基于STM32的簡易智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉榴++何英昊++李仁澤

摘 要：隨著科技不斷進(jìn)步，智能化的思想也漸入人心，智能家居的應(yīng)用越來越普遍。論文針對家用空調(diào)及電飯鍋等設(shè)備，設(shè)計(jì)了一款基于STM32的智能家居控制系統(tǒng)。以STM32為控制核心，將室內(nèi)的溫濕度值發(fā)送至手機(jī)，并通過手機(jī)設(shè)定閾值，控制空調(diào)調(diào)整室內(nèi)溫濕度及電飯鍋的工作時間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠很好地完成工作要求。

關(guān)鍵詞：智能家居；STM32；DHT11；WiFi

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-1302（2016）11-00-02

0 引 言

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)達(dá)，人類在科技上有了歷史性的突破，電子產(chǎn)品隨處可見，一場電子風(fēng)暴席卷而來。在新加坡有近30個社區(qū)，約5 000戶家庭采用了“家庭智能化系統(tǒng)”[1]。智能家居設(shè)備由此變得愈加流行，深得人心。一方面，年輕人走在潮流前端，喜歡電子產(chǎn)品的方便快捷及其帶來的舒適感，智能家居無疑成為了年輕人追求的新紀(jì)元；另一方面，老齡化日益嚴(yán)重，老年人對一些電子產(chǎn)品仍然處于陌生狀態(tài)，為了方便老年人使用家用電器，智能家居也成為了家庭的不二選擇。為了使人們的生活環(huán)境更加舒適，人們希望建造以住宅為平臺，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、設(shè)備自動化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理等特點(diǎn)于一體的家居環(huán)境，智能家居的概念應(yīng)運(yùn)而生。本文針對智能家居中的空調(diào)和電飯鍋，設(shè)計(jì)了一款基于STM32的智能家居控制系統(tǒng)，以STM32單片機(jī)為控制核心，通過手機(jī)控制空調(diào)調(diào)整室內(nèi)溫濕度和電飯鍋的工作時間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠很好地完成工作要求。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)整體框圖如圖1所示。

本設(shè)計(jì)采用WiFi模塊、STM32模塊及溫濕度傳感器DHT11模塊。其中STM32模塊是接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的主控模塊，手機(jī)連接WiFi，通過WiFi接收DHT11檢測的溫濕度值后，手機(jī)設(shè)定閾值發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)接收到數(shù)據(jù)后顯示在LCD上。手機(jī)設(shè)定一個時間點(diǎn)，通過WiFi發(fā)送到單片機(jī)，當(dāng)?shù)竭_(dá)這個時間點(diǎn)后，控制電飯鍋開始工作。

2 硬件設(shè)計(jì)

該智能家居控制系統(tǒng)以STM32為核心，通過WiFi模塊與其他模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；DHT11采集環(huán)境的溫濕度數(shù)據(jù)；手機(jī)模塊進(jìn)行閾值設(shè)計(jì)并發(fā)送至單片機(jī)；LCD液晶顯示屏顯示當(dāng)前的溫濕度以及手機(jī)發(fā)送的閾值；使用繼電器代表電飯鍋工作情況；利用可控制的小風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)空調(diào)降溫功能。

2.1 STM32模塊

STM32是兼容所有ARM工具和軟件的32位閃存處理器，節(jié)能性能業(yè)界領(lǐng)先，在72 MHz頻率下工作，功耗相比32位是市場中最低的。由于引腳多且兼容性十分優(yōu)異，所以給開發(fā)者帶來了最大的設(shè)計(jì)靈活性。該處理器處理速度快，內(nèi)部資源相對比較豐富，所以STM32是用戶的最佳選擇。

2.2 ESP8266 WiFi模塊

WiFi遍布全球各地，不僅傳播速度快，還可以節(jié)省大量資金，受到了人們的青睞。本設(shè)計(jì)采用ESP8266 WiFi模塊。ESP8266有著業(yè)內(nèi)極富競爭力的封裝尺寸和超低功耗技術(shù)，是一款超低功耗的UART-WiFi模塊[2]。內(nèi)置32位MCU，可兼作應(yīng)用處理器，多樣的封裝樣式豐富了顧客的選擇。該模塊應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，如智能家居、掌上設(shè)備以及工業(yè)控制等，適合各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場合，是專為移動通信設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用設(shè)計(jì)的模塊。WiFi模塊的主要功能是連接手機(jī)App和單片機(jī)，把手機(jī)設(shè)定的閾值發(fā)送至單片機(jī)，單片機(jī)通過WiFi模塊將數(shù)據(jù)顯示在LCD上。

2.3 DHT11模塊

DHT11是一款有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度傳感器，采用專用數(shù)字模塊采集技術(shù)，確保其可靠性和長期穩(wěn)定性。該模塊價格便宜，抗干擾能力強(qiáng)，性價比高，只占用一個I/O口，通信快，響應(yīng)時間短，是苛刻場合的最佳選擇[3]。DHT11模塊用來測量周邊環(huán)境的溫濕度值，通過連接WiFi發(fā)送至手機(jī)，手機(jī)可通過溫濕度值設(shè)定閾值來控制空調(diào)的溫度變化。DHT11引腳連接圖如圖2所示。

2.4 顯示模塊

顯示屏采用2.0tft液晶彩屏LCD，該LCD采用ILI9325驅(qū)動芯片。顯示模塊的主要作用是顯示溫濕度傳感器測得的溫濕度，顯示手機(jī)設(shè)定的閾值以及判斷環(huán)境溫度是否在設(shè)定的閾值內(nèi)，具有26萬像素，大大提高了數(shù)據(jù)顯示的圖像質(zhì)量。

2.5 其他硬件設(shè)計(jì)

家用電器部分主要以空調(diào)和電飯煲為研究對象，采用小風(fēng)扇和LCD組合來替代空調(diào)，LCD顯示空調(diào)的設(shè)定溫度。當(dāng)環(huán)境溫度高于設(shè)定溫度時，小風(fēng)扇開啟表示降溫，LCD顯示high；當(dāng)環(huán)境溫度低于設(shè)定溫度時，小風(fēng)扇停止運(yùn)行，LCD顯示low。電飯煲部分采用繼電器來表示，設(shè)定工作時間，繼電器會通過小燈亮滅來代表電飯鍋開始工作和停止工作。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 空調(diào)部分

各模塊進(jìn)行初始化，手機(jī)連接WiFi后，發(fā)送閾值，DHT11讀取所在環(huán)境的溫濕度并發(fā)送到手機(jī)上，如果顯示的溫度數(shù)值在手機(jī)規(guī)定的閾值內(nèi)，則液晶顯示屏上顯示normal，此時小電風(fēng)扇不工作；如果溫度高于手機(jī)設(shè)定的閾值的最大值，小風(fēng)扇開始工作，降低周圍環(huán)境的溫度，LCD顯示屏上顯示high；如果溫度低于手機(jī)設(shè)定的閾值的最小值，風(fēng)扇不開啟，LCD顯示low。空調(diào)部分的程序流程圖如圖3所示。

3.2 電飯煲部分

各模塊初始化，由定時器控制電飯煲的工作時間，以繼電器表示電飯煲，繼電器吸合代表電飯煲開始工作，繼電器斷開表示電飯煲停止工作。手機(jī)給單片機(jī)發(fā)送定時開和定時關(guān)的時間，給定一個時間開啟繼電器，之后開始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到規(guī)定的數(shù)值時，繼電器斷開，電飯煲停止工作。電飯鍋部分程序流程圖如圖4所示。

3.3 手機(jī)部分

手機(jī)部分利用Java語言設(shè)計(jì)了一個App，Java語言是一種跨平臺、適合分布式設(shè)計(jì)的、面向?qū)ο蟮木幊陶Z言[4]。該App可以設(shè)定溫濕度的閾值以及規(guī)定電飯煲自動工作的時間，再通過WiFi模塊向單片機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。手機(jī)App截圖如圖5所示。

4 結(jié) 語

本文設(shè)計(jì)了一個智能家居控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)溫濕度的測量，手機(jī)連接WiFi發(fā)送閾值控制空調(diào)溫度，規(guī)定電飯煲自動工作的時間。但要達(dá)到實(shí)際應(yīng)用水平，還需要進(jìn)一步提高產(chǎn)品的性能，如安全性和穩(wěn)定性，降低成本和能耗。

參考文獻(xiàn)

[1]侯海濤.國內(nèi)外智能家居發(fā)展現(xiàn)狀[J].建材發(fā)展導(dǎo)向，2004，2（5）：92-93.

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[3]韓丹翱，王菲.DHT11數(shù)字式溫濕度傳感器的應(yīng)用性研究[J].電子設(shè)計(jì)工程，2013，21（13）：83-85.

[4]王汝傳.一種新型的程序設(shè)計(jì)語言—JAVA語言[J].南京郵電學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1996（4）：63-66.