基于STM32單片機的智能家居控制系統(tǒng)

連軍　沐建龍　周春

摘 要：隨著經(jīng)濟的快速增長，快節(jié)奏的生活狀態(tài)使得人們越來越注重生活質(zhì)量，如何建立一個高效率、低成本的智能家居控制系統(tǒng)成為自動控制領(lǐng)域的一個熱門研究方向。

本文設(shè)計了基于STM32單片機的智能家居控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)以單片機為核心，結(jié)合傳感器模塊和繼電器模塊，實現(xiàn)了對家庭電器的控制。智能家居控制系統(tǒng)可以準確的對室內(nèi)溫濕度和光照強度等環(huán)境參數(shù)進行智能采集，能對采集到的環(huán)境參數(shù)進行相應(yīng)數(shù)據(jù)處理并且判斷是否報警等。其中該系統(tǒng)對光控系統(tǒng)和溫控系統(tǒng)實現(xiàn)智能化的控制，以達到節(jié)能環(huán)保的目的，實驗測試表明該智能家居設(shè)備有自動檢測家庭環(huán)境指標并可以對采集信息進行及時穩(wěn)妥的處理，精度高，檢測范圍廣，穩(wěn)定性好，顯示簡單，操作簡便，抗干擾能力強等優(yōu)良性能。

關(guān)鍵詞：STM32；智能家居；智能采集；節(jié)能環(huán)保

1 引言

本文介紹的智能家居控制系統(tǒng)可以使得人們通過紅外遙控器對家中的任意電器進行控制，設(shè)計上主要依靠STM32單片機為主要控制模塊，它具備接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的雙重身份，通過紅外通信、自動控制等一系列技術(shù)來實現(xiàn)對家居的智能控制。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

該智能家居控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖所示，主要由STM32單片機微控制模塊、紅外接收模塊、煙霧傳感器模塊、溫濕度傳感器、光敏傳感器模塊、1602液晶顯示模塊以及繼電器模塊等主要器件組成。該智能家居控制系統(tǒng)具體設(shè)計流程為：STM32單片機接收到傳感器傳回的周圍環(huán)境的溫濕度數(shù)值和煙霧濃度、光照強度，然后驅(qū)動1602液晶顯示模塊，用戶可以通過顯示模塊得知室內(nèi)環(huán)境情況，同時用戶可以直接使用紅外遙控器發(fā)出指令，

STM32單片機通過紅外接收模塊接收到指令后執(zhí)行相應(yīng)的動作。系統(tǒng)內(nèi)部的工作原理是：通過各種傳感器對室內(nèi)的濕度、溫度、煙霧濃度、光照強度等信息進行采集，并進行初步的數(shù)據(jù)處理，然后將處理好的信息傳給單片機模塊，經(jīng)單片機對各種數(shù)據(jù)處理，并且在顯示器上顯示，同時對采集上來的信息進行相關(guān)的操作，同時用戶可以利用紅外遙控的方法對控制系統(tǒng)下達指令，完成相關(guān)操作。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 STM32單片機主控模塊

本文采用的是意法半導體 （ST） 公司生產(chǎn)的 STM32 系列處理器，該 32 位處理器基于 ARM Cortex-M3 內(nèi)核，具有低功耗、集成度高、處理速度快、低調(diào)試成本等眾多優(yōu)點，十分符合本系統(tǒng)的設(shè)計要求和實際應(yīng)用。作為 ARM 系列的一員，基Cortex-M3 內(nèi)核的 STM32 系列處理器的能力已經(jīng)逐漸超越了ARM7，由于其功能強、易開發(fā)、性價比高等特點，目前應(yīng)用已十分廣泛。該系統(tǒng)中，單片機相當于中樞以及中轉(zhuǎn)站，具有接受信息以及發(fā)出指令的功能，能對各種傳感器采集上來的數(shù)據(jù)進行處理，并篩選出有用信息做出準確的判斷，且將指令下達給繼電器模塊執(zhí)行相關(guān)的操作。

3.2 煙霧傳感器模塊

本系統(tǒng)中的煙霧傳感器選擇MQ-2型煙霧傳感器，MQ-2氣體傳感器使用的是氣敏材料，使用簡單的電路可將電導率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號，然后將該信號傳給單片機，用于檢測室內(nèi)空氣是否清凈以及用于檢測是否有火災發(fā)生而蜂鳴器自動報警，以便采取相應(yīng)的措施。

3.3 溫濕度采集模塊

由于DHT11傳感器具有較高的工作精度和較寬的線性工作范圍，該器件輸出電壓與溫濕度成線性比例的優(yōu)點，因此本系統(tǒng)的溫濕度采集模塊的核心器件選擇DHT11傳感器。溫濕度采集模塊的功能是實現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境溫濕度的獲取，并且將室內(nèi)的溫度信息傳給主控系統(tǒng)，以監(jiān)控室內(nèi)溫濕度是否正常。主控將溫濕度在顯示器顯示，同時通過指令對繼電器進行控制進而控制風扇的工作以實現(xiàn)對室內(nèi)溫度進行控制。

3.4 光敏傳感器模塊

在本系統(tǒng)中光敏傳感器模塊主要用來檢測室內(nèi)的光照強度，并對光照強度進行初步處理，即將光照強度的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，且將該數(shù)字信號上傳給單片機主控系統(tǒng)；主控根據(jù)室內(nèi)的光照強度來判斷白天還是黑夜，進而通過繼電器組自動控制室內(nèi)的燈的亮度。

3.5 紅外傳感器模塊

本系統(tǒng)的紅外傳感器模塊為紅外接收模塊，紅外接收模塊是利用最新的IC技術(shù)開發(fā)和設(shè)計出來的小型紅外遙控系統(tǒng)接收器。在支架上裝著PIN二極管和前置放大器，環(huán)氧樹脂包裝成一個紅外過濾器。解調(diào)輸出信號可以由微處理器解碼，一般三條腿的紅外線遙控接收頭是接收、放大、解調(diào)一體頭，接收頭輸出的是解調(diào)后的數(shù)據(jù)信號。單片機里面需要相應(yīng)的讀取程序。

3.6 繼電器模塊

本系統(tǒng)中使用電磁繼電器模塊，電磁繼電器是一種電控制器件，當輸入量的變化達到規(guī)定要求時，在電氣輸出電路中使被控量發(fā)生預定的階躍變化的一種電器。它具有控制系統(tǒng)和被控制系統(tǒng)之間的互動關(guān)系。通常應(yīng)用于自動化的控制電路中，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關(guān)”，本項目中控制系統(tǒng)使用電磁繼電器模塊達到弱電控制強電的目的。

3.7 1602液晶顯示模塊

本項目組通過對各種液晶顯示器性能參數(shù)與價格的比較，鑒于LCD1602具有顯示質(zhì)量高、重量輕、功耗低以及價格便宜等特點，因此本項目組選擇了LCD1602顯示數(shù)據(jù)。液晶顯示模塊的主要功能是接受并顯示系統(tǒng)的當前溫濕度、室內(nèi)光照強度及煙霧濃度，讓人對當前參數(shù)有具體的了解，以便采取相應(yīng)的操作。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計了一個基于STM32的智能家居系統(tǒng)，同時通過配合溫濕度采集模塊、1602液晶顯示模塊、光敏傳感器模塊與煙霧傳感器模塊等可組建成完善的智能家居系統(tǒng)。本系統(tǒng)具有控制方式多樣靈活、模塊功能可擴展性強、設(shè)備操作簡單易行等優(yōu)點，適合家庭、教學、實驗開發(fā)等多個領(lǐng)域。

參考文獻：

[1]張逢雪，等.基于STM32單片機的無線智能家居控制系統(tǒng)[J].行業(yè)應(yīng)用與交流，2011（8）

[2]劉榴，何英昊，李仁澤.基于STM32的簡易智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2016，（11）

作者簡介：

連軍（1995-），男，河南人，大學本科，就讀于西北民族大學自動化專業(yè)。

基金項目：

西北民族大學電氣工程學院“雙E”項目資助（項目編號：20171807）