前言：在工业控制和物联网场景中，温湿度数据的采集与传输是常见需求。本文详细介绍了一个基于STM32微控制器的分布式温湿度监测系统解决方案。该系统采用"从控+主控"的分布式架构设计，通过工业级CAN总线实现设备间通信，同时兼具本地显示和云端数据上传功能，具有高可靠性、灵活扩展的特点。另外，系统设计灵活，可根据需求简化为纯 CAN 通信模式。

一、项目概述

1.1 系统架构

系统采用模块化设计思想，分为两个功能明确的部分，可根据实际应用场景灵活配置：

• 从控设备（CAN-DHT11）：负责通过 DHT11 传感器采集温湿度数据，本地 OLED 实时显示，并通过 CAN 总线将数据发送至主控设备。
• 主控设备（CAN-ESP8266-DHT11）：通过 CAN 总线接收从控数据，本地 OLED 显示，并通过 ESP8266 模块上传至云端平台。

1.2 核心功能

• 从控设备：DHT11 数据采集、OLED 本地显示、CAN 数据发送、环回测试（自测）。
• 主控设备：CAN 数据接收、OLED 本地显示、ESP8266 云端上传（可选）。
• 灵活性：支持删除 WiFi 功能，仅保留 CAN 总线数据传输与显示。

二、硬件设计

2.1 核心硬件清单

设备	型号 / 规格	作用
主控 MCU	STM32F103（或同系列）	核心控制、CAN/USART 外设驱动
从控 MCU	STM32F103（或同系列）	核心控制、传感器数据采集
温湿度传感器	DHT11	采集环境温湿度（精度 ±2℃/±5%）
显示屏	0.96 寸 OLED（I2C 接口）	本地数据显示
无线模块	ESP8266（WiFi）	云端数据上传
CAN 收发器	TJA1050	CAN 总线电平转换

2.2 硬件连接示意图

• 从控设备：

  • DHT11 → 任意 GPIO（如 PA5，配置为输入 / 输出切换）
  • OLED（I2C） → SCL=PB8，SDA=PB9
  • CAN → PA12（CAN_TX）、PA11（CAN_RX）→ 连接 TJA1050
  • freertos任务配置→can发送任务，OLED显示任务，dht11读取数据任务（优先级为can>dht11>oled）
  • freertos队列配置→OLED读取数据队列，can发送任务读取队列（空间超出的话要增加栈大小）

• 主控设备：

  • OLED（I2C） → 同从控（可复用引脚定义）
  • ESP8266 → USART2（TX=PA2，RX=PA3）
  • CAN → 同从控，通过 TJA1050 连接至 CAN 总线
  • freertos任务配置→can接收任务，OLED显示任务，WiFi上传数据任务（优先级can和OLED可以相同，但是都要大于WiFi任务，防止WiFi任务阻塞项目运行）
  • freertos队列配置→OLED读取数据队列，WiFi上传数据队列（空间超出的话要增加栈大小）

从控配置：

主控配置：

三、软件设计

3.1 从控设备软件流程（CAN-DHT11）

从控核心任务：数据采集→本地显示→CAN 发送，通过 FreeRTOS 任务与消息队列实现模块解耦。

3.1.1 核心任务设计

1. DHT11 采集任务（DHT11StartTask）：

   • 初始化 DHT11 传感器，周期性（2s）读取温湿度数据。
   • 将数据封装为DHT11_Data结构体（含温度、湿度、有效性标识）。
   • 通过消息队列（OLEDQueueHandle、CANQueueHandle）将数据分别发送给 OLED 显示任务和 CAN 发送任务。

   // 关键代码片段（DHT11_task.c）
   void DHT11StartTask(void *argument) {
       DHT11_Init(); // 初始化传感器
       DHT11_Data msg = {0};
       for(;;) {
           uint8_t temp = 0, humi = 0;
           // 读取DHT11数据（带超时重试）
           if(DHT11_Read_Data(&temp, &humi) == 0) {
               msg.temperature = (float)temp;
               msg.humidity = (float)humi;
               msg.valid = 1; // 标记数据有效
           } else {
               msg.valid = 0;
           }
           // 发送数据到OLED和CAN队列
           osMessageQueuePut(OLEDQueueHandle, &msg, 0, 0);
           osMessageQueuePut(CANQueueHandle, &msg, 0, 0);
           osDelay(2000); // 2s采集一次
       }
   }
   

2. OLED 显示任务（OLEDStartTask）：

   • 从OLEDQueueHandle队列获取数据，解析为整数 + 小数部分，在 OLED 第 3 行显示温度、第 4 行显示湿度。

   // 关键代码片段（OLED_task.c）
   void OLEDStartTask(void *argument) {
       OLED_Init();
       DHT11_Data displayData;
       for(;;) {
           if(osMessageQueueGet(OLEDQueueHandle, &displayData, NULL, 100) == osOK) {
               if(displayData.valid) {
                   // 显示温度（如"Temp:25.5C"）
                   uint16_t temp_int = (uint16_t)displayData.temperature;
                   uint16_t temp_dec = (uint16_t)((displayData.temperature - temp_int) * 10);
                   OLED_ShowString(3, 1, "Temp:");
                   OLED_ShowNum(3, 6, temp_int, 2);
                   OLED_ShowString(3, 8, ".");
                   OLED_ShowNum(3, 9, temp_dec, 1);
                   OLED_ShowString(3, 10, "C");
                   // 湿度显示类似...
               }
           }
           osDelay(10);
       }
   }
   

3. CAN 发送任务（CANStartTask）：

   • 从CANQueueHandle队列获取数据，将温湿度打包为 16 位整数（保留 1 位小数），通过 CAN 总线发送（ID=0x123，数据长度 4 字节）。

   // 关键代码片段（CAN_task.c）
   void CANStartTask(void *argument) {
       CAN_Init(); // 初始化CAN外设
       DHT11_Data dhtData;
       for(;;) {
           if(osMessageQueueGet(CANQueueHandle, &dhtData, NULL, 100) == osOK) {
               if(dhtData.valid) {
                   uint16_t temp = (uint16_t)(dhtData.temperature * 10);
                   uint16_t humi = (uint16_t)(dhtData.humidity * 10);
                   uint8_t data[4] = {temp>>8, temp&0xFF, humi>>8, humi&0xFF};
                   CAN_SendData(0x123, data, 4); // 发送CAN消息
               }
           }
           osDelay(10);
       }
   }
   

3.1.2 环回测试功能

从控支持 CAN 环回测试（自测模式），无需主控即可验证功能：

• 在CAN_Config.c中，将 CAN 模式配置为CAN_MODE_LOOPBACK：

  // CAN初始化时修改模式
  hcan.Init.Mode = CAN_MODE_LOOPBACK; // 环回模式
  

• 环回模式下，从控发送的 CAN 消息会被自身接收，通过 OLED 显示验证数据是否正常。

3.2 主控设备软件流程（CAN-ESP8266-DHT11）

主控核心任务：CAN 接收→本地显示→云端上传，同样通过 FreeRTOS 任务与队列实现。

3.2.1 核心任务设计

1. CAN 接收任务：

   • 初始化 CAN 外设，配置过滤器接收从控发送的 ID=0x123 消息。
   • 接收中断触发后，解析数据（温度 = 高 2 字节 / 10，湿度 = 低 2 字节 / 10），通过队列发送给 OLED 和 WiFi 任务。

   // 关键代码片段（CAN_Config.c）
   void CAN_ReceiveHandler(CAN_HandleTypeDef *hcan) {
       CAN_RxHeaderTypeDef header;
       uint8_t data[8];
       DHT11_Data receivedData;
       if(HAL_CAN_GetRxMessage(hcan, CAN_RX_FIFO0, &header, data) == HAL_OK) {
           if(header.StdId == 0x123 && header.DLC == 4) {
               uint16_t temp = (data[0]<<8)|data[1];
               uint16_t humi = (data[2]<<8)|data[3];
               receivedData.temperature = temp / 10.0f;
               receivedData.humidity = humi / 10.0f;
               receivedData.valid = 1;
               // 发送到OLED和WiFi队列
               osMessageQueuePut(OLEDQueueHandle, &receivedData, 0, 0);
               osMessageQueuePut(WiFiQueueHandle, &receivedData, 0, 0);
           }
       }
   }
   

2. OLED 显示任务：与从控逻辑一致，从队列获取数据并显示（可复用从控 OLED 代码）。

#include <stdio.h>

extern osMessageQueueId_t OLEDQueueHandle;

void OLEDStartTask(void *argument)
{
    OLED_Init();
    DHT11_Data_t displayData;
    
//    printf("OLED Task Started\r\n");
    
    OLED_ShowString(3,1,"Wait...");
    for(;;) {
        // 从CAN接收队列获取数据（等待最多100ms）
        if(osMessageQueueGet(OLEDQueueHandle, &displayData, NULL, 100) == osOK) {
//					printf("oled get ok \r\n");
            if(displayData.valid) {
                // 显示温度
                uint16_t temp_int = (uint16_t)displayData.temperature;
                uint16_t temp_dec = (uint16_t)((displayData.temperature - temp_int) * 10);
                
                OLED_ShowString(3, 1, "Temp:");
                OLED_ShowNum(3, 6, temp_int, 2);
                OLED_ShowString(3, 8, ".");
                OLED_ShowNum(3, 9, temp_dec, 1);
                OLED_ShowString(3, 10, "C");
                
                // 显示湿度
                uint16_t humi_int = (uint16_t)displayData.humidity;
                uint16_t humi_dec = (uint16_t)((displayData.humidity - humi_int) * 10);
                
                OLED_ShowString(4, 1, "Humi:  ");
                OLED_ShowNum(4, 6, humi_int, 2);
                OLED_ShowString(4, 8, ".");
                OLED_ShowNum(4, 9, humi_dec, 1);
                OLED_ShowString(4, 10, "%");
                
                printf("OLED Updated: %.1fC, %.1f%%\r\n", 
                      displayData.temperature, displayData.humidity);
            } else {
                OLED_ShowString(3, 1, "Invalid Data Received!");
                osDelay(2000);
                OLED_ShowString(3, 1, "                   "); // 清空行
            }
        }
        osDelay(10);
    }
}

1. WiFi 上传任务（WiFiStartTask）：

   • 初始化 ESP8266 模块（连接 WiFi、MQTT 服务器）。
   • 从WiFiQueueHandle队列获取数据，通过Esp_PUB函数将温湿度上报至云端。

   // 关键代码片段（WiFi_task.c）
   void WiFiStartTask(void *argument) {
       ESP8266_Init(); // 初始化WiFi和MQTT
       DHT11_Data displayData;
       uint32_t lastReportTime = HAL_GetTick();
       for(;;) {
           if(osMessageQueueGet(WiFiQueueHandle, &displayData, NULL, 100) == osOK) {
               if(displayData.valid && (HAL_GetTick() - lastReportTime > 5000)) {
                   // 每5秒上报一次
                   Esp_PUB("temp", (uint16_t)displayData.temperature);
                   Esp_PUB("humi", (uint16_t)displayData.humidity);
                   lastReportTime = HAL_GetTick();
               }
           }
           osDelay(10);
       }
   }
   

3.2.2 简化模式（无云端功能）

若无需云端上传，仅需删除 WiFi 相关代码：

• 不创建WiFiStartTask任务。
• 注释或删除ESP8266_Init、Esp_PUB等 WiFi 相关函数。
• 主控仅保留 CAN 接收和 OLED 显示功能。

四、测试验证

4.1 从控环回测试

1. 配置 CAN 为环回模式（CAN_MODE_LOOPBACK）。
2. 上电后，从控 OLED 应显示 DHT11 采集的温湿度（如 "Temp:25.5C"、"Humi:60.0%"）。
3. 串口调试助手可观察到 CAN 发送与接收日志（如 "[TX] Temp:25.5C... [RX] ID:0x123..."）。

4.2 主从通信测试

1. 从控、主控通过 CAN 总线连接（TJA1050 的 CAN_H/CAN_L 互连，注意终端电阻）。
2. 从控配置为正常模式（CAN_MODE_NORMAL），主控同样配置为正常模式。
3. 上电后，主控 OLED 应同步显示从控采集的温湿度，与从控显示一致。

4.3 云端上传测试

1. 配置 ESP8266 的 WiFi 信息（SSID、密码）和 MQTT 服务器地址（Url、username等）。
2. 主控上电后，通过 MQTT 客户端工具（如 MQTTX）订阅上报主题，应能收到温湿度数据（如{"id":"123","params":{"temp":{"value":25}}}）。

五、总结与扩展

本系统基于STM32F103C8T6微控制器，通过CAN总线（波特率125kbps）实现了1个主控设备与1个从控设备之间的温湿度数据传输。系统采用FreeRTOS实时操作系统，通过任务队列（如创建了CAN接收队列、OLED显示队列等）实现了模块化设计，各功能模块解耦程度高，代码可维护性强。从控设备特别设计了环回测试模式（通过拨码开关触发），在该模式下设备会自动生成测试数据包并通过CAN总线发送，同时接收自身发送的数据，极大简化了调试流程。主控设备可选配ESP8266 WiFi模块（通过AT指令控制），用户可根据实际需求决定是否启用物联网功能。

扩展方向：

1. 多从控设备支持

   • 通过分配不同的CAN ID（如0x101、0x102等）区分各从控设备
   • 主控设备需增加设备发现与注册机制
   • 示例场景：可应用于温室大棚的多点温湿度监测

2. 传感器升级方案

   • 当前使用DHT11（温度±2℃，湿度±5%精度）
   • 可替换为SHT30（温度±0.2℃，湿度±2%精度）
   • 需注意I2C接口改造及供电电压调整（SHT30工作电压2.4-5.5V）

3. 异常报警功能

   • 在main.c中增加阈值检测逻辑
   • 触发条件示例：温度>35℃或湿度>80%
   • 报警方式：ESP8266发送邮件/短信报警，同时OLED显示警告图标

4. 低功耗优化

   • 硬件层面：选用低功耗型号STM32L系列
   • 软件策略：
     • OLED息屏：30秒无操作后关闭显示
     • 唤醒方式：板载按键中断唤醒
     • 显示刷新：唤醒后立即读取最新传感器数据

代码适配说明：

1. FreeRTOS配置需根据具体芯片型号调整堆栈大小
2. 示例工程包含完整的Keil MDK项目文件，适合STM32初学者学习CAN总线通信与物联网应用开发，也可直接用于课程设计或毕业设计项目。

完整源码已上传github平台https://github.com/tycrsg/FREERTOS-CAN-DHT11.githttps://github.com/tycrsg/FREERTOS-CAN-DHT11.git