1.1 項目開發背景

隨著科技的發展與人們生活水平的提高，對于環境監測的需求日益增長。特別是在戶外探險、氣象研究以及航空航海等領域，實時準確地獲取大氣氣壓數據顯得尤為重要。大氣氣壓的變化不僅直接影響到天氣預報的準確性，而且對于了解氣候變化趨勢、保障飛行安全等方面也具有不可忽視的作用。因此，設計一款便攜式、高精度的大氣氣壓檢測裝置變得十分必要。這樣的裝置能夠讓用戶無論身處何地都能快速掌握周圍環境的大氣狀況，為科學研究和個人活動提供有力支持。

本項目計劃基于STM32微控制器平臺來實現一個緊湊且高效的大氣氣壓檢測系統。選擇STM32作為主控芯片的原因在于其擁有強大的處理能力、豐富的外設接口以及良好的低功耗特性，非常適合用來構建這類需要長時間運行同時又要求較高計算性能的應用。特別是選用型號為STM32F103RCT6的微控制器，它不僅具備足夠的Flash存儲空間和RAM來支持復雜的軟件算法，還內置了多種通信接口，便于連接外部傳感器和其他設備。

在硬件設計上，將采用BMP180數字氣壓傳感器來實現對大氣壓力的精確測量。BMP180以其小巧的體積、較低的成本以及較高的測量精度而聞名，能夠滿足本項目對于小型化和高性能的要求。此外，為了使用戶可以直接查看測量結果而不必依賴額外的顯示設備，還將集成一塊0.96英寸大小、使用SPI協議進行通信的OLED顯示屏。該屏幕具有清晰的顯示效果，并且功耗極低，非常適合于便攜式電子產品中使用。

考慮到目標應用場景可能位于遠離電源的地方，因此整個裝置將由鋰電池供電，確保即使是在野外也能正常工作。通過精心設計電路結構并優化軟件邏輯以降低能耗，可以延長單次充電后的使用時間，使得這款大氣氣壓檢測裝置更加實用可靠。綜上所述，本項目的實施結合先進的嵌入式技術與環境監測需求，開發出一款易于攜帶、操作簡便且功能強大的氣壓檢測工具，從而更好地服務于科研人員及廣大愛好者。

1.2 設計實現的功能

基于STM32設計的大氣氣壓檢測裝置

功能支持：  
1. 實時檢測大氣氣壓（BMP180）
2. 本地OLED顯示屏顯示（0.96寸SPI協議OLED顯示屏）
3. 鋰電池供電    
4. 主控芯片選擇STM32F103RCT6

本項目設計的大氣氣壓檢測裝置提供一種便捷且可靠的解決方案，以滿足用戶對于實時大氣氣壓信息的需求。裝置的核心功能是通過BMP180數字氣壓傳感器實現對當前環境大氣壓力的持續監測。BMP180是一款高精度的氣壓傳感器，它能夠以非常高的分辨率測量絕對氣壓，并且具有溫度補償功能，這保證了無論外界條件如何變化，裝置都能提供穩定而準確的壓力讀數。傳感器通過I2C接口與STM32F103RCT6微控制器相連，允許控制器周期性地讀取最新的氣壓值。

為了使用戶能夠直觀地看到這些數據，裝置集成了一個0.96英寸的OLED顯示屏。這塊屏幕采用了SPI通信協議，與STM32微控制器直接交互，顯示從BMP180獲得的氣壓數值。不僅如此，顯示屏還可以展示其他有用的信息，比如電池電量狀態或簡單的操作提示，增強用戶體驗。OLED技術的選擇不僅因為它的高對比度和良好的可視角度，更重要的是其相對較低的工作電流有助于延長電池壽命。

考慮到便攜性的需求，整個裝置采用了鋰電池供電的設計。這意味著用戶可以在沒有固定電源的情況下自由移動，例如在戶外活動或遠足時使用該裝置。為了進一步優化能源管理，系統中加入了智能休眠模式，在非活動期間自動減少能耗，當檢測到用戶操作或達到預設的時間間隔時再喚醒進行數據更新。此外，STM32F103RCT6微控制器本身支持多種低功耗模式，可根據實際需要靈活調整工作狀態，從而有效延長電池續航時間。

通過整合精準的氣壓傳感技術、直觀的數據顯示界面以及高效的能源管理系統，這款基于STM32的大氣氣壓檢測裝置不僅提供了必要的功能性，同時也考慮到了使用的便利性和經濟性，適合廣泛的應用場景。無論是專業研究人員還是業余愛好者，都能夠從中獲益，利用這一工具更加深入地理解和探索周圍的大氣環境。

1.3 項目硬件模塊組成

本項目的硬件設計圍繞著幾個關鍵組件展開，首先是主控芯片STM32F103RCT6，這是一塊高性能的32位ARM Cortex-M3內核微控制器，具有豐富的外設接口，包括多個USART、SPI、I2C等通信端口，非常適合用于處理傳感器數據和控制顯示設備。它負責協調整個系統的運作，執行數據采集、處理以及與用戶交互等功能。

接下來是BMP180數字氣壓傳感器，作為核心傳感元件，BMP180通過I2C接口與STM32微控制器連接。這款傳感器能夠測量范圍從300hPa到1100hPa的氣壓值，適用于各種海拔高度下的氣壓監測。它還集成了溫度傳感器，可以提供經過溫度補償的氣壓讀數，確保測量結果的準確性。BMP180的小尺寸和低功耗特點使其成為便攜式應用的理想選擇。

為了向用戶提供直觀的數據反饋，裝置配備了一塊0.96英寸的OLED顯示屏。這塊屏幕采用SPI通信方式與STM32F103RCT6連接，支持全彩顯示，能夠清晰呈現氣壓數值及其他相關信息。OLED技術的特點是自發光，不需要背光燈，因此在不同光照條件下都具有出色的可視性。同時，它的工作電壓較低，有利于保持整體設備的低功耗特性。

電源部分選用了可充電鋰電池作為能量來源，保證了裝置的移動性和長時間工作的可能性。鋰電池的選擇考慮到了容量、重量和安全性等因素，確保既足夠支持裝置連續運行較長時間，又不會給用戶帶來過重負擔。此外，為了更好地管理電池電量，電路中還加入了電池保護電路，防止過充、過放以及短路等情況發生，增強了設備的安全性和可靠性。

除此之外，還包括一些輔助性的元器件，如穩壓器、電容、電阻等，它們共同構成了穩定的電源供應和信號調理電路，確保各個模塊能夠協同工作，發揮最佳性能。這些基本電氣組件雖然看似不起眼，但在整個系統中起著至關重要的作用，幫助維持穩定的運行環境，保證氣壓檢測裝置的長久可靠使用。

1.4 設計思路

本項目的設計思路源于對便攜式環境監測設備市場需求的深刻理解，尤其是針對大氣氣壓這一重要參數的實時監測。在設計初期，團隊首先明確了目標用戶群體，包括戶外運動愛好者、氣象學研究者以及任何需要了解當前氣壓狀況的人士。基于此，確定了幾個核心設計理念：高精度測量、直觀的數據展示、長續航能力以及整體設備的小型化。

為了實現高精度的大氣氣壓測量，選擇了BMP180作為主要傳感器。這款傳感器因其優異的性能和廣泛的應用記錄而被選中。BMP180不僅能提供高分辨率的氣壓數據，還能進行溫度補償，確保測量結果不受環境溫度變化的影響。通過I2C接口將其與STM32F103RCT6微控制器相連接，簡化了硬件布局的同時也提高了系統的集成度。

考慮到用戶體驗的重要性，決定采用0.96英寸的OLED顯示屏來即時顯示測量數據。OLED屏不僅擁有高對比度和寬視角，還具備輕薄節能的特點，非常適合作為便攜設備的一部分。通過SPI接口與STM32通信，可以方便地編程控制顯示內容，讓用戶一目了然地看到氣壓數值及其它相關信息。

為解決移動使用時的供電問題，選擇了鋰電池供電方案。這不僅是因為鋰電池的能量密度高，能夠提供足夠的電力支持長時間的連續運行，也是因為現代鋰電池技術成熟，具備良好的循環壽命和安全性。設計中特別關注了電源管理策略，通過軟件控制微控制器進入低功耗模式來節省電量，并在硬件層面加入電池保護機制，以確保電池使用的安全和效率。

在硬件設計上追求簡約而不失功能性的原則，盡可能減少不必要的復雜性，確保最終產品易于制造且成本可控。與此同時，注重模塊間的良好兼容性與擴展性，預留了額外的接口供未來可能的功能升級或與其他傳感器的集成。通過上述各方面的綜合考量與精心規劃，開發出一款既滿足專業級需求又能廣泛應用于日常生活的便攜式大氣氣壓檢測裝置。這種設計不僅體現了技術創新，也充分考慮了用戶的實際使用情境，力求在實用性與用戶體驗之間找到最佳平衡點。

1.5 系統功能總結

1.6 完整代碼設計

當前項目使用的相關軟件工具已經上傳到網盤：https://ccnr8sukk85n.feishu.cn/wiki/QjY8weDYHibqRYkFP2qcA9aGnvb?from=from_copylink

下面是main.c的完整邏輯代碼。

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "bmp180.h"  // BMP180傳感器驅動已準備好
#include "oled.h"    // OLED顯示驅動已準備好
#include "power_mgmt.h"  // 電源管理模塊已準備好
#include < string.h >

// 初始化HAL庫
void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_I2C1_Init(void);
static void MX_SPI1_Init(void);

int main(void)
{
    // 初始化HAL庫
    HAL_Init();

    // 配置系統時鐘
    SystemClock_Config();

    // 初始化GPIO
    MX_GPIO_Init();
    
    // 初始化I2C1 (用于BMP180)
    MX_I2C1_Init();
    
    // 初始化SPI1 (用于OLED)
    MX_SPI1_Init();

    // 初始化BMP180傳感器
    if (BMP180_Init() != BMP180_OK) {
        // 初始化失敗處理
        while (1);
    }

    // 初始化OLED顯示屏
    OLED_Init();

    // 初始化電源管理
    PowerMgmt_Init();

    // 主循環
    while (1)
    {
        // 讀取氣壓數據
        float pressure = 0.0;
        if (BMP180_ReadPressure(&pressure) == BMP180_OK) {
            // 顯示氣壓數據
            char buffer[20];
            snprintf(buffer, sizeof(buffer), "%.2f hPa", pressure);
            OLED_DisplayText(0, 5, (uint8_t *)buffer);
        }

        // 更新顯示
        OLED_UpdateDisplay();

        // 進入低功耗模式
        PowerMgmt_EnterLowPowerMode();
    }
}

審核編輯 黃宇