多功能桌面环境监测站：嵌入式单片机电路设计

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摘要

本文介绍一个多功能桌面环境监测站的整体方案，聚焦嵌入式单片机选型、电路设计、传感器接入、供电管理与调试验证流程。

本文是本人用来联系嵌入式单片机和电路设计的第一个练手项目，项目由AI设计，我本人来实际优化并完成该项目。

首先介绍了项目具体的设计方案，以及需要用到的材料、元件。然后介绍了如何进行电路设计，由于本人模电水平欠佳，部分电路并非自己设计，但为了完成项目，介绍了如何从网上找各个元件的参考电路，并拼在一起，使得总体的系统有用。然后介绍了AD软件的使用以及PCB的绘制，最终的成品+代码。

产品设计

核心功能与硬件选型

模块名称推荐型号选型理由
主控 MCUSTM32F103C8T6经典的 ARM Cortex-M3 核心，引脚适中（48脚），封装（LQFP-48）非常适合练习焊接和 PCB 布线 , 10]。
电源输入USB Type-C (6P/16P)现代主流接口。学习如何处理 Type-C 的 CC 引脚（需加 5.1k 下拉电阻） 。
稳压电路AMS1117-3.3将 USB 的 5V 转为单片机用的 3.3V。学习 LDO（线性稳压器）的滤波电容配置 。
温湿度传感器AHT20 或 DHT11AHT20 采用 I2C 协议，体积小，适合练习表贴封装布线；DHT11 适合单总线练习 。
光敏检测** GL5516(5-10) 光敏电阻**模拟信号输入。学习分压电路设计及单片机 ADC（模数转换）功能。
显示模块HS96L03W2C03 0.96寸 OLED (I2C)好用
串口调试CH340C内置晶振的 USB 转串口芯片。学习如何实现一键下载电路（DTR/RTS 控制） 。
交互/提示按键 + LED + 有源蜂鸣器基础 GPIO 控制，学习三极管驱动电路（驱动蜂鸣器） 。

具体实现方案

整个系统的工作流程如下：

  1. 供电：通过 Type-C 接入 5V 电源，经 AMS1117 降压至 3.3V 为全板供电。
  2. 采集：MCU 通过 I2C 总线读取 AHT20 的温湿度数据，通过 ADC 引脚读取光敏电阻的分压值。
  3. 处理：MCU 对数据进行转换，判断环境光线是否过暗（触发 LED 或蜂鸣器报警）。
  4. 显示：将数据实时刷新到 OLED 屏幕上。
  5. 调试：通过 CH340C 芯片，可以直接用一根 USB 线连接电脑进行程序烧录和串口打印 。

以上设计由Gemin 3 Flash给出，我看了感觉蛮合理的，成本也不算太高，可以实现。

电路原理图设计

此部分我认为是一个难点

USB Type-C 供电电路

在网上找到了一个这个参考电路：

image.png

实战中其实可以问AI（开启联网功能）：如何用这个模块（USB Type-C）进行供电，具体的电路原理图怎么设计？帮我在网上找一个电路原理图并给我原贴链接。

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不过我又寻思，我单片机都用stm32了，其实可以会直接用stm32来供电，不需要另设usb接口。实际上，stm32也有USB-C接口

## AMS1117-3.3 稳压电路

这个我是直接谷歌搜索得到的：

image.png

来源：https://www.ic-components.tw/blog/ams1117-3.3-features,applications,and-wiring-guide-for-stable-voltage-regulation.jsp

可能是某个元件原理图的参考网站。我感觉这种网站蛮有价值的，值得总结一下。

AHT-20 温度湿度传感器模块

其实要查找典型应用电路的话，直接看产商的这个元件数据手册也是不错的选择。这个元件我就是直接上嘉立创搜索这个元件的数据手册，然后查看

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可以看到内容非常详细，引脚定义和典型应用图给出了

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可以看出这就是一个典型的I2C通信协议。非常适合让我们用来学习总线和该通信协议。

数据手册非常的好，也给出了时序图。其实就是I2C的时序。

当然也可以直接把pdf丢给AI读，让它告诉我们这个模块具体的数据读取方法（当然前提是自己掌握了I2C通信协议）

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有了基本的电路图后，其实可以把这些电路图一起发给AI让AI参考这些单个模块的电路原理图，来给你设计总的电路架构图。

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我这边这样提问其实是加入了自己的想法，AI既然说没问题那就这么的做了。

GL5516(5-10) 光敏电阻

这个其实是一个模拟信号元件，并非数字信号的。所以涉及了模数转换。

首先我们还是需要这个元件的数据手册，依旧上嘉立创搜索该元件，并下载。可以看到手册pdf也是非常的详细。pdf中已经给出了电阻阻值随光照强度变化的曲线。

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我们希望设计一个电路来通过这个光敏电阻来测量环境的光强，然后通过模拟信号值（如电压或电流）来反映。这个模拟信号要转换成数字信号，并用stm32来进行处理，最终输出到我们的显示屏上。这是我的一个基本思路。

这部分pdf中倒是没有参考电路，不过因为电路也是比较简单，AI直接查到了基本的电路，如下：

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可以看到，模拟信号转数字信号的过程是直接发生在STM32内部。直接把模拟信号接入到STM32 ADC引脚即可。

具体实现原理是，STM32 的 ADC 会将电压转换为一个 12 位的数字，调用stm封装好的函数 HAL_ADC_GetValue() 获取原始值 ad_val 。则 ad_val 越大 →→ 电压越高 →→ 光线越强。

可以简单地将 0-4095 映射为 0-100% 的光照强度，如果想算出具体的 Lux（勒克斯）值，需要用到规格书中的 $\gamma$ 值（GL5516 为 0.6）。公式比较复杂：$R = R_{10} \times (10/E)^\gamma$。但对于大多数练手项目，直接使用 ADC 原始数值进行区间判断（如：0-1000 为黑夜，1000-3000 为白天）就已经足够实用且稳定了。

AI还给出了抗干扰优化方案：在 PCB 设计时，建议在 ADC 引脚与 GND 之间并联一个 0.1μF (104) 的贴片电容。这个小电容能滤除环境中的高频噪声，防止 OLED 屏幕上的光照数值来回抖动。这也是合理的。

HS96L03W2C03 OLED屏幕

这个就比较简单了，嘉立创数据手册。也是I2C协议。

image.png

典型的4引脚，正常接入即可。

本节总结

至此我们基本完成了每个模块的认识，以及基本电路的设计，接下来进行总电路的设计。

（2026.2.9 编至此）

（未完待续……）

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