第15章 实验三：嵌入式系统综合项目
15 第 15 章 实验三：嵌入式系统综合项目¶
本实验是课程的综合实践环节，要求学生自主设计并实现一个完整的嵌入式系统项目，运用本学期所学的全部知识。
15.1 实验目的¶
- 综合运用 STM32 外设驱动、传感器、执行器、PID 控制和通信技术
- 体验嵌入式产品从需求分析到系统实现的完整流程
- 培养团队协作和技术文档撰写能力
15.2 项目选题¶
从以下选题中任选一个（或自拟选题，需教师审批）：
表 15-1 推荐项目选题
| 选题 | 核心技术点 | 难度 |
|---|---|---|
| 智能温室环境监控 | DHT11+光照ADC+OLED+CAN+MQTT | ★★★ |
| 自动浇花系统 | 土壤湿度ADC+水泵DC电机+PID+定时 | ★★☆ |
| 智能停车引导 | 超声波测距+LED数码管+步进电机挡杆 | ★★☆ |
| 恒温培养箱 | DS18B20+加热器PWM+PID+OLED+串口上位机 | ★★★ |
| 农田气象站 | 多传感器+LoRa/Wi-Fi+太阳能+低功耗 | ★★★★ |
15.3 项目要求¶
15.3.1 功能要求¶
- 最少含 2 种传感器的数据采集
- 至少 1 个执行器的驱动控制
- 本地显示（OLED 或数码管）
- 通信功能（UART 上位机 或 Wi-Fi/CAN）
- 具备一定的自动控制逻辑（阈值判断或 PID）
15.3.2 技术要求¶
表 15-2 技术评价指标
| 指标 | 要求 |
|---|---|
| CubeMX 配置 | 正确配置所有外设，时钟树合理 |
| 代码架构 | 分层设计，模块化封装 |
| 中断使用 | 合理使用中断（非全轮询） |
| 错误处理 | 传感器超时、通信失败等异常处理 |
| 看门狗 | 启用 IWDG |
15.4 项目实施流程¶
图 15-1 项目实施时间规划（4 周）。
15.5 示例：智能温室环境监控¶
以"智能温室环境监控"为例说明项目的设计过程。
15.5.1 系统框图¶
图 15-2 智能温室系统框图。
15.5.2 关键代码结构¶
project/
├── Core/
│ ├── Inc/
│ │ ├── main.h
│ │ ├── dht11.h
│ │ ├── oled.h
│ │ ├── motor.h
│ │ ├── pid.h
│ │ └── esp8266.h
│ └── Src/
│ ├── main.c /* 主循环与任务调度 */
│ ├── dht11.c /* DHT11 驱动 */
│ ├── oled.c /* OLED 驱动 */
│ ├── motor.c /* 电机驱动 */
│ ├── pid.c /* PID 控制器 */
│ └── esp8266.c /* ESP8266 AT 指令驱动 */
├── Drivers/ /* HAL 库（CubeMX 生成） */
└── project.ioc /* CubeMX 工程文件 */
15.6 评分标准¶
表 15-3 综合项目评分表
| 内容 | 分值 | 评价标准 |
|---|---|---|
| 系统设计 | 15% | 框图清晰、方案合理 |
| 硬件配置 | 15% | CubeMX 配置正确、接线合理 |
| 软件实现 | 30% | 代码模块化、功能完整、运行正确 |
| 系统联调 | 15% | 各模块协同工作、异常处理完善 |
| 项目报告 | 15% | 结构完整、图表规范、分析深入 |
| 现场答辩 | 10% | 表述清楚、回答问题准确 |
15.7 项目报告模板¶
报告应包含以下章节：
- 项目概述：选题背景、功能需求
- 系统设计：硬件系统框图、软件架构图、引脚分配表
- 模块实现：各模块的驱动方法和关键代码（带注释）
- 系统联调：集成过程、遇到的问题及解决方法
- 测试结果：功能测试截图/录屏、性能数据
- 总结与展望：收获体会、改进方向