基于STM32的智能家居控制系统

基于STM32单片机的智能家居控制系统连军沐建龙周春（西北民族大学甘肃兰州730030）摘要：随着经济的快速增长，快节奏的生活状态使得人们越来越注重生活质量，如何建立一个高效率、低成本的智能家居控制系统成为自动控制领域的一个热门研究方向。本文设计了基于STM32单片机的智能家居控制系统。该系统以单片机为核心，结合传感器模块和继电器模块，实现了对家庭电器的控制。智能家居控制系统可以准确的对室内温湿度和光照强度等环境参数进行智能采集，能对采集到的环境参数进行相应数据处理并且判断是否报警等。其中该系统对光控系统和温控系统实现智能化的控制，以达到节能环保的目的，实验测试表明该智能家居设备有自动检测家庭环境指标并可以对采集信息进行及时稳妥的处理，精度高，检测范围广，稳定性好，显示简单，操作简便，抗干扰能力强等优良性能。关键字：STM32；智能家居；智能采集；节能环保1引言本文介绍的智能家居控制系统可以使得人们通过红外遥控器对家中的任意电器进行控制，设计上主要依靠STM32单片机为主要控制模块，它具备接收和发送数据的双重身份，通过红外通信、自动控制等一系列技术来实现对家居的智能控制。2系统总体设计该智能家居控制系统的总体结构图如图所示，主要由STM32单片机微控制模块、红外接收模块、烟雾传感器模块、温湿度传感器、光敏传感器模块、1602液晶显示模块以及继电器模块等主要器件组成。该智能家居控制系统具体设计流程为：STM32单片机接收到传感器传回的周围环境的温湿度数值和烟雾浓度、光照强度，然后驱动1602液晶显示模块，用户可以通过显示模块得知室内环境情况，同时用户可以直接使用红外遥控器发出指令，系统结构原理图STM32单片机温湿度传感器模块光敏传感器模块红外接收模块1602液晶显示模块烟雾传感器模块继电器模块STM32单片机通过红外接收模块接收到指令后执行相应的动作。系统内部的工作原理是：通过各种传感器对室内的湿度、温度、烟雾浓度、光照强度等信息进行采集，并进行初步的数据处理，然后将处理好的信息传给单片机模块，经单片机对各种数据处理，并且在显示器上显示，同时对采集上来的信息进行相关的操作，同时用户可以利用红外遥控的方法对控制系统下达指令，完成相关操作。3系统硬件设计3.1STM32单片机主控模块本文采用的是意法半导体(ST)公司生产的STM32系列处理器，该32位处理器基于ARMCortex-M3内核，具有低功耗、集成度高、处理速度快、低调试成本等众多优点，十分符合本系统的设计要求和实际应用。作为ARM系列的一员，基Cortex-M3内核的STM32系列处理器的能力已经逐渐超越了ARM7，由于其功能强、易开发、性价比高等特点，目前应用已十分广泛。该系统中，单片机相当于中枢以及中转站，具有接受信息以及发出指令的功能，能对各种传感器采集上来的数据进行处理，并筛选出有用信息做出准确的判断，且将指令下达给继电器模块执行相关的操作。3.2烟雾传感器模块本系统中的烟雾传感器选择MQ-2型烟雾传感器，MQ-2气体传感器使用的是气敏材料，使用简单的电路可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号，然后将该信号传给单片机，用于检测室内空气是否清净以及用于检测是否有火灾发生而蜂鸣器自动报警，以便采取相应的措施。3.3温湿度采集模块由于DHT11传感器具有较高的工作精度和较宽的线性工作范围，该器件输出电压与温湿度成线性比例的优点，因此本系统的温湿度采集模块的核心器件选择DHT11传感器。温湿度采集模块的功能是实现室内环境温湿度的获取，并且将室内的温度信息传给主控系统，以监控室内温湿度是否正常。主控将温湿度在显示器显示，同时通过指令对继电器进行控制进而控制风扇的工作以实现对室内温度进行控制。3.4光敏传感器模块在本系统中光敏传感器模块主要用来检测室内的光照强度，并对光照强度进行初步处理，即将光照强度的模拟信号转化为数字信号，且将该数字信号上传给单片机主控系统；主控根据室内的光照强度来判断白天还是黑夜，进而通过继电器组自动控制室内的灯的亮度。3.5红外传感器模块本系统的红外传感器模块为红外接收模块，红外接收模块是利用最新的IC技术开发和设计出来的小型红外遥控系统接收器。在支架上装着PIN二极管和前置放大器，环氧树脂包装成一个红外过滤器。解调输出信号可以由微处理器解码，一般三条腿的红外线遥控接收头是接收、放大、解调一体头，接收头输出的是解调后的数据信号。单片机里面需要相应的读取程序。3.6继电器模块本系统中使用电磁继电器模块，电磁继电器是一种电控制器件，当输入量的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统和被控制系统之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”，本项目中控制系统使用电磁继电器模块达到弱电控制强电的目的。3.71602液晶显示模块本项目组通过对各种液晶显示器性能参数与价格的比较，鉴于LCD1602具有显示质量高、重量轻、功耗低以及价格便宜等特点，因此本项目组选择了LCD1602显示数据。液晶显示模块的主要功能是接受并显示系统的当前温湿度、室内光照强度及烟雾浓度，让人对当前参数有具体的了解，以便采取相应的操作。4结束语本文设计了一个基于STM32的智能家居系统，同时通过配合温湿度采集模块、1602液晶显示模块、光敏传感器模块与烟雾传感器模块等可组建成完善的智能家居系统。本系统具有控制方式多样灵活、模块功能可扩展性强、设备操作简单易行等优点，适合家庭、教学、实验开发等多个领域。参考文献[1]张逢雪，等.基于STM32单片机的无线智能家居控制系统[J].行业应用与交流，2011（8）[2]刘榴，何英昊，李仁泽.基于STM32的简易智能家居控制系统设计[J].物联网技术，2016，（11）作者简介：连军（1995-），男，河南人，大学本科，就读于西北民族大学自动化专业。基金项目：西北民族大学电气工程学院“双E”项目资助（项目编号：20171807）