基于STM32的簡易智能家居控制系統設計

劉榴++何英昊++李仁澤

摘 要：隨著科技不斷進步，智能化的思想也漸入人心，智能家居的應用越來越普遍。論文針對家用空調及電飯鍋等設備，設計了一款基于STM32的智能家居控制系統。以STM32為控制核心，將室內的溫濕度值發送至手機，并通過手機設定閾值，控制空調調整室內溫濕度及電飯鍋的工作時間。實驗結果表明，該系統能夠很好地完成工作要求。

關鍵詞：智能家居；STM32；DHT11；WiFi

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

0 引 言

現代科學技術發達，人類在科技上有了歷史性的突破，電子產品隨處可見，一場電子風暴席卷而來。在新加坡有近30個社區，約5 000戶家庭采用了“家庭智能化系統”[1]。智能家居設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元；另一方面，老齡化日益嚴重，老年人對一些電子產品仍然處于陌生狀態，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境更加舒適，人們希望建造以住宅為平臺，兼備建筑、網絡通信、信息家電、設備自動化，集系統、結構、服務、管理等特點于一體的家居環境，智能家居的概念應運而生。本文針對智能家居中的空調和電飯鍋，設計了一款基于STM32的智能家居控制系統，以STM32單片機為控制核心，通過手機控制空調調整室內溫濕度和電飯鍋的工作時間。實驗結果表明，該系統能夠很好地完成工作要求。

1 系統整體設計

該系統整體框圖如圖1所示。

本設計采用WiFi模塊、STM32模塊及溫濕度傳感器DHT11模塊。其中STM32模塊是接收和發送數據的主控模塊，手機連接WiFi，通過WiFi接收DHT11檢測的溫濕度值后，手機設定閾值發送給單片機，單片機接收到數據后顯示在LCD上。手機設定一個時間點，通過WiFi發送到單片機，當到達這個時間點后，控制電飯鍋開始工作。

2 硬件設計

該智能家居控制系統以STM32為核心，通過WiFi模塊與其他模塊進行數據傳輸；DHT11采集環境的溫濕度數據；手機模塊進行閾值設計并發送至單片機；LCD液晶顯示屏顯示當前的溫濕度以及手機發送的閾值；使用繼電器代表電飯鍋工作情況；利用可控制的小風扇實現空調降溫功能。

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，節能性能業界領先，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異，所以給開發者帶來了最大的設計靈活性。該處理器處理速度快，內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，還可以節省大量資金，受到了人們的青睞。本設計采用ESP8266 WiFi模塊。ESP8266有著業內極富競爭力的封裝尺寸和超低功耗技術，是一款超低功耗的UART-WiFi模塊[2]。內置32位MCU，可兼作應用處理器，多樣的封裝樣式豐富了顧客的選擇。該模塊應用領域十分廣泛，如智能家居、掌上設備以及工業控制等，適合各種物聯網應用場合，是專為移動通信設備和物聯網應用設計的模塊。WiFi模塊的主要功能是連接手機App和單片機，把手機設定的閾值發送至單片機，單片機通過WiFi模塊將數據顯示在LCD上。

2.3 DHT11模塊

DHT11是一款有已校準數字信號輸出的溫濕度傳感器，采用專用數字模塊采集技術，確保其可靠性和長期穩定性。該模塊價格便宜，抗干擾能力強，性價比高，只占用一個I/O口，通信快，響應時間短，是苛刻場合的最佳選擇[3]。DHT11模塊用來測量周邊環境的溫濕度值，通過連接WiFi發送至手機，手機可通過溫濕度值設定閾值來控制空調的溫度變化。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，顯示手機設定的閾值以及判斷環境溫度是否在設定的閾值內，具有26萬像素，大大提高了數據顯示的圖像質量。

2.5 其他硬件設計

家用電器部分主要以空調和電飯煲為研究對象，采用小風扇和LCD組合來替代空調，LCD顯示空調的設定溫度。當環境溫度高于設定溫度時，小風扇開啟表示降溫，LCD顯示high；當環境溫度低于設定溫度時，小風扇停止運行，LCD顯示low。電飯煲部分采用繼電器來表示，設定工作時間，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 軟件設計

3.1 空調部分

各模塊進行初始化，手機連接WiFi后，發送閾值，DHT11讀取所在環境的溫濕度并發送到手機上，如果顯示的溫度數值在手機規定的閾值內，則液晶顯示屏上顯示normal，此時小電風扇不工作；如果溫度高于手機設定的閾值的最大值，小風扇開始工作，降低周圍環境的溫度，LCD顯示屏上顯示high；如果溫度低于手機設定的閾值的最小值，風扇不開啟，LCD顯示low。空調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。手機給單片機發送定時開和定時關的時間，給定一個時間開啟繼電器，之后開始計數，當計數到規定的數值時，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 手機部分

手機部分利用Java語言設計了一個App，Java語言是一種跨平臺、適合分布式設計的、面向對象的編程語言[4]。該App可以設定溫濕度的閾值以及規定電飯煲自動工作的時間，再通過WiFi模塊向單片機傳輸數據。手機App截圖如圖5所示。

4 結 語

本文設計了一個智能家居控制系統，實現了室內溫濕度的測量，手機連接WiFi發送閾值控制空調溫度，規定電飯煲自動工作的時間。但要達到實際應用水平，還需要進一步提高產品的性能，如安全性和穩定性，降低成本和能耗。

參考文獻

[1]侯海濤.國內外智能家居發展現狀[J].建材發展導向，2004，2（5）：92-93.

[2]任林.帶WIFI通信和RF遙控的智能門鎖設計[J].IT時代周刊（論文專版），2015：77-79.

[3]韓丹翱，王菲.DHT11數字式溫濕度傳感器的應用性研究[J].電子設計工程，2013，21（13）：83-85.

[4]王汝傳.一種新型的程序設計語言—JAVA語言[J].南京郵電學院學報（自然科學版），1996（4）：63-66.