【STM32U3评测】实战项目：无电池温湿度计

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C70EH 发布时间：2026-6-10 16:18

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文章简介:	【STM32U3评测】实战项目：无电池温湿度计

我第一次看到它的原型是在2024年ST意法半导体举办的研讨会上，有一个使用STM32U083-DK的Demo，这个设备只需要一块室内的光伏板，就可以轻松测量室内温度以及光照照度，非常的神奇。

原型1.jpg

原型2.jpg

这篇文章，今天我们来使用Nucleo-U3C5板卡来做一个无电池温湿度计。

硬件-正面.jpg

首先我们来看一下硬件部分，硬件部分是由一个自制的SHT40温湿度传感模块，和一个TM1621B LCD驱动模块来组成的。为什么使用TM1621的原因是因为STM32U3目前没有推出具有片内LCD驱动的芯片。但是据官方上次发布U3C5的时候好像提了一嘴，支持断码屏的好像在下一代U3会推出吧，这里期待一下。

无电池温湿度计.jpg

如图所示。这就是这个小项目所需要用到的全部的硬件。当然，如果你需要使用无电池供电方案的话，你还需要一个电荷泵和一块太阳能电池板。不过在调试阶段并不需要这两个东西的。

接下来我们开始介绍软件部分，软件部分设计也是做低功耗项目的灵魂所在。为了降低功耗，我们采用三大法宝：

1.极致地降低单片机运行时的主频

2.极短的单片机运行时间，绝大多数时间处于低功耗模式

3.极致的节省，不用的设备及时切除

由于我们需要极致的低功耗，所以程序在一开始的时候，我们需要将单片机的主频降到非常低。

时钟树1.png

时钟树2.png

我们可以看一下这里主频降到了0.1875Mhz，其它外设主频也就1.5MHz，这样的话可以尽可能压榨单片机在运行时所需要的电流；程序逻辑非常简单，上电先将所有东西初始化并开启一个低功耗定时器，然后去读取SHT40的温湿度数据在完成转换后更新在在屏幕上，然后进入低功耗模式（Stop2模式）。5s后低功耗定时器发生中断事件，唤醒单片机，开始新的一轮循环。其中，在进入低功耗模式前，将SHT40的供电切除，以在最大程度减少低功耗模式下的电流。

测试-运行功耗.jpg

测试-Stop2功耗.jpg

我们来对这个设备进行一下功耗测试，可以看到在使用万能表接入的情况下，当前设备运行时功耗差不多在1mA到962uA的样子。然后再进入低功耗模式时，只有差不多480uA，这个功耗可以说非常低了。如果这里没有这块LCD的话，功耗可以降到只有几个微安，还是非常可以的。

无电池温湿度计.jpg

此时我们加上电荷泵，并连接上太阳能电池，将这个小项目放在有阳光的情况下，并不需要阳光直射，你可以看到这个系统是可以运行的。我们用另外一款单片机，实现了STM32U083-DK上所实现的功能。

还可以往两个方向进行改进。第一个改进方向是让单片机进入stop3模式，不过这种情况下需要配置使用RTC对单片机进行唤醒；第二个方案是将电荷泵芯片换掉，换成德州仪器的TPS63900。这是一款芯片专门为这种超低功耗场景设计的DCDC芯片，并且再加一个储能的法拉电容就更好了。最好的优化就是使用一块内置LCD段码驱动的单片机来做这个项目，这样的话效果会更好。

这一次的配置文件我们先看一下MX里面的配置图片如下，

GPIO配置.png

LPTIM配置.png

I2C1配置.png

NVIC配置.png

然后程序main函数如下，

/* USER CODE BEGIN Header */
/**
  ******************************************************************************
  * @file           : main.c
  * @brief          : Main program body
  ******************************************************************************
  * @attention
  *
  * Copyright (c) 2026 STMicroelectronics.
  * All rights reserved.
  *
  * This software is licensed under terms that can be found in the LICENSE file
  * in the root directory of this software component.
  * If no LICENSE file comes with this software, it is provided AS-IS.
  *
  ******************************************************************************
  */
/* USER CODE END Header */
/* Includes ------------------------------------------------------------------*/
#include "main.h"
#include "i2c.h"
#include "lptim.h"
#include "usart.h"
#include "gpio.h"

/* Private includes ----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN Includes */
#include "stdio.h"
#include "TM1621_Seg.h"
#include "SHT40.h"
/* USER CODE END Includes */

/* Private typedef -----------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PTD */

/* USER CODE END PTD */

/* Private define ------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PD */

/* USER CODE END PD */

/* Private macro -------------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN PM */

/* USER CODE END PM */

/* Private variables ---------------------------------------------------------*/

/* USER CODE BEGIN PV */
int a;
int i;
/* USER CODE END PV */

/* Private function prototypes -----------------------------------------------*/
void SystemClock_Config(void);
/* USER CODE BEGIN PFP */
void LpTim1_IRQHandlerCallBack(void);
void EXTI13_IRQHandlerCallBack(void);
void Stop2_Mode(void);
/* USER CODE END PFP */

/* Private user code ---------------------------------------------------------*/
/* USER CODE BEGIN 0 */
void LpTim1_IRQHandlerCallBack(void){
    //HAL_GPIO_TogglePin(LD2_GPIO_Port, LD2_Pin);
  //printf("\ni=%d\n",i);
}
void EXTI13_IRQHandlerCallBack(void){

}
/* USER CODE END 0 */

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_I2C1_Init();
  MX_LPTIM1_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
    HAL_LPTIM_Counter_Start_IT(&hlptim1);
    TM1621_Init();//TM1621��ʼ��
  TM1621_Display(2,2,0,TM1621_DisplayChar);
    TM1621_Display(5,13,0,TM1621_DisplayChar);//TM1621��Ļ��ʪ�ȵ�λ��ʾ
    TM1621_Update();//����TM1621����ʾ

  printf("ST Chinese Forum Evaluation Plan\r\n");
    printf("Board Mode:Nucleo-U3C5\r\n");
    printf("Demo5:U3C5_TH-CALC\r\n");
    printf("Reviewer:Xiang Zhong Bli:C70E\r\n");
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {HAL_GPIO_WritePin(SHT40_EN_GPIO_Port, SHT40_EN_Pin, GPIO_PIN_SET);
   HAL_Delay(100);  
     SHT40_Read();
     HAL_Delay(75);
     SHT40_Transform();
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
     TM1621_Displayint(1,SHT40_Temp(),0);
     TM1621_Displayint(4,SHT40_Humi(),0);
     TM1621_Update();
     //printf("SHT40_Temp=%.2f\n",SHT40_Temp());
     //printf("SHT40_Humi=%.2f\n",SHT40_Humi());
     HAL_GPIO_WritePin(SHT40_EN_GPIO_Port, SHT40_EN_Pin, GPIO_PIN_RESET);
     HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, TM1621_WR_Pin|TM1621_DAT_Pin|TM1621_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET);
     HAL_GPIO_WritePin(GPIOD, TM1621_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET);
     Stop2_Mode();
  }
  /* USER CODE END 3 */
}

/**
  * @brief System Clock Configuration
  * @retval None
  */
void SystemClock_Config(void)
{
  RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
  RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

  /** Configure the System Power Supply
  */
  if (HAL_PWREx_ConfigSupply(PWR_SMPS_SUPPLY) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Configure the main internal regulator output voltage
  */
  if (HAL_PWREx_ControlVoltageScaling(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE2) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_LSI|RCC_OSCILLATORTYPE_MSIS;
  RCC_OscInitStruct.LSIState = RCC_LSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.LSIDiv = RCC_LSI_DIV1;
  RCC_OscInitStruct.MSISState = RCC_MSI_ON;
  RCC_OscInitStruct.MSISSource = RCC_MSI_RC0;
  RCC_OscInitStruct.MSISDiv = RCC_MSI_DIV8;
  if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
  */
  RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2
                              |RCC_CLOCKTYPE_PCLK3;
  RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_MSIS;
  RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV8;
  RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
  RCC_ClkInitStruct.APB3CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;

  if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_0) != HAL_OK)
  {
    Error_Handler();
  }
}

/* USER CODE BEGIN 4 */
void Stop2_Mode(void){
       HAL_SuspendTick();
       HAL_PWR_EnterSTOPMode(PWR_LOWPOWERMODE_STOP2, PWR_STOPENTRY_WFI);
       HAL_ResumeTick();
         SystemClock_Config();
}

int fputc(int ch,FILE *f)
{
  HAL_UART_Transmit(&huart1,(uint8_t *)&ch,1,0xFFFF);
  return ch;
}
/* USER CODE END 4 */

/**
  * @brief  This function is executed in case of error occurrence.
  * @retval None
  */
void Error_Handler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN Error_Handler_Debug */
  /* User can add his own implementation to report the HAL error return state */
  __disable_irq();
  while (1)
  {
  }
  /* USER CODE END Error_Handler_Debug */
}
#ifdef USE_FULL_ASSERT
/**
  * @brief  Reports the name of the source file and the source line number
  *         where the assert_param error has occurred.
  * @param  file: pointer to the source file name
  * @param  line: assert_param error line source number
  * @retval None
  */
void assert_failed(uint8_t *file, uint32_t line)
{
  /* USER CODE BEGIN 6 */
  /* User can add his own implementation to report the file name and line number,
     ex: printf("Wrong parameters value: file %s on line %d\r\n", file, line) */
  /* USER CODE END 6 */
}
#endif /* USE_FULL_ASSERT */

至于完整的代码太长了发上来没有意义，需要的同志可以私信一下我，我会发给你，有一个SHT40和TM1621的库，无偿提供给大家！