# stm32-temp-alarm-clock

**Repository Path**: ch1ller/stm32-temp-alarm-clock

## Basic Information

- **Project Name**: stm32-temp-alarm-clock
- **Description**: 基于 STM32F103C8Tx 微处理器和 FreeRTOS 嵌入式操作系统开发的一款综合设备，集成了温度监测、超限报警、实时时钟、按键设置及串口远控等功能。通过滑动变阻器模拟温度传感器，实现了规定范围内的温度采集、显示与报警功能。
- **Primary Language**: C
- **License**: AGPL-3.0
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 3
- **Forks**: 0
- **Created**: 2026-01-23
- **Last Updated**: 2026-04-25

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: stm32, FreeRTOS

## README

# STM32 测温报警时钟系统

## 项目简介

本项目是基于 STM32F103C8Tx 微处理器和 FreeRTOS 嵌入式操作系统开发的一款综合设备，集成了**温度监测**、**超限报警**、**实时时钟**、**按键设置**及**串口远控**等功能。通过滑动变阻器模拟温度传感器，实现了 -40℃ ~ 85℃ 范围内的温度采集、显示与报警功能。

### 主要特点

- 多任务实时调度系统（FreeRTOS）
- 温度模拟采集与显示（-40℃ ~ 85℃）
- 高低温报警（持续/间歇蜂鸣）
- 8位 LED 数码管动态扫描显示
- 软件实时时钟（RTC）自动进位
- 三屏显示模式（时间/温度/阈值）
- 本地 4 按键控制
- 串口远程控制与状态回显

## 效果展示

### 系统仿真

![Proteus电路仿真](screenshots/proteus-circuit.png)

### 时钟显示

![时间显示](screenshots/time-display.jpg)
![日期显示](screenshots/date-display.jpg)

### 温度显示

![温度显示](screenshots/temp-display.jpg)
![负数温度显示](screenshots/temp-display-negative.jpg)

### 温度阈值设置

![高温阈值调节](screenshots/high-temp-threshold.jpg)
![低温阈值调节](screenshots/low-temp-threshold.jpg)

### 报警功能

![高温报警](screenshots/high-temp-alarm.jpg)
![低温报警](screenshots/low-temp-alarm.jpg)

### 串口控制

![串口远程控制](screenshots/serial-control.png)

## 功能特性

### 1. 温度监测功能

- 使用滑动变阻器模拟温度传感器
- ADC 12位精度采集，DMA 连续传输
- 均值滤波算法消除噪声干扰
- 温度范围：**-40℃ ~ 85℃**
- 支持正负温度显示（<0℃ 显示负号）

### 2. 报警功能

| 报警类型 | 触发条件        | 蜂鸣模式        | 数码管显示 |
| -------- | --------------- | --------------- | ---------- |
| 高温报警 | T > 上限        | 持续鸣响        | `Error_Hi` |
| 低温报警 | T < 下限        | 间歇鸣响(500ms) | `Error_Lo` |
| 正常状态 | 下限 ≤ T ≤ 上限 | 静音            | 正常显示   |

### 3. 时钟日历功能

- 24小时制时间显示（HH:MM:SS）
- 日期显示（YYYY:MM:DD）
- 自动时间进位（秒→分→时→日→月→年）
- 支持闰年自动检测

### 4. 显示系统

- **屏幕1（RTC模式）**：时间/日期每3秒自动切换
- **屏幕2（温度模式）**：显示当前温度，带符号标识
- **屏幕3（阈值模式）**：显示/设置温度上下限

### 5. 按键控制

| 按键   | 功能              | 说明                   |
| ------ | ----------------- | ---------------------- |
| **K1** | 屏幕切换          | 屏1→屏2→屏3→屏1 循环   |
| **K2** | 阈值+1/进上限设置 | 仅屏3有效              |
| **K3** | 阈值-1/进下限设置 | 仅屏3有效              |
| **K4** | 确认设置          | 保存阈值并退出设置模式 |

### 6. 串口远控功能

- 波特率：9600bps, 8N1
- 支持命令格式：`命令:参数`
- 实时状态回显

## 硬件架构

### 系统框图

```
┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    STM32F103C8Tx 主控芯片                    │
│  ┌──────────┐  ┌──────────┐  ┌──────────┐  ┌──────────┐     │
│  │  ADC1    │  │  TIM1    │  │ USART1   │  │  GPIO    │     │
│  │  + DMA   │  │  1ms中断 │  │  串口通信 │  │  中断    │     │
│  └────┬─────┘  └────┬─────┘  └────┬─────┘  └────┬─────┘     │
└───────┼─────────────┼─────────────┼─────────────┼───────────┘
        │             │             │             │
    ┌───▼───┐     ┌───▼───┐     ┌───▼───┐     ┌───▼───┐
    │滑动变阻│     │数码管 │     │  PC   │     │ 按键   │
    │ 器模拟 │     │ 8位LED│    │  串口  │     │ K1-K4 │
    └───────┘     └───────┘     └───────┘     └───────┘
```

### 硬件连接

#### 输入模块

| 外设       | 引脚 | 功能                |
| ---------- | ---- | ------------------- |
| 滑动变阻器 | PB1  | ADC1_IN9 (温度模拟) |
| 按键 K1    | PA15 | 屏幕切换 (EXTI15)   |
| 按键 K2    | PA14 | 阈值+1 (EXTI14)     |
| 按键 K3    | PA13 | 阈值-1 (EXTI13)     |
| 按键 K4    | PA12 | 确认设置 (EXTI12)   |
| USART1_RX  | PA10 | 串口接收            |
| USART1_TX  | PA9  | 串口发送            |

#### 输出模块

| 外设        | 引脚        | 功能                   |
| ----------- | ----------- | ---------------------- |
| LED1-LED8   | PA0-PA7     | 数码管段选 (A-G+DP)    |
| 蜂鸣器      | PB0         | 报警提示音             |
| LSA/LSB/LSC | PB5/PB4/PB3 | 数码管位选 (3-8译码器) |

## 软件架构

### FreeRTOS 任务架构

| 任务名称        | 优先级      | 核心功能           | 同步机制           |
| --------------- | ----------- | ------------------ | ------------------ |
| **IdleTask**    | Idle        | 数据处理与显示计算 | 循环执行           |
| **SecondTask**  | AboveNormal | RTC时间更新        | bSem_1s信号量      |
| **BeepTask**    | Normal      | 蜂鸣器控制         | bSem_Beep信号量    |
| **AnalyzeTask** | High        | 串口命令解析       | bSem_Analyze信号量 |

### 信号量同步机制

```
┌────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                     信号量同步示意图                        │
├────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                                                            │
│  TIM1中断 (1ms) ──┬──> 1000次触发 ──> bSem_1s ──> SecondTask│
│                  │                                         │
│                  ├──> 数码管扫描 (seg7dsp)                  │
│                  │                                         │
│  按键中断 ────────┼──> bSem_Beep ─────────> BeepTask        │
│  报警检测 ────────┤                                         │
│  串口命令 ────────┘                                         │
│                                                            │
│  串口接收中断 ───> bSem_Analyze ────> AnalyzeTask           │
│                                                            │
└────────────────────────────────────────────────────────────┘
```

### 目录结构

```
232226201137-EXP4/
├── Core/                        # 核心应用代码
│   ├── Src/
│   │   ├── main.c               # 主程序（923行）
│   │   ├── freertos.c           # FreeRTOS 任务定义
│   │   ├── gpio.c               # GPIO 配置
│   │   ├── adc.c                # ADC 配置
│   │   ├── tim.c                # 定时器配置
│   │   ├── usart.c              # 串口配置
│   │   ├── dma.c                # DMA 配置
│   │   └── stm32f1xx_it.c       # 中断服务函数
│   └── Inc/
│       ├── main.h               # 主头文件
│       ├── FreeRTOSConfig.h     # FreeRTOS 配置
│       └── stm32f1xx_hal_conf.h # HAL 模块配置
├── Drivers/                     # HAL 驱动库
│   ├── STM32F1xx_HAL_Driver/    # STM32F1xx HAL
│   └── CMSIS/                   # CMSIS 核心文件
├── Middlewares/                 # 中间件
│   └── Third_Party/FreeRTOS/    # FreeRTOS 源码
├── MDK-ARM/                     # Keil 工程文件
│   ├── 232226201137-EXP4.uvprojx
│   └── startup_stm32f103xb.s
├── 232226201137-EXP4.ioc        # STM32CubeMX 配置文件
└── README.md                    # 本说明文档
```

## 使用说明

### 1. 编译与烧录

#### 环境要求

- **IDE**：Keil MDK - ARM µVision5
- **SDK**：STM32CubeMX + HAL库
- **工具链**：ARM Compiler 5/6

#### 编译步骤

```bash
1. 使用 STM32CubeMX 打开 232226201137-EXP4.ioc
2. 生成代码
3. 使用 Keil MDK-ARM 打开 232226201137-EXP4/MDK-ARM/232226201137-EXP4.uvprojx
4. 编译项目
5. 烧录到开发板
```

### 2. 操作说明

#### 开机默认状态

- 默认显示：**屏幕1（RTC模式）**
- 初始时间：13:07:00
- 初始日期：2025-12-30
- 温度上限：60℃
- 温度下限：-20℃

#### 按键操作流程

**屏幕切换（K1）**：

```
屏1 (RTC) ──K1──> 屏2 (温度) ──K1──> 屏3 (阈值) ──K1──> 屏1 (RTC)
```

**温度阈值设置**（在屏3）：

1. 按 **K2**：进入上限设置，再次按K2上调（≤85）
2. 按 **K3**：进入下限设置，再次按K3下调（≥-40）
3. 按 **K4**：确认并保存设置，退出设置模式

#### 串口命令列表

| 命令格式        | 功能         | 示例            | 返回值                        |
| --------------- | ------------ | --------------- | ----------------------------- |
| `SETH:XX`       | 设置温度上限 | `SETH:70`       | `SETH ACK = 70`               |
| `SETL:XX`       | 设置温度下限 | `SETL:-10`      | `SETL ACK = -10`              |
| `SETT:HHMMSS`   | 设置时间     | `SETT:143000`   | `SETT ACK = 143000`           |
| `SETD:YYYYMMDD` | 设置日期     | `SETD:20050307` | `SETD ACK = 20050307`         |
| `RSTT:`         | 重置时间     | `RSTT:`         | `RSTT ACK = 000000`           |
| `RSTD:`         | 重置日期     | `RSTD:`         | `RSTD ACK = 20000101`         |
| `SCRN:X`        | 切换屏幕     | `SCRN:1`        | `SCRN ACK = 1`                |
| `INFO:`         | 输出状态     | `INFO:`         | `Time = ..., Date = ..., ...` |

### 3. Proteus 仿真

项目包含 Proteus 仿真文件：

- 位置：`Proteus/Big_Project.pdsprj`
- 使用 Proteus 8.x 打开即可仿真

## 技术栈

### 嵌入式硬件

- **MCU**：STM32F103C8Tx (Cortex-M3, 72MHz, 64KB Flash, 20KB RAM)
- **外设**：GPIO, ADC, TIM, USART, DMA, EXTI

### 软件框架

- **RTOS**：FreeRTOS v10.0.1
- **HAL库**：STM32F1xx HAL Driver
- **开发工具**：STM32CubeMX 6.x, Keil MDK-ARM 5.x

### 核心技术

- 多任务实时调度
- 信号量同步机制
- 中断驱动编程
- DMA数据传输
- 动态数码管扫描

## 测试验证

### 测试覆盖率

| 功能模块 | 测试项 | 通过率 |
| -------- | ------ | ------ |
| 温度采集 | 2项    | 100%   |
| 报警功能 | 3项    | 100%   |
| 时钟功能 | 1项    | 100%   |
| 按键控制 | 3项    | 100%   |
| 串口通信 | 6项    | 100%   |

### 主要测试用例

- ✅ 温度范围测试（-40℃ ~ 85℃）
- ✅ 高温持续报警
- ✅ 低温间歇报警
- ✅ RTC自动进位
- ✅ 阈值逻辑限制
- ✅ 串口命令解析

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