调代码，中间踩了不少坑。下面把整个项目的设计思路、关键电路、代码架构和调试经验完整梳理一遍，你照着做基本能复现出来。

2. 系统整体方案与硬件选型逻辑

2.1 为什么选STM32F103C8T6而不是其他MCU

这个项目对算力要求极低，DHT11是单总线协议，OLED是I2C，继电器是普通GPIO控制，随便一个8位单片机都能胜任。选STM32F103C8T6主要考虑三点：第一，这颗芯片资料极其丰富，网上随便一搜就有大量参考设计，出了问题容易找到答案；第二，它的GPIO驱动能力足够直接驱动继电器模块的光耦输入端，不需要额外加三极管；第三，我手头囤了好几块最小系统板，零成本。

如果你手头只有STC89C52或者合泰的单片机，也完全可以做，逻辑是一样的，只是代码要重新适配。选型这件事没有绝对的对错，关键看你手上有什么、熟悉什么。

2.2 除湿方案对比：半导体制冷片 vs 压缩机 vs 干燥剂

这是整个项目最关键的决策点。我一开始考虑过用压缩机除湿，除湿量大、效率高，但体积太大，衣柜里根本塞不下，而且噪音和震动都不适合放在卧室。干燥剂方案最简单，但需要频繁更换，谈不上"智能"。

最终选了半导体制冷片方案。它的原理是帕尔贴效应：通电后一面制冷一面发热，冷面温度降到露点以下，空气中的水蒸气就会在冷面凝结成水滴。优点是体积小、无噪音、无震动、控制简单，缺点是除湿量有限、效率比压缩机低。但对于衣柜这种密闭小空间（大约0.5立方米），半导体制冷片完全够用。

我用的是一片TEC1-12706，12V供电，最大温差能到60度以上。实际使用中冷面温度大概在5到10度之间，配合一个小风扇把潮湿空气吹过冷面，除湿效果很明显。热面必须加散热片和风扇，否则热量散不出去，制冷效率会急剧下降。

2.3 传感器选型：DHT11够不够用

DHT11的湿度测量范围是20%到90%RH，精度正负5%RH，温度精度正负2度。有人觉得精度太差，想换DHT22或者SHT30。我的看法是：对于衣柜除湿这个场景，你只需要知道"湿度是不是超过60%"这一个判断，正负5%的误差完全可以接受。DHT22精度更高但价格贵好几倍，SHT30是I2C接口精度最好但成本更高。

DHT11最大的问题是采样频率不能太快， datasheet要求两次读取间隔至少1秒，实际使用中我建议间隔2秒以上，否则容易读到0或者校验失败。这一点在后面代码部分会详细说。

2.4 整体硬件框图

系统由五个部分组成：STM32主控、DHT11温湿度传感器、OLED显示模块、按键输入、继电器驱动模块。继电器控制两个负载：半导体制冷片和散热风扇。另外还有一个状态指示灯，用来快速判断系统是否在除湿状态。

供电方面，STM32和OLED用3.3V，DHT11用3.3V或5V都可以，继电器模块用5V，半导体制冷片和风扇用12V。所以需要一个12V电源适配器，然后通过降压模块得到5V和3.3V。我用的是一块LM2596降压模块调到5V，再用AMS1117-3.3得到3.3V。

3. 原理图设计与关键电路细节

3.1 STM32最小系统与引脚分配

我用的是STM32F103C8T6最小系统板，上面已经包含了晶振、复位电路和稳压芯片，所以原理图部分只需要画外围电路的连接。引脚分配如下：

这里有个细节要注意：PA0作为DHT11的数据线，必须接一个4.7K到10K的上拉电阻到3.3V。DHT11的数据线是开漏输出，没有上拉电阻的话读不到数据。我一开始忘了加上拉，调试了半天以为是时序问题，后来用示波器一看数据线一直是低电平，才反应过来。

3.2 继电器驱动电路与隔离设计

继电器模块我直接买的是成品模块，上面已经带了光耦隔离和续流二极管。但即使是成品模块，也要注意几点：第一，继电器模块的VCC和GND要单独走线到电源，不要和MCU共用一条细线，否则继电器吸合瞬间的电流冲击可能导致MCU复位；第二，控制信号线最好串联一个100欧姆的电阻，限流保护光耦输入端；第三，如果继电器模块是低电平触发，代码里的逻辑要反过来。

我用的模块是高电平触发，所以PA4和PA5输出高电平时继电器吸合。半导体制冷片和风扇分别由两个继电器控制，这样可以独立控制：先开风扇再开制冷片，关的时候先关制冷片再关风扇，让风扇多转一会儿把残余冷量吹出来，也保护制冷片不会因为热量积聚而损坏。

3.3 电源部分：12V转5V转3.3V

电源是整个系统最容易出问题的地方。半导体制冷片TEC1-12706的额定电流是6A，启动瞬间电流更大。如果用普通的12V 1A适配器，根本带不动。我一开始用了一个12V 2A的适配器，结果制冷片一启动电压就掉到8V，MCU直接复位。

后来换了一个12V 5A的适配器才稳定下来。这里给个经验值：TEC1-12706实际工作电流在3到4A左右（取决于散热条件），加上风扇和MCU，总电流至少需要5A余量。适配器选12V 6A或更大比较稳妥。

5V部分用LM2596降压模块，输入接12V，输出调到5V给继电器和DHT11供电。3.3V用AMS1117-3.3从5V降压得到，给STM32和OLED供电。注意AMS1117的压差要求至少1V，5V转3.3V没问题，但如果输入低于4.3V输出就不稳定了。

3.4 嘉立创画图注意事项

原理图我用嘉立创EDA画的，这个工具对个人用户免费，元件库也比较全。画图时有几个点要注意：第一，DHT11的封装要确认清楚，有的是三脚直插，有的是四脚，买之前先看数据手册；第二，OLED模块的I2C地址通常是0x78或0x3C，画图时不用管，代码里扫描一下就知道；第三，继电器模块如果是外接的，原理图上只需要画一个排针接口就行，不用把继电器线圈和触点都画出来。

PCB布局时，12V大电流走线要尽量宽，我用了2mm线宽。制冷片和风扇的接线端子要靠近继电器输出端，减少走线长度。DHT11的走线要远离电源线和继电器，避免干扰。

4. 代码架构与核心模块实现

4.1 工程目录结构与开发环境

我用Keil MDK 5开发，工程目录结构如下：

SmartWardrobe/ ├── Core/ │ ├── main.c │ ├── stm32f1xx_it.c │ └── system_stm32f1xx.c ├── Drivers/ │ ├── STM32F1xx_HAL_Driver/ │ └── CMSIS/ ├── Hardware/ │ ├── dht11.c / dht11.h │ ├── oled.c / oled.h │ ├── key.c / key.h │ └── relay.c / relay.h ├── App/ │ ├── app_control.c / app_control.h │ └── app_display.c / app_display.h └── MDK-ARM/ └── SmartWardrobe.uvprojx

分层原则：Hardware层只负责硬件驱动，App层负责业务逻辑，main.c只做初始化和主循环调度。这样后面如果要换传感器或者改控制逻辑，只需要改对应的层，不会牵一发动全身。

4.2 DHT11驱动：时序是最大的坑

DHT11的单总线协议对时序要求很严格。STM32F103C8T6主频72MHz，一个时钟周期约13.9ns。DHT11的时序要求是：主机拉低至少18ms，然后拉高20到40us，然后释放总线等待DHT11响应。

我用的是HAL库的微秒延时函数，但HAL_Delay只能做到毫秒级，所以需要自己写一个微秒延时。可以用SysTick或者DWT。我用的是DWT方案，代码如下：

void DWT_Delay_Init(void) { CoreDebug->DEMCR |= CoreDebug_DEMCR_TRCENA_Msk; DWT->CYCCNT = 0; DWT->CTRL |= DWT_CTRL_CYCCNTENA_Msk; } void DWT_Delay_us(uint32_t us) { uint32_t start = DWT->CYCCNT; uint32_t ticks = us * (SystemCoreClock / 1000000); while ((DWT->CYCCNT - start) < ticks); }

读取DHT11的完整流程是：主机拉低至少18ms，拉高20到40us，然后切换为输入模式，等待DHT11拉低80us作为响应信号，再拉高80us，然后开始传输40位数据。每一位数据以50us低电平开始，高电平持续26到28us表示0，持续70us表示1。

这里有个大坑：如果在中断里调用DWT_Delay_us，而中断优先级又比较高，可能会打断时序导致读取失败。我的做法是在读取DHT11期间关闭全局中断，读完再打开。虽然会稍微影响系统实时性，但DHT11读取只需要几毫秒，影响可以忽略。

4.3 OLED显示：I2C驱动与界面布局

OLED我用的是0.96寸128x64的I2C模块，驱动芯片是SSD1306。I2C地址通常是0x78（8位地址）或0x3C（7位地址）。HAL库的I2C函数用的是7位地址，所以代码里填0x3C。

显示界面我设计了四行内容：第一行显示当前温度和湿度，第二行显示设定的目标湿度，第三行显示除湿状态（工作中/待机），第四行显示运行时间。字体用的是6x8和8x16两种，标题用8x16，数据用6x8。

OLED刷新频率不需要太高，我每500ms刷新一次。如果刷新太快，I2C总线占用时间过长，可能影响DHT11的读取。另外OLED的I2C速率我设的是400kHz，实际测试100kHz也够用，但400kHz刷新更流畅。

4.4 继电器控制逻辑与状态机

控制逻辑用一个简单的状态机实现，状态定义如下：

typedef enum { STATE_IDLE, // 待机，湿度低于阈值 STATE_DEHUMID, // 除湿中，制冷片和风扇都开 STATE_COOLDOWN, // 制冷片关闭，风扇继续运行 STATE_ERROR // 传感器读取失败 } SystemState_t;

状态转换条件：当湿度大于目标湿度加3%时，进入DEHUMID状态，先开风扇，延时500ms再开制冷片。当湿度小于目标湿度减3%时，进入COOLDOWN状态，先关制冷片，风扇继续运行30秒后关闭，然后回到IDLE。这个3%的迟滞区间是为了防止湿度在阈值附近波动导致继电器频繁吸合。

传感器读取失败时进入ERROR状态，关闭所有负载，OLED显示错误信息，每2秒重试一次。如果连续10次失败，就认为传感器故障，保持ERROR状态并闪烁指示灯。

4.5 按键处理与参数存储

三个按键分别对应加、减、确认。短按加/减调整目标湿度，每次1%，范围30%到80%。长按加/减可以快速调整，每200ms变化一次。确认键用来保存设置到Flash。

参数存储我用的是STM32内部的Flash，地址选在0x0801F800（最后一页）。写入前要先擦除整页，然后按半字写入。读取时直接指针访问。注意Flash写入期间CPU会暂停，所以不要在中断里写Flash。

#define FLASH_SAVE_ADDR 0x0801F800 void SaveTargetHumidity(uint8_t humidity) { HAL_FLASH_Unlock(); FLASH_EraseInitTypeDef erase; erase.TypeErase = FLASH_TYPEERASE_PAGES; erase.PageAddress = FLASH_SAVE_ADDR; erase.NbPages = 1; uint32_t pageError; HAL_FLASHEx_Erase(&erase, &pageError); HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_HALFWORD, FLASH_SAVE_ADDR, humidity); HAL_FLASH_Lock(); }

5. 仿真验证与实物调试中的真实踩坑记录

5.1 Proteus仿真能验证什么、不能验证什么

我在打板之前先用Proteus做了仿真。Proteus里有DHT11的模型，也有OLED和继电器模型，可以验证基本的逻辑是否正确。但仿真有几个局限：第一，DHT11的时序在仿真里是理想化的，实际硬件的时序偏差仿真体现不出来；第二，继电器的电流冲击仿真不了；第三，I2C总线的实际波形仿真看不到。

所以我的建议是：仿真用来验证代码逻辑和状态机是否正确，硬件时序和电源问题必须实物调试。不要因为仿真跑通了就以为万事大吉。

5.2 DHT11读取失败的三种典型情况和排查方法

调试期间我遇到过三种DHT11读取失败的情况，排查过程如下：

第一种，读到的全是0。用示波器看数据线，发现主机拉低之后DHT11根本没有响应。检查后发现是上拉电阻没焊，数据线一直是低电平。补焊4.7K上拉电阻后解决。

第二种，偶尔读到校验和错误。这种情况通常是时序偏差导致的。我用逻辑分析仪抓了波形，发现高电平持续时间在临界值附近波动。原因是DWT延时在中断干扰下不准确。解决办法是读取期间关中断，并且把两次读取间隔从1秒增加到2秒。

第三种，刚开始正常，运行几小时后读取失败。用手摸DHT11发现有点热，怀疑是供电问题。测量VCC发现只有2.8V，原来是AMS1117-3.3发热导致输出下降。在AMS1117上加了一个小散热片，并把输入电压从5V降到4.5V（用LM2596调），问题解决。

5.3 继电器吸合导致MCU复位的电源问题

这是我最头疼的一个问题。每次继电器吸合，MCU就复位，OLED黑屏重启。一开始以为是继电器模块的光耦隔离没做好，换了模块还是一样。后来用示波器看3.3V电源轨，发现继电器吸合瞬间3.3V上有一个很大的负向尖峰。

根本原因是：继电器线圈和MCU共用同一个5V电源，继电器吸合瞬间电流突变，在电源线上产生感应电动势，通过AMS1117耦合到3.3V。解决办法有三个：第一，继电器模块的VCC单独从12V经过一个独立的LM2596降压得到，不和MCU共用；第二，在继电器模块的VCC和GND之间并联一个1000uF电解电容和一个0.1uF陶瓷电容；第三，在MCU的3.3V电源引脚旁边加一个10uF钽电容。

三个措施一起上之后，继电器吸合时3.3V纹波从原来的300mV降到了50mV以内，MCU再也不复位了。

5.4 半导体制冷片的散热与凝露处理

半导体制冷片的热面散热非常关键。我一开始只加了一个小散热片，没有风扇，结果制冷片工作5分钟后热面温度超过80度，冷面反而不冷了。后来换了一个大散热片加12V风扇，热面温度稳定在45度左右，冷面能到5度。

凝露处理也很重要。冷面上凝结的水滴如果直接滴到电路板上会短路。我在冷面下方放了一个小接水盘，并且把制冷片和电路板用塑料隔板隔开。另外，衣柜本身不是完全密封的，湿度降下来之后要记得关掉制冷片，否则会过度除湿，衣服变得太干。

5.5 代码诊断与调试技巧

调试STM32代码时，我主要用三种手段：第一，用ST-Link Utility查看Flash内容，确认参数是否正确写入；第二，用串口打印调试信息，把DHT11的原始数据、状态机状态、继电器状态都打印出来；第三，用逻辑分析仪抓DHT11和I2C的波形。

串口打印我建议用DMA方式，不要用阻塞发送，否则会影响时序。我用的波特率是115200，每500ms打印一次状态，信息量足够又不至于刷屏太快。

另外，Keil的Debug模式里可以实时查看变量值，配合断点使用很方便。但要注意，在Debug模式下DHT11的时序会被打断，所以不要在全速运行DHT11读取的时候设断点。

6. 开源资料说明与复现建议

6.1 代码、原理图、仿真文件的组织方式

开源包我按以下结构组织：

SmartWardrobe_OpenSource/ ├── Hardware/ │ ├── Schematic.pdf // 原理图 │ ├── PCB_Layout.pdf // PCB布局图 │ └── BOM.xlsx // 物料清单 ├── Firmware/ │ ├── SmartWardrobe.uvprojx // Keil工程 │ └── Source/ // 所有源码 ├── Simulation/ │ ├── Proteus/ // Proteus仿真文件 │ └── Screenshots/ // 仿真截图 ├── Docs/ │ ├── 调试记录.md │ └── 常见问题.md └── README.md

BOM表里我标注了每个元件的型号、封装、数量和参考购买渠道。半导体制冷片和散热片建议买成套的，省得自己配。

6.2 复现时的物料采购避坑

采购时有几个坑要注意：第一，DHT11买带PCB板的模块版，比裸传感器好焊接，而且自带上拉电阻；第二，继电器模块买光耦隔离的，不要买那种只有三极管驱动的；第三，12V电源适配器一定要选电流足够的，我推荐12V 6A；第四，OLED买I2C接口的，SPI接口的接线更多但速度更快，看个人选择。

半导体制冷片TEC1-12706有很多种，有的标称6A但实际只有4A，买的时候看评价。散热片要选面积足够大的，至少40x40mm，配合12V风扇。

6.3 从仿真到实物的移植注意事项

Proteus仿真里用的元件模型和实物可能有差异。比如仿真里的DHT11响应是即时的，实物需要等待；仿真里的继电器是理想开关，实物有吸合时间和弹跳。移植时要把这些因素考虑进去，在代码里加足够的延时和容错。

另外，仿真里的电源是理想的，实物电源有纹波和压降。建议在实物调试时先用示波器看一遍所有电源轨，确认纹波在可接受范围内再上电运行。

6.4 后续可扩展的方向

这个项目目前只做了基础的除湿控制，后面还可以加不少东西。比如加一个ESP8266模块，把温湿度数据上传到手机，实现远程监控；加一个RTC时钟模块，记录每天的除湿时长；加一个SD卡模块，把历史数据存下来做趋势分析。

如果要做OTA升级，STM32F103C8T6的Flash只有64KB，跑OTA会比较紧张，建议换F103RCT6或者F407。不过对于这个项目来说，OTA不是刚需，用ST-Link烧录就足够了。

我在实际使用中最大的体会是：硬件项目里，电源和时序永远是最容易出问题的地方，代码逻辑反而很少出错。把电源做好、把时序调准，项目就成功了一大半。另外，不要迷信仿真，实物调试才是检验真理的唯一标准。