基于STM32單片機的智能家居控制系統

連軍　沐建龍　周春

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

本文設計了基于STM32單片機的智能家居控制系統。該系統以單片機為核心，結合傳感器模塊和繼電器模塊，實現了對家庭電器的控制。智能家居控制系統可以準確的對室內溫濕度和光照強度等環境參數進行智能采集，能對采集到的環境參數進行相應數據處理并且判斷是否報警等。其中該系統對光控系統和溫控系統實現智能化的控制，以達到節能環保的目的，實驗測試表明該智能家居設備有自動檢測家庭環境指標并可以對采集信息進行及時穩妥的處理，精度高，檢測范圍廣，穩定性好，顯示簡單，操作簡便，抗干擾能力強等優良性能。

關鍵詞：STM32；智能家居；智能采集；節能環保

1 引言

本文介紹的智能家居控制系統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，設計上主要依靠STM32單片機為主要控制模塊，它具備接收和發送數據的雙重身份，通過紅外通信、自動控制等一系列技術來實現對家居的智能控制。

2 系統總體設計

該智能家居控制系統的總體結構圖如圖所示，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具體設計流程為：STM32單片機接收到傳感器傳回的周圍環境的溫濕度數值和煙霧濃度、光照強度，然后驅動1602液晶顯示模塊，用戶可以通過顯示模塊得知室內環境情況，同時用戶可以直接使用紅外遙控器發出指令，

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

3 系統硬件設計

3.1 STM32單片機主控模塊

本文采用的是意法半導體 （ST） 公司生產的 STM32 系列處理器，該 32 位處理器基于 ARM Cortex-M3 內核，具有低功耗、集成度高、處理速度快、低調試成本等眾多優點，十分符合本系統的設計要求和實際應用。作為 ARM 系列的一員，基Cortex-M3 內核的 STM32 系列處理器的能力已經逐漸超越了ARM7，由于其功能強、易開發、性價比高等特點，目前應用已十分廣泛。該系統中，單片機相當于中樞以及中轉站，具有接受信息以及發出指令的功能，能對各種傳感器采集上來的數據進行處理，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行相關的操作。

3.2 煙霧傳感器模塊

本系統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換為與該氣體濃度相對應的輸出信號，然后將該信號傳給單片機，用于檢測室內空氣是否清凈以及用于檢測是否有火災發生而蜂鳴器自動報警，以便采取相應的措施。

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點，因此本系統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室內環境溫濕度的獲取，并且將室內的溫度信息傳給主控系統，以監控室內溫濕度是否正常。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對室內溫度進行控制。

3.4 光敏傳感器模塊

在本系統中光敏傳感器模塊主要用來檢測室內的光照強度，并對光照強度進行初步處理，即將光照強度的模擬信號轉化為數字信號，且將該數字信號上傳給單片機主控系統；主控根據室內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的燈的亮度。

3.5 紅外傳感器模塊

本系統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技術開發和設計出來的小型紅外遙控系統接收器。在支架上裝著PIN二極管和前置放大器，環氧樹脂包裝成一個紅外過濾器。解調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、解調一體頭，接收頭輸出的是解調后的數據信號。單片機里面需要相應的讀取程序。

3.6 繼電器模塊

本系統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定要求時，在電氣輸出電路中使被控量發生預定的階躍變化的一種電器。它具有控制系統和被控制系統之間的互動關系。通常應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”，本項目中控制系統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與價格的比較，鑒于LCD1602具有顯示質量高、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顯示數據。液晶顯示模塊的主要功能是接受并顯示系統的當前溫濕度、室內光照強度及煙霧濃度，讓人對當前參數有具體的了解，以便采取相應的操作。

4 結束語

本文設計了一個基于STM32的智能家居系統，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。本系統具有控制方式多樣靈活、模塊功能可擴展性強、設備操作簡單易行等優點，適合家庭、教學、實驗開發等多個領域。

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[J].行業應用與交流，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設計[J].物聯網技術，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。

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）