基于STM32的智能家居設計

?榮中　闞延江　孫秋蒙　孟康

摘 要：智能家居作為以住宅為平臺的高效的住宅設施與家庭日程事務管理系統自提出及相繼實現以來受到了人們熱切的歡迎。自1984年美國聯合科技公司應用首棟智能型建 筑揭開智能家居派的序幕之后，全世界爭相建造智能家居。在國內智能家居是一個新生產業，處于一個導入期和成長期的臨界點。隨著智能家居市場的推廣以及普及，智能家居市場的潛力與前景必然是十分巨大的。

關鍵詞： 家居控制;智能;多功能;新穎

1 引言

隨著微電子技術，計算機技術，以及網絡技術的快速發展，弱電控制技術發展越 來越快，弱電控制技術具體實現在日常生活中的家居服務上使得智能家居獲得極大的發展。特別是伴隨著人們生活水平的提高，對家居的要求也越來越高，簡單更具人性化的操作，方便的統一平臺的智能家居系統越來越受到人們的歡迎。

智能家居的最初發展主要是由燈光遙控控制，電器遠程控制和電動窗簾的控制為主。隨著技術的進步，現在的智能控制功能越來越多，控制對象不斷擴展，甚至延伸到所有傳統的弱電行業，現在的 家居系統對于安全方面的兼顧也越來越全面一個系統可能嵌入像煤氣、火災，門禁等方面的檢測報警。隨著網絡技術的發展以及家庭網絡的完善，手持設備越來越方便，家居的操作控制系統與手持設備的結合是必然趨勢，一個主平臺可以由多個家庭成員的子平臺操作，這些極大地方便了人們的使用。

2 系統的整體設計

本項目研究內容為：該智能家居系統主要實現智能電動窗簾，室溫實時監測，家用電器開關，萬年歷，鬧鐘音樂播放，無線遠程控制，繼電器控制等功能，整個系統在一塊MCU的協調與控制下運行，整體的設計功能框圖如圖1所示。圖1中基本確定了整體設計需要的各個功能模塊，接下來的工作就是相關模塊的具體選型與設計，考慮到對于功能的要求，硬件的選型非常重要。

通過方框圖確定了模塊與MCU之間連接及關系，整個系統是在MCU核心STM32F407的控制下，通過協調控制各個模塊的工作來使各個模塊正常工作并達到整個系統預定的功能。

3 系統硬件設計

在系統實現的時候，硬件選擇也是非常重要的，確定系統結構框圖后，接著就是選擇功能模塊的芯片來搭建電路實現對應的功能。以下著重分析相關模塊的芯片選型問題。

3.1 MCU最小系統

MCU最小系統需要晶振電路復位電路等，為了斷電時間不跑，還需要電池供電，需要一個時間時鐘使用的32.786K的晶振。另外對芯片的3.3V供電也需要進行相應的濾波，這樣才能提供更加穩定的電平，最小系統是整個系統的核心，是系統運行的基礎。

3.2 溫度檢測模塊

該系統具有室溫檢測顯示功能，可以實時為室溫的調節提供數據源，且系統具有溫度過高火情報警設置。經過比較分析，美信公司的單總線數字溫度傳感器DS18B20比較合適，該數字溫度傳感器將檢測的溫度信息轉化為相應的數字量，獨特的單總線接口，只需要一個IO口線就可以對該器件進行相應的讀寫了，寫入命令和讀取溫度操作簡單，并且無需外部元件可用數據總線供電和備用電源，電壓范圍為3.0V 至5.5V，外圍電路簡單。該芯片的測量溫度范圍為-55℃至+125 ℃，且自帶溫度校準，無需外部進行處理，操作簡單。在-10 ℃至+85 ℃范圍內精度為±0.5 ℃可以滿足本系統的要求，且最高溫度達 到+125℃，也完全滿足報警所需要的溫度要求。

由于溫度傳感器DS18B20是單總線結構所以其硬件電路比較簡單，通過一個簡單 的RC濾波電路給其供電，通過一個MCU的普通IO口PC4來實現MCU和DS18B20的連接。

3.3 SPI-FLASH存儲模塊

W25Q128采用的是SPI接口進行讀取和存儲數據的，所以在系統中存儲器的接口接在MCU的SPI1 接口，這個SPI接口為MCU自帶的硬件接口。

3.4 觸摸屏控制和TFTLCD驅動模塊

TFTLCD驅動電路如圖6所示。該部分電路設計簡單，STM32 的IO口可以直接與觸摸屏相連接所有引腳全部直接與MCU連接 ，供電的5V與3.3V電源過一個104的電容進行濾波。

3.5 功放模塊

本系統主要用到放大芯片來放大從IO口輸出的音頻信號，且用來驅動喇叭。功率的放大根據喇叭的功率來選擇，該系統采用的是3W的喇叭，功放的芯片有TDA2822，HT6872，PAM8403等，該系統采用的是PAM8403，該芯片電路是D類立體聲音頻功率放大器，該放大器采用D類結構，通過PAM公司獨有的低EMI（電磁輻射）調制方式可以省去低通濾波器所需電路從而達到經濟實用的目的。

功放模塊為外置模塊由MCU的PG15提供模塊的單聲道信號源，在此不再贅述，功放模塊的電路。功放在接電時必須保證是有負載，否則的話可能會燒芯片。

4 總結

通過反復試驗，整個系統已能正常工作，但在實現的過程中碰些問題，總結如下：

問題1：SPI-Flash寫入不成功或者亂碼問題。

在使用前系統的啟動過程中一定要初始化而且相鄰的地線接在一起時不要直接在引腳上進行連線一定要從引腳引出一段后可以走一根總線，如果直接在引腳上進行連接PCB制作好之后將會增加焊接難度而且容易造成數據不穩定。

問題2：3.3V芯片濾波問題。

之前3.3V濾波采用了單電容及采用一個104的電容，后來發現這樣ASM1117容易燒毀，且系統運行不穩定，后來增加一個大電容和小電容一起工作解決這個問題。

該系統在智能化方面有較好的想法，同時也可以迎合節能環保的綠色理念，有較強的實用性。接下來爭取將此設計優化，將利用價值達到最大化。

參考文獻

[1] 范麗娜.智能家居系統中家電控制的研究與實現[D].南京：南京郵電大學，2011.

[2] 徐金波.基于Android與Zigbee的智能家居系統設計與實現[D].南昌：南昌航空大學，2015.

[3] 張亮.嵌入式智能家居控制系統的設計[J].城市建設理論研究：電子版，2015（25）：55-57.

[4] 熊瓊.基于ARMCortex-A8與Android平臺的智能家居系統設計[D].太原：太原理工大學，2014.