基于stm32的智能家居項目設(shè)計報告

項目設(shè)計報告姓名xxx班級學(xué)號xxx項目名稱智能家居同組人xxx設(shè)計目標(biāo)本設(shè)計主要分為回家和在家兩個場景：回家的場景：回家的時候需要輸入密碼解鎖才能開門，而在這次設(shè)計中，我們通過串口發(fā)送密碼來點(diǎn)亮OLED屏幕，密碼正確則OLED屏幕被點(diǎn)亮，即解鎖成功；如果密碼錯誤則OLED屏幕處于鎖定狀態(tài)，其它功能也不能被實(shí)現(xiàn)，直到密碼輸入正確為止，串口一直處于檢測狀態(tài)。在家的場景：在家的時候主要分為三個模塊，即光照強(qiáng)度監(jiān)測模塊、溫濕度監(jiān)測模塊和超聲波測距模塊，各個模塊都能夠進(jìn)行實(shí)時地監(jiān)測并把檢測到的數(shù)據(jù)傳送到OLED屏幕上顯示，而且，當(dāng)光照強(qiáng)度很弱的時候?qū)崿F(xiàn)LED跑馬燈的功能。功能描述密碼輸入功能：首先先設(shè)定一個密碼，我們的密碼是一個字符“a”，然后通過串口來發(fā)送密碼，如果發(fā)送的是字符a，則在串口上顯示密碼正確，同時喚醒OLED屏幕，并顯示主頁面；反之，顯示密碼錯誤，OLED屏幕依然處于鎖定狀態(tài)；光照強(qiáng)度監(jiān)測功能：能夠?qū)崟r監(jiān)測光照強(qiáng)度，并把檢測到的數(shù)據(jù)顯示在OLED屏幕上，當(dāng)光照強(qiáng)度小于等于350的時候，點(diǎn)亮LED燈并實(shí)現(xiàn)跑馬燈的功能；而光照強(qiáng)度大于350的時候，關(guān)閉LED燈；溫濕度監(jiān)測功能：能夠?qū)崟r地監(jiān)測溫濕度，并把檢測到的數(shù)據(jù)顯示到OLED屏幕上，當(dāng)溫度大于等于35或者適度大于等于70的時候，蜂鳴器報警；超聲波測距功能：能夠?qū)崟r監(jiān)測出距離，并把檢測到的數(shù)據(jù)顯示到OLED屏幕上，當(dāng)距離小于等于20cm時，蜂鳴器報警。設(shè)計方案智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的總體設(shè)計框圖如下圖所示。該系統(tǒng)采用的主要模塊是STM32F407ZE系列的單片機(jī)，負(fù)責(zé)對信息的接收和處理，將各個模塊收集到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以便OLED屏顯示出來。而智能家居監(jiān)控系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)監(jiān)控溫濕度、光照強(qiáng)度、密碼開鎖等信號并及時的做出回應(yīng)。本課程設(shè)計了一款智能家居環(huán)境監(jiān)測報警系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)測火災(zāi)、光照強(qiáng)度等溫濕度異常、外人闖入等危險狀態(tài)。圖1智能家居系統(tǒng)框圖該智能家居監(jiān)控系統(tǒng)由超聲波模塊、溫濕度模塊、光敏電阻、OLED顯示模塊、蜂鳴器報警模塊、LED顯示以及按鍵輸入模塊組成基本的檢測外設(shè)，由STM32F407ZE來對各個外設(shè)進(jìn)行控制。其中超聲波模塊、溫濕度模塊和光敏電阻將檢測到的一些外界環(huán)境因素的變化，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓變化，這便有利于在OLED顯示屏等觀察到相應(yīng)的現(xiàn)象。系統(tǒng)框架本系統(tǒng)是典型的嵌入式技術(shù)應(yīng)用于測控系統(tǒng)，以嵌入式為開發(fā)平臺，系統(tǒng)以32位單片機(jī)STM32F407ZE為主控制器對各傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，經(jīng)過分析后去控制各執(zhí)行設(shè)備。硬件電路部分為：微控制器最小系統(tǒng)電路、數(shù)據(jù)采集電路（光敏電路、溫濕度傳感器、超聲波模塊）、輸出控制電路（OLED顯示屏、蜂鳴器、發(fā)光二極管）組成。圖2LED電路圖其發(fā)光二極管一段連接3.3V的電源，而另一端則連接著STM32F407ZE單片機(jī)的GPIO口，同時可以看出當(dāng)外設(shè)給一個低電平時，發(fā)光二極管則被點(diǎn)亮。圖3按鍵電路但按鍵按下時，則輸出一個低電位；當(dāng)按鍵不按時，則輸出高電位。圖4蜂鳴器電路當(dāng)輸入一個高電平時，三極管將處于導(dǎo)通狀態(tài)，此時蜂鳴器將正常工作；而當(dāng)輸入一個低電平時，三極管將處于截止?fàn)顟B(tài)，無法正常工作。圖5串口電路圖串口的RXD和TXD分別連接STM32F407ZE單片機(jī)的U1_TX和U1_RX，分別表示數(shù)據(jù)的接收和傳輸；而串口UART1的3、4口連接A—A口線的兩端，用于對數(shù)據(jù)的傳輸。圖6光敏傳感器電路圖其原理利用的是光敏二級管對光照強(qiáng)度的敏感性，通過光照強(qiáng)度的不同，其光敏二極管的導(dǎo)電率也會發(fā)生相應(yīng)的改變，從而使R24的電壓值發(fā)生改變，從而導(dǎo)致輸出電壓的大小發(fā)生改變。軟件設(shè)計：主要控制光敏電阻電壓采集處理與控制部分、溫度采集處理與控制部分、霍爾傳感器報警部分和輔助指示部分。數(shù)模轉(zhuǎn)換（ADC）外設(shè)用于將連續(xù)的模擬電壓轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量。ADC模塊含有一個可編程的序列發(fā)生器，它可在無需控制器的干擾的情況下對多個模擬輸入進(jìn)行采樣。同時我們采用I2C模塊，I2C為兩線式串行總線,由PHILIPS公司開發(fā)用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。它是由數(shù)據(jù)線SDA和時鐘SCL構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在CPU與被控IC之間、IC與IC之間進(jìn)行雙向傳送，高速IIC總線一般可達(dá)400kbps以上。同時通信方式為半雙工。硬件設(shè)計：我們用串口對單片機(jī)和電腦通信，同時將各個模塊與單片機(jī)連線，來檢測各個環(huán)境的參數(shù)，同時用按鍵對各個監(jiān)測模塊進(jìn)行切換，同時用串口和OLED顯示屏來顯示各個模塊監(jiān)測到的數(shù)據(jù)值。實(shí)現(xiàn)過程設(shè)計的過程中，我們是分模塊進(jìn)行的，也就是說先實(shí)現(xiàn)單個模塊的功能，最后在進(jìn)行整合。我們首先做的是控制LED燈的顯示以及蜂鳴器的報警，這個部分主要是利用庫函數(shù)編程的方式來對相應(yīng)引腳的進(jìn)行配置，然后通過一個按鍵來點(diǎn)亮LED燈以及蜂鳴器報警的功能；緊接著，我們依次實(shí)現(xiàn)了超聲波測距的功能、溫濕度的監(jiān)測功能以及光照強(qiáng)度的監(jiān)測功能；我們最后做的是串口發(fā)送密碼以及OLED屏幕顯示模塊；在整個設(shè)計中，我主要負(fù)責(zé)的是LED燈的顯示、蜂鳴器的報警、超聲波測距模塊的設(shè)計以及硬件的連接。超聲波測距功能的實(shí)現(xiàn)：本模塊可以實(shí)時監(jiān)測距離，并把監(jiān)測數(shù)據(jù)動態(tài)地顯示到OLED屏幕上，而且，當(dāng)測量距離小于等于20cm時，蜂鳴器報警；當(dāng)測量距離大于20cm時，蜂鳴器不報警。圖7測量距離小于等于20cm圖8測量距離大于20cm光照強(qiáng)度監(jiān)測功能的實(shí)現(xiàn)：本模塊可以實(shí)時地監(jiān)測光照強(qiáng)度，并把數(shù)據(jù)動態(tài)顯示到OLED屏幕上，當(dāng)光照強(qiáng)度很弱時即監(jiān)測到的數(shù)據(jù)大于等于350時，實(shí)現(xiàn)LED跑馬燈的功能；當(dāng)光照強(qiáng)度很弱時即監(jiān)測到的數(shù)據(jù)大于等于350時，關(guān)閉LED燈。圖9監(jiān)測數(shù)據(jù)大于等于350圖10監(jiān)測數(shù)據(jù)小于350溫濕度監(jiān)測功能的實(shí)現(xiàn)：本模塊可以實(shí)時監(jiān)測距離，并把監(jiān)測數(shù)據(jù)動態(tài)地顯示到OLED屏幕上，TEMP表示溫度，HUMA表示濕度。圖11溫濕度顯示串口發(fā)送密碼功能的實(shí)現(xiàn)：本模塊可以實(shí)現(xiàn)密碼的輸入，當(dāng)密碼輸入正確是，喚醒OLED屏幕，顯示主頁面。圖12串口顯示圖13主頁面硬件部分：整體接線圖如圖14所示。圖14硬件整體接線圖心得體會這一次的課程設(shè)計，不僅讓我學(xué)到了很多關(guān)于單片機(jī)STM32的相關(guān)知識，還能將學(xué)到的知識應(yīng)用到實(shí)踐中，這同時也大大提升了我動手的能力；但這一次的課程設(shè)計，也讓我真真正正的意識到自己的單片機(jī)基礎(chǔ)有多菜，很多低層次的問題都不能解決，也許是我們沒有學(xué)51單片機(jī)吧，所以學(xué)習(xí)STM32的時候才如此困難。這次課設(shè)能夠完成，還得感謝公司過來的老師們的培訓(xùn)，也感謝學(xué)校給我們的這次機(jī)會，不然以我們的基礎(chǔ)，想要完成任務(wù)真的很難，