基于STM32的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計

孫洪騫 朱陳海 董嘉良 楊功德

摘要：隨著人們對物質(zhì)生活的需求也不斷提高，許多的智能產(chǎn)品孕育而生，以STM32智能家居為代表的高科技產(chǎn)品極大的方便了我們的生活，讓我們的生活向著簡單、方便、快捷的方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：STM32;智能家居;控制系統(tǒng)

1 智能家居控制系統(tǒng)的整體設(shè)計

本文介紹的智能家居系統(tǒng)設(shè)計上主要依靠STM32單片機(jī)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，通過網(wǎng)絡(luò)通信、自動控制等一系列技術(shù)來實現(xiàn)對家居的控制。該智能家居控制系統(tǒng)具體設(shè)計流程為：首先利用用戶的手機(jī)連接家里的WiFi，通過WiFi將接收到的DHT11測試的周圍環(huán)境的溫濕度數(shù)值，然后用戶手機(jī)設(shè)置閾值將其發(fā)送到STM32單片機(jī)，STM32接收到數(shù)據(jù)后就會在LCD上顯示出來。這時，只要到了用戶設(shè)定的時間，智能家居控制系統(tǒng)就能指揮電器、門禁系統(tǒng)按設(shè)定要求開始工作。

2 智能家居控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

由許多的子系統(tǒng)共同協(xié)調(diào)配合完成信息的采集、交換，用戶依靠互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)就可以同時對家里的電器、門禁開關(guān)等系統(tǒng)遙控指揮，如果系統(tǒng)出現(xiàn)了問題還能及時的進(jìn)行處理，以實現(xiàn)用戶對家用設(shè)備的遠(yuǎn)程控制為目的。系統(tǒng)的紅外遙控模式能夠有效的監(jiān)控家中的電器以及窗戶、窗簾等，隨時可以安全、可靠的通過RF射頻實現(xiàn)遙控電器以及照明。它主要以STM32為核心，運用WiFi模塊和其他幾種模塊發(fā)送數(shù)據(jù)，DHT11測試周圍環(huán)境的溫濕度數(shù)值，通過手機(jī)模塊設(shè)置閾值然后輸送到STM32上面，最后LCD液晶顯示屏上就會實時出現(xiàn)測試的溫濕度和發(fā)送到用戶手機(jī)上的閾值。

3 智能家居控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

主要包括電腦端對智能家電的詳細(xì)設(shè)置，以及能體現(xiàn)出手機(jī)便捷性對家電基本控制需求的Android客戶端應(yīng)用程序。其主要軟件設(shè)計流程如圖1所示。系統(tǒng)任務(wù)的實現(xiàn)由兩個不同的線程實現(xiàn)：網(wǎng)絡(luò)通信用的NetStream程序和本地數(shù)據(jù)處理的程序。

（1）本地數(shù)據(jù)處理程序。根據(jù)任務(wù)又分為以下兩部分：用戶操作響應(yīng)部分，視頻流數(shù)據(jù)處理部分。前者主要負(fù)責(zé)采集用戶對上位機(jī)軟件按下的按鈕、輸入的命令等數(shù)據(jù)，并將這些采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行運算和處理，得到結(jié)果后再進(jìn)行加密并編碼，最后加載到網(wǎng)絡(luò)流上，自動通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到下位機(jī)。后者則是智能家居安防監(jiān)控功能的承載，上位機(jī)的軟件定時器產(chǎn)生一定時間間隔的溢出中斷后，通過TCP連接到路由器，賬號和密碼驗證無誤后，即可獲取監(jiān)控攝像頭每一幀JPEG格式的圖像信息，經(jīng)過處理，可將這些JPEG圖像信息合成24幀每秒顯示在上位機(jī)界面上，由于人眼的視覺暫留效益（Persistence of vision），這些連續(xù)的圖像可以被看成是達(dá)到了流暢的視頻效果。

（2）NetStream部分則主要是解決上位機(jī)與下位機(jī)通信的問題。本系統(tǒng)采用一種SSL加密的TCP/IP協(xié)議。SSL又叫“安全套接層（Secure Sockets Layer）協(xié)議”，是一種在客戶端和服務(wù)器端之間建立安全通道的協(xié)議，充分保證了系統(tǒng)通信過程的安全。

（3）STM32接收端軟件設(shè)計。主要設(shè)計流程是單片機(jī)通過ESP8266網(wǎng)絡(luò)模塊實現(xiàn)對TCP/IP協(xié)議族的ARP、IP、ICMP、TCP、UDP、DHCP協(xié)議按次序進(jìn)行指定配置。

4 智能家居控制系統(tǒng)的模塊設(shè)計

（1）12V電機(jī)驅(qū)動的電動窗戶、窗簾的模塊。它的設(shè)計原理采用TSL230B這個電子元件，利用元件感知所處環(huán)境的光源強(qiáng)弱來仔細(xì)測試得出結(jié)論的模塊設(shè)計方式。

（2）紅外遙控模塊。主要是針對電視、空調(diào)以及電扇進(jìn)行的遠(yuǎn)程紅外監(jiān)控采用的紅外遙控模塊，先安裝紅外發(fā)送器，對家里的電氣設(shè)置編碼，遠(yuǎn)程發(fā)送電氣設(shè)置編碼，通過philipsRC-5Protoeol的PPM或NEC-Protocol的PWM去除上面的編碼，再安放一個紅外接收器，就可以解碼家里電氣的遙控信號，從而實現(xiàn)對家里的電視、空調(diào)以及電扇的遠(yuǎn)程遙控。因此，在紅外遙控模塊的設(shè)計里用戶可以通過自行設(shè)置界面來轉(zhuǎn)換適合自家的監(jiān)控模式。

（3）市電220V電器電器控制模塊。這個模塊的設(shè)計控制的是家里的電冰箱、電燈等電氣設(shè)備，它適用的遙控電路編碼主要有CS5211、CS5212兩種。設(shè)計中兩種電路編碼必須配套的使用才能保證模塊的正常運行， 首先STM32電氣元件遠(yuǎn)程監(jiān)控CS5211專用電路，用RF射頻發(fā)射無線編碼信號，同時電氣插座的另外一端插入CS5212，通過模塊里的繼電器開關(guān)插座電路對220V電器設(shè)備實現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控。