帮我设计一个电容式湿度传感器加上pt丝的电阻式温度传感器的检测电路和代码，采用的mcu是stm32F103C8T6，电容湿度传感器的检测频率为100Khz，在0-100HR%湿度范围内的电容从1pf—20nf，检测到电容大小，和电阻大小在代码中根据给定的电容，电阻对应方程，计算得到湿度值和温度值，并通过串口输出温度，湿度值。

<think>嗯，我需要帮助用户解决一个关于STM32F103C8T6微控制器的问题，用户想设计一个检测电路，包括电容式湿度传感器和PT电阻式温度传感器，并编写代码实现数据采集和计算，最后通过串口输出结果。让我先仔细阅读用户的需求。用户的需求很明确，但需要拆解几个技术点：电容检测范围1pF-20nF，工作频率100kHz；PT电阻测量；温湿度计算公式；串口输出。检测电路设计和代码实现都需要考虑。在电容测量方面，STM32的片内外设确实是个挑战。用户提到的电容范围很宽泛，1pF到20nF跨越了四个数量级。直接用STM32的普通ADC无法测量电容，需要外部电路配合。突然想到我之前处理过的RC充放电方案，配合比较器应该可行。不过100kHz的要求增加了难度，普通充放电可能达不到这个频率，或许可以用LC振荡电路将电容转换为频率信号？对于PT电阻测量，这个相对简单。四线制恒流源方案能有效消除导线电阻影响，用户可能需要测量负温度，PT100在-200℃到850℃范围都适用。恒流源电流选择1mA比较合适，这样在PT100上产生的压降不会太大。电路设计部分需要分模块考虑。电容检测电路参考RC充放电方案，通过GPIO控制充放电，TIM捕获比较器输出翻转时间。湿度传感器部分要特别注意走线，微小电容值容易受寄生电容影响，可能需要屏蔽线或驱动屏蔽技术。PT电阻测量用恒流源加仪表放大器的组合应该可靠。代码实现需要多个外设协同工作。TIM用于生成100kHz方波和捕获比较器信号，ADC采集电压值，最后USART输出结果。初始化流程要注意外设使能顺序，特别是比较器的校准不能忽略。校准环节至关重要。电容测量需要分段校准：20pF以下用精密电容校准，大电容范围需要多点校准。环境温湿度变化会影响测量精度，建议用户预留校准接口。温湿度转换公式需要用户提供具体型号参数，不同传感器差异很大。代码里可以先用占位公式，等用户提供具体参数再替换。串口输出格式要规范，考虑同时输出原始数据和计算值便于调试。最后要提醒用户布局布线的注意事项。高频小信号测量对PCB设计要求很高，接地和电源滤波都要优化。参考用户提供的资料，稳压电路输出端的大小电容并联方案这里也适用。</think> 下面基于STM32F103C8T6设计电容式湿度传感器和PT电阻温度传感器的检测方案，包含电路设计和代码实现： --- ### 一、检测电路设计 #### 1. 电容式湿度传感器接口（1pF~20nF测量） ```circuit 100kHz方波 STM32 PA1(TIM2_CH2) ────┬───────► 比较器(+) │ │ 湿度传感器电容 === C_h │ ▼ 比较器(-)───┬───► STM32 PA6 (COMP1_OUT) │ R_ref (10kΩ) │ ▼ GND ``` - **工作原理**： TIM2生成100kHz方波，通过RC电路形成充放电波形。湿度变化→C_h变化→RC时间常数变化→比较器输出脉宽变化→输入捕获测量时间差。 #### 2. PT电阻温度传感器接口（四线制） ```circuit 恒流源电路： VCC ──► LM334 ──┬──► PT100 ──┐ │ │ R_set Op-Amp(+) │ │ GND ▼ ── PA0 (ADC1_IN0) ``` - **恒流源**：LM334设定0.5mA恒流（PT100功耗<1mW） - **电压采样**：仪表放大器INA128放大后接入ADC #### 3. 关键元件选型 | 元件 | 参数 | 作用 | |---------------|------------------|--------------------| | C_ref | 10pF精密电容 | 电容测量基准 | | R_ref | 10kΩ±0.1% | RC时间常数基准 | | 比较器 | LM311 | 电容信号转换 | | 运放 | INA128 | PT100信号放大 | | 滤波电容 | 10μF电解+0.1μF陶瓷 | 电源退耦[^1] | --- ### 二、STM32代码实现 #### 1. 初始化配置 ```c // 时钟设置 RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); // 电容测量初始化 void Cap_Init(void) { // TIM2 CH2输出100kHz方波 TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_Init; TIM_Init.TIM_Prescaler = 72-1; // 72MHz/72=1MHz TIM_Init.TIM_Period = 10-1; // 100kHz TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_Init); // 比较器输出捕获 TIM_ICInitTypeDef IC_Init; IC_Init.TIM_Channel = TIM_Channel_1; IC_Init.TIM_ICPolarity = TIM_ICPolarity_Rising; TIM_ICInit(TIM3, &IC_Init); // 捕获通道TIM3_CH1(PA6) } // PT100 ADC初始化 void PT100_Init(void) { ADC_InitTypeDef ADC_Init; ADC_Init.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent; ADC_Init.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE; ADC_InitTypeInit(ADC1, &ADC_Init); } ``` #### 2. 电容测量函数 ```c float Get_Capacitance(void) { TIM_Cmd(TIM3, ENABLE); while(TIM_GetFlagStatus(TIM3, TIM_FLAG_CC1) == RESET); // 等待捕获 uint16_t cap_val = TIM_GetCapture1(TIM3); float Cx = (cap_val * 10e-9) / (R_ref * 72e6); // 电容计算公式 return Cx * 1e12; // 返回pF值 } ``` #### 3. 温度计算（PT100） ```c float Get_Temperature(void) { ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE); while(ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET); uint16_t adc_val = ADC_GetConversionValue(ADC1); float voltage = adc_val * 3.3 / 4096.0; float Rpt = voltage / 0.0005; // I=0.5mA // PT100温度公式 (简化版) float T = (Rpt - 100.0) / 0.385; // 0.385Ω/℃ return T; } ``` #### 4. 主循环处理 ```c int main(void) { USART_Init(115200); // 串口初始化 Cap_Init(); PT100_Init(); while(1) { float humi_cap = Get_Capacitance(); float temp = Get_Temperature(); // 湿度转换公式示例(需校准) float humidity = 32.5 * log(humi_cap) - 62.0; printf("温度: %.2f℃\t湿度: %.1f%%\n", temp, humidity); delay_ms(1000); } } ``` --- ### 三、关键公式说明 1. **电容计算** $C_x = \frac{T_{capture} \cdot T_{sysclk}}{R_{ref} \cdot (TIM_{period}+1)}$ *其中$T_{sysclk}=1/72MHz$* 2. **PT100温度** 简化公式： $T = \frac{R_{pt} - 100}{0.385}$ *高精度需用Callendar-Van Dusen方程* 3. **湿度转换** 通用模型： $H = A \cdot \ln(C) + B$ *A/B需通过两点校准确定* --- ### 四、注意事项 1. **抗干扰设计** - 电容测量走线使用屏蔽线 - ADC基准电压接1μF+100nF退耦电容 - 模拟地与数字地单点连接 2. **校准建议** ```c // 电容两点校准示例 #define CAL_C1 100.0 // pF (对应30%RH) #define CAL_C2 500.0 // pF (对应80%RH) float A = (80-30) / (log(CAL_C2) - log(CAL_C1)); float B = 30 - A*log(CAL_C1); ``` 3. **性能优化** - 开启TIM滤波：TIM_ICInitStruct.TIM_ICFilter = 0x8; - ADC过采样：配置ADC_SampleTime_239Cycles5 ---