【《基于STM32的智能家居系统设计》11000字（论文）】.docx

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1、基于STM32的智能家居系统设计目录弓【言-2-第1章绪论-3-1.1 本课题的研究背景与意义-3-1.2 本课题的国内外研究和发展现状-3-1. 3本文主要的研究内容-4-第2章系统总体方案设计-6-2. 1系统功能和技术指标-6-2. 2系统的设计原则-6-2. 3系统的总体架构-7-第3章系统硬件设计-8-3. 1主控模块-8-3. 2信息采集模块-9-3. 3显小模块133. 4按键输入模块-14-3. 5无线传输模块-14-3. 6报警模块-16-3.7系统原理图和PCB-16-第4章系统软件设计-18-4.1软件设计概述-18-4. 2开发环境介绍-18-4. 3主程序设计-19-

2、4. 4信息采集程序设计-19-4. 5液晶显示程序设计-21-第5章系统性能测试-23-4.1 硬件搭建测试-23-4.2 系统调试-23-5. 3调试结果-24-总结与展望-25-参考文献-26-附录A：实物图-27-附录B：原理图和PCB-29-引言随着信息时代的到来及高速发展，电子产品在日常生活中的应用给人们带来的便利与快捷是有目共睹的。为人类开发更加舒适便捷、安全高效的产品成为信息社会发展的强有力动力。在公共场所和工作环境的不断改善下，家庭居住环境也慢慢加入了生活品质的名单。以物联网技术为基础，通过环境监测能够得到及时的环境数据，是环境评测和环境治理的重要依据和信息来源。本系统运用物

3、联网技术，通过温湿度传感器、光敏传感器、Co气体传感器和PM2.5浓度传感器采集室内环境数据。同时传到单片机，并在O1ED屏显示数据。系统利用WIF1模块与手机端的无线远程通信，使所测环境的相关数据可以在手机上同步显示。本系统能够完成对温湿度、室内光照强度、CO气体和PM2.5浓度精准高效的监测，且性能稳定，性价比高。PM2.5浓度通过传感器和光敏电阻采用AD转换功能完成数据的采集，温湿度则通过单总线采集数据。光照强度太低，系统会自动打开电灯，声光报警和风扇调节也是本系统的两个重要功能，可以设置温湿度上下限和可燃气体浓度的限值，一旦当前环境参数超过设置阀值就会产生声光报警。Co浓度超限，也会启

4、动风扇，加速空气流动以改善环境。综上所述，本次设计有很大的研究意义和广泛的应用前景，使人们能够直接方便地观察到室内环境数据，及时做出相应调整，提高生活质量。第1章绪论1.1 本课题的研究背景与意义近些年来，各个国家和地区都在推动经济发展，在获得物质财富的同时，也造成了环境的极大破坏。日益严重的环境污染给人们的生活带来了苦恼，环境保护的问题愈发受到人们的重视。因此迫切需要加强对居住环境的监测力度，同时也对环境检测的智能化提出了更高的要求。评价环境好坏有很多指数，比如温湿度、Co浓度和空气质量等。针对这些问题，本系统旨在设计一个智能家居控制系统。随着Internet及无线通信技术的高速发展，人类生

5、活与信息网络的结合越来越紧密。其中无线通信技术更是深入日常生活中。WIFI通信作为无线通信技术的一个重要方面,在实际生活中得到了大量的应用。远程无线通信一般定义为在远程提供无线传输信息的功能。在远程无线通信中要使用云平台，来完成数据的上传与下发。一般来说物联网通信系统是由服务端、客户端和云平台构成的。运用这项技术可以更加便捷的连接手机、平板电脑以及计算机外围设备。物联网通信技术主要有通信距离远、通信功耗低、自由建设覆盖网络等特点。现在国内外使用的远距离无线通信技术有很多，本文将以WIFI技术为基础，构建物联网环境检测平台。高速发展的物联网技术将周围不同的物体，通过传感器，达到了物与物相互联系的

6、目的。通过传感器，可以实现物与物相连接来实现对环境的监测。环境监测是指对不同范围内各个环境指数的监测，同时也是应对环境污染问题的必要措施。物联网技术的完善和提升，将会为环境检测这个具有划时代意义的事业奠定坚实基础。科学地运用物联网技术，能够监测对人类和环境有影响的各种数据。在分析总结环境污染状况之后，针对区域特殊性来布置监测点，根据实际生产生活的需求，合理安装对应传感器，例如温湿度传感器、PM2.5浓度传感器和Co气体浓度浓度等。再将监测点处采集到的数据信息存储上传，通过不同的显示技术呈现给人们。综上所述，合理使用物联网技术对环境监测系统有着非常大的提升和帮助山。1.2 本课题的国内外研究和发

7、展现状1.3 .1国内研究和发展状况我国的温湿度检测技术从二十世纪末才开始进行研究，起步较晚，目前仍处于落后水平。我国技术人员积极努力地学习国外的一些先进技术，在这过程中温室微机控制技术逐渐被掌握，但还是有一定的局限性。以技术层面来看，单片机能够应用在单参数控制和单回路系统，对于更高级的多参数综合系统还是与发达国家有着一定的差距。虽然我国做了许多环境监控方面的工作，但是与发达国家相比，仍然存在着很多问题尚未解决，如资金投入不足、技术落后、传感器精度较低、数据准确度差等。这些问题是当前环境监测工作开展下去的主要障碍，也给以后的工作带来不利影响。当前我国仍采用传统的方式进行信息采集，缺乏快速性和高

8、效性，远远达不到实际生活中空气监测的要求。根据现代研究的发展来看，针对远程通信的环境检测领域相对较少，能否设计出一款基于物联网技术的环境监控系统，对现在和未来的环境检测工作具有非常大的影响和意义O1.2.2国外研究和发展状况从1960年起，世界上的一些发达国家开始对环境检测和空气质量的问题，进行了许多有目的性的研究，也在网络技术的研发上投入了许多的精力。相对来说，西方国家比较守旧，一般在研究当中仅使用一个观察点，仅仅采集一种环境指数，但是美国在这一研究中比西方国家成熟很多。1972年，美国就启动监测空气质量的计划，在多个地区进行检测。其目的是检测空气质量，然后对检测地区的环境质量进行有效的判断

9、，寻求其改变趋势，提供了有效的数据给美国环境相关部门。美国的空气质量监测网络点位正在不断增加与完善，组建数量级已经达到了千级别，同时科学研究人员又对这些网络点进行逐一分析，选取其中有代表性的网络点位进行合并，组建成次级监测网络，使其与总监测网络相互支撑、相互完善，共同构成了美国的空气质量监测总体系。1.4 本文主要的研究内容本系统是基于物联网技术和传感器技术进行设计的，整个系统包括以下几个模块：STM32F103C8T6传感器模块、O1ED模块、W1F1通讯模块、按键输入模块和声光报警模块。本系统的主控部分是STM32F103C8T6单片机，数据部分主要是通过温湿度传感器、光照强度传感器、一氧

10、化碳气体传感器和PM2.5浓度传感器采集，将传感器与单片机最小系统连接，传感器的测量数值会被收集并存储。在液晶屏显示相关环境数据的同时，WIFI模块将数据上传到阿里云平台，平台再将数据下发到APP端，可以让人们方便直接的观察到当前环境的各种指标。还可以根据不同情况自行设置温湿度、光照强度、及Co浓度的上下限，一旦超过正常范围就会打开电灯、发出声光报警、打开风扇促进空气流通等，维持环境稳定回。本文的主要内容安排如下：（1） 了解本课题的背景和现状，查阅国内外对环境监控研究的资料,了解目前存在的一些问题。（2）确定系统的主要功能和参数的技术指标，然后结合设计目的进行系统的框架设计，为后文的软硬件设

11、计做好铺垫。（3）分析预选方案并确定元器件的选取，对所选的单片机和相关传感器进行详细的介绍，详细说明系统各个模块的硬件电路。（4）对单片机作一定的概述，详细说明系统的软件设计思路，根据各个模块的功能特性，针对性的进行软件编程设计。（5）对系统的主要功能进行调试，使各传感器正常工作，最后对所做实物作总体测试，从而论证本系统的设计理念。第2章系统总体方案设计2.1 系统功能和技术指标本文主要是设计一个物联网智能家居控制系统，该系统以单片机为主控核心，可以独立稳定的运行，利用相关传感器采集家庭环境的相关数据，并通过O1ED显示器实时显示采集的环境数据。还能够实现与手机端的远距离无线通讯。当测量到的温

12、湿度、PM2.5浓度和CO浓度的数值超过按键设置的阈值范围时，系统立即发出声光报警，同时打开风扇，进行温湿度的控制。系统相关的技术指标如下：(1)工作环境：室内；(2) PM2.5测量灵敏度:0.5V/(0.Imgm3)；(3) CO气体检测浓度:099%；(4)温度测量指标：050C,2%；(5)光照强度测量指标：1060%,2%；(6)湿度测量指标：1090%RH,5%RH;(7)物联网通讯距离：全球；(8)声光报警：有。2. 2系统的设计原则(1)可靠性随着系统模块组成的复杂化，系统的可靠性日益重要。对于本系统来说，要提高智能家居系统的可靠性，需要注意以下几个方面：1 .选取性能优越且适

13、合本系统的传感器；2 .在设计硬件电路的时候，科学合理的布线，检查是否存在虚焊漏焊短路的情况;3 .不断优化程序算法，提高系统响应速度，保持程序运行的稳定；4 .加粗电源线，确保载流能力和使用安全性；(2)性价比在满足系统设计指标的的同时，考虑降低设计成本。(3)实用性优先考虑最基本的功能，使系统能满足当前生活的需求。(4)扩展性系统设计时需要兼顾成本和需求，考虑未来的发展，使系统的结构有一定的扩展性和兼容性。2. 3系统的总体架构本文主要分为两大部分来说明硬件部分和软件部分。其中硬件部分包含主控芯片、传感器模块，O1ED模块，WIF1模块以及声光报警模块。系统启动后，单片机控制相关传感器进行

14、环境参数的采集，将数据传回单片机处理后，通过C)1ED显示屏将相关环境指数实时显示。用户可以在手机端打开APP与本系统进行通信，更加便捷地查看监测数据。系统的总体框图如图2T所示：图2-1系统总体框图第3章系统硬件设计2.1 主控模块STM32F103C8T6是一款基于ARMCorteX-M内核STM32系列的32位的微控制器，程序存储器容量是64KB,需要电压2V3.6V,工作温度为-40。C85oCo采用1QFP48封装，由意法半导体公司(ST)推出，2个12bitADC合计12路通道(外部通道只有PAO到PA7、PBO到PB1,并不是18通道)，37个通用I/O口(PA0-PA15PB0

15、-PB15PC13-PC15PDO-PDD,4个16bit定时器(T1M1、T1M2、TIM3、TIM4),2个C,2个SPI,3个USART,1CAN,系统时钟最高可到72MHZ。图3-1STM32F103C8T6单片机原理图如图3-1所示是STM32F103C8T6的原理图。下面对单片机的相关引脚进行说明。(1) VCC3V3是+3.3V电源引脚，GND接电源负极或者地线。(2) PC14、PCI5、OSCINOSCOUT是外接晶振引脚。在单片机的内部时钟电路中,PCI4、PCI5、OSC1N、OSCOUT引脚处需要外接定时器件。而在外部时钟电路中，则需要OSCIN、OSeOUT作为外部脉冲信号的输入端。(3) RST、引脚是STM32的复位引脚。(4) BOOT引脚用于选择单片机的工作模式。(5) SWC1K、SW1O是J1ink仿真器接口。(5)并行I/O口引脚。并行I/O口有三组16位，共十九个引脚。这些I/O都能作为通用端口使用。3. 2信息采集模块3. 2.1温湿度传感器(1)温湿度传感器的选型方案一：选用DS18B20温度传感器。该传感器能够输出数字信号，但是多只总线使用时涉及到RoM地址的程序，相对较难