《基于單片機(jī)的智能家居監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計》11000字（論文）

基于單片機(jī)的智能家居監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計摘要：隨著科技的飛速發(fā)展，各種智能產(chǎn)品的普及和應(yīng)用也日益廣泛。智能家居是在現(xiàn)代電子信息技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合家庭的各種設(shè)施和各種信息，從而構(gòu)成一個智能化的家庭服務(wù)系統(tǒng)。本文主要研究和分析了智能家居的背景和意義，從實用性角度出發(fā)，運用單片機(jī)和傳感器技術(shù)作為技術(shù)核心，借助WiFi通信模塊來連接機(jī)智云平臺，本文介紹了一種以單片機(jī)為核心的智能家居控制系統(tǒng)。本文主要研究分析智能家居的背景和意義，系統(tǒng)通過無線網(wǎng)與智能手機(jī)連接，將采集到的信息傳輸至機(jī)智云上，從而達(dá)到智能化管理的目的。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、實用性強。可實現(xiàn)環(huán)境溫度、濕度的監(jiān)測功能，燈光控制，窗簾控制功能，火災(zāi)報警功能等等，最后，通過APP的方式，完成了對系統(tǒng)的遙控。系統(tǒng)可以對環(huán)境溫濕度、空氣質(zhì)量、煙霧濃度等數(shù)據(jù)進(jìn)行實時檢測，測量結(jié)果通過顯示屏顯示，最后通過云平臺上傳，由手機(jī)APP遙測和控制。本文以STM32為主控芯片，WiFi模塊作為無線傳輸媒介，采用傳感器技術(shù)進(jìn)行采集信息，再將數(shù)據(jù)傳輸給云端服務(wù)器，最終將數(shù)據(jù)實時地呈現(xiàn)在用戶面前。智能家居系統(tǒng)經(jīng)過一系列的測試，通過對該系統(tǒng)的功能進(jìn)行了驗證，并達(dá)到了用戶要求。達(dá)到操作簡單、成本低、集成度高等目的。關(guān)鍵詞：STM32，智能家居，單片機(jī)，控制系統(tǒng)，云平臺目錄12395第1章緒論 第1章緒論1.1背景和意義智能家居就是利用家庭總線技術(shù)，將各類家電、安防、信息通信設(shè)備與家庭智能系統(tǒng)相結(jié)合，從而達(dá)到對家庭進(jìn)行集中或遠(yuǎn)距離的監(jiān)測。并保證智能家居設(shè)備和環(huán)境的使用協(xié)調(diào)。智能家居采用各種智能控制技術(shù)、感知技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等，不需要過多的人工干預(yù)，以計算機(jī)技術(shù)為核心，借助互聯(lián)網(wǎng)連接各種智能設(shè)備，最后，建立了一個家庭智能控制系統(tǒng)。和過去家居字體比起來，智能家居可以實現(xiàn)設(shè)備自動化，簡化操作，最大限度地提高資源利用。因此，在未來很長一段時間內(nèi)，智能家居系統(tǒng)成為聚焦點?；诖?，本文首先介紹了智能家居的概念及其特點，然后對其發(fā)展趨勢進(jìn)行了探討分析。為人民群眾提供更加舒適、便捷、安全的居住環(huán)境，提高生活質(zhì)量，為社會的積極發(fā)展做出貢獻(xiàn)。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，智能家居市場的增長速度顯著，每年約有30%，吸引著許許多多的人。目前，國內(nèi)已經(jīng)有一些企業(yè)開始涉足這個領(lǐng)域，如：小米、美的等，并且取得了一定成績。智能家居是指通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對家庭進(jìn)行智能化管理和控制，從而提高生活質(zhì)量。但智能家居所涉及的反面很復(fù)雜，一些廠商不具備核心技術(shù)作為支撐，只是炒作概念，混淆視聽。沒有規(guī)定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，并且行業(yè)內(nèi)魚龍混雜。智能家居的誕生主要是讓人們的生活更加輕松、便捷，而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的加入也成為了一個大趨勢。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，智能家居已經(jīng)進(jìn)入到了千家萬戶，它為人們提供了方便、舒適生活的同時，也帶來了許多問題。本文主要探討了智能家居與傳統(tǒng)家居之間存在的差異及解決方案。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，從有線連接到無線傳輸，從理念到實踐，微妙地將家庭中一些看似不相關(guān)的東西結(jié)合在一起，使所有的東西都連接在一起。在接下來的2-3年里，智能家居的市場將會出現(xiàn)一個巨大的增長。美國是世界上最早使用智能家居的一個國家，擁有百分之三十二的家庭用戶，到2022年，這個數(shù)字將會上升到百分之五十三左右。撇開行業(yè)紛爭不談，我們站在消費者的立場上，對于智能家居的需求其實很清楚，那就是以實用為主。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國外研究現(xiàn)狀1984年，美國首次建成了智能家居，1988年，《家庭自動化系統(tǒng)與通訊標(biāo)準(zhǔn)》由相關(guān)部門頒布，那時美國40000個家庭都已安裝了智能化的智能房屋。從1985年起，發(fā)達(dá)國家在智能家居中投入了巨大的人力和物力，觀察到智能家居行業(yè)的巨大的商業(yè)價值和未來的市場趨勢。據(jù)當(dāng)時的統(tǒng)計，美國的智能住宅在1996年才剛剛開始，其使用費用也比較高。住房設(shè)備的價格在7000元到9500元之間，要求非常高，對于一般人來說，是無法安裝的，這些都說明了開發(fā)智能家居的難度有多大。此后，隨著智能家居技術(shù)的突破和進(jìn)步，2004年智能家居行業(yè)的規(guī)模達(dá)到了130億美元，這是此前未曾預(yù)料到的，到了2013年，隨著智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)對智能家居的研發(fā)也在不斷加大，其造價也在不斷降低。在智能住宅方面，國外也有不同的研究，美國公司側(cè)重于功能測試與應(yīng)用，而歐洲則側(cè)重于遙控，亞洲三星級企業(yè)也在深度探索智能家居產(chǎn)品的研發(fā)。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀中國是目前世界上最大的市場，但其潛力還沒有被充分挖掘出來，因此中國應(yīng)該抓住這一機(jī)會進(jìn)行相關(guān)的研發(fā)工作。在我國，智能家居的發(fā)展整體較晚，至今還不到30年。從最初的“智能家居”概念提出至今已有很長一段時間，但直到近幾年才逐漸成為人們關(guān)注的焦點。1995年左右，深圳、上海等一些相對發(fā)達(dá)的城市開始推廣智能家居產(chǎn)品。上世紀(jì)初，由于我國家庭互聯(lián)網(wǎng)普及率較低，大部分普通家庭收入水平較低，國外智能家居系統(tǒng)價格較高，智能家居系統(tǒng)的普及并不順利，普通家庭往往望而卻步，智能家居系統(tǒng)沒有在現(xiàn)實生活中使用。21世紀(jì)以來,隨著人們對生活質(zhì)量的追求，智能家居已經(jīng)成為一種時尚。尤其是2008年北京奧運會后，智能家居受到了廣泛的關(guān)注和推廣。中國經(jīng)濟(jì)水平的快速發(fā)展，再加上互聯(lián)網(wǎng)的日益普及率，為中國智能家居產(chǎn)品的開發(fā)和推廣創(chuàng)造了條件。自2014年以來，智能家居的發(fā)展非常迅速，我國在技術(shù)上始終處于世界前列，具有一定的后發(fā)優(yōu)勢。在物聯(lián)網(wǎng)中，智能家居是一個具有很強發(fā)展動力的市場。隨著政府的支持和市場的不斷擴(kuò)大，智能家居行業(yè)必將迎來新的春天。智能家居產(chǎn)品作為智能家居系統(tǒng)中不可或缺的組成部分，其技術(shù)水平與質(zhì)量直接關(guān)系到整個家庭智能化水平高低。目前國內(nèi)智能家居企業(yè)，有關(guān)技術(shù)的研究與應(yīng)用日益受到關(guān)注。因此，我們必須要認(rèn)清當(dāng)前市場現(xiàn)狀，把握好未來的機(jī)遇。文章首先對國內(nèi)的智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r和存在的問題進(jìn)行了分析；并對未來智能家居的發(fā)展趨勢進(jìn)行了多角度的分析。最后總結(jié)出幾點建議與展望。未來一段時間，隨著智能家居行業(yè)的快速發(fā)展，將會有一個統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范和一個完整的生態(tài)體系。1.3研究的創(chuàng)新點近年來，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅速，各個領(lǐng)域都有涉及，而傳統(tǒng)的智能住宅大多是通過復(fù)雜的線路進(jìn)行控制，其功能單一、維護(hù)難度較大，而通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)對其進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，從而極大地減少了其局限性。本文的主要目的是利用智能云平臺來實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的各項功能，相較于其他平臺，機(jī)智云平臺為開發(fā)者提供更方便的操作，通過低門檻、低成本的特點，幫助開發(fā)者更容易上手。此外，推出的代碼自動生成服務(wù)也使得二次開發(fā)變得更加便利。1.4本文主要工作結(jié)合本次選題的背景和意義，以STM32為核心，開發(fā)了一套智能家居控制系統(tǒng)。主要完成了以下幾個方面工作：熟悉各傳感器原理，設(shè)計符合用戶需求的功能，通過WiFi模塊將信息傳輸?shù)皆品?wù)器上，根據(jù)用戶需要設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，最后通過機(jī)智云平臺實現(xiàn)手機(jī)APP遠(yuǎn)程監(jiān)測。主要工作如下：本文通過對有關(guān)智能家居產(chǎn)品的調(diào)查與調(diào)研，對當(dāng)前國內(nèi)外智能家居產(chǎn)品的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了分析，并找出其存在的問題，如成本高、維護(hù)費困難、操作困難等方面，從而為進(jìn)一步研究打下了基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上結(jié)合智能家居系統(tǒng)的發(fā)展方向及發(fā)展趨勢，提出基于嵌入式和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的智能家居系統(tǒng)設(shè)計方案。根據(jù)分析普通家庭的功能需求，從溫濕度監(jiān)測、火災(zāi)報警、窗簾、燈光自動控制、遠(yuǎn)程監(jiān)測等方面，通過對智能住宅控制系統(tǒng)的功能需求的分析，闡述了其硬件和軟件的設(shè)計，并對其性能進(jìn)行了測試，以確定其是否具有經(jīng)濟(jì)性和實用性。1.5論文組織結(jié)構(gòu)本文的主要工作安排如下：第一章為引言。在此基礎(chǔ)上，對國內(nèi)外智能家居的發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了分析，并提出了論文的主要研究任務(wù)和目標(biāo)。第二章為系統(tǒng)的總體規(guī)劃。根據(jù)系統(tǒng)的總體設(shè)計方案，對系統(tǒng)的主要功能進(jìn)行了詳細(xì)的描述，以滿足用戶的需要，為系統(tǒng)的硬件設(shè)計奠定了堅實的基礎(chǔ)。第三章，詳細(xì)介紹了本系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)。在此基礎(chǔ)上，對單片機(jī)進(jìn)行了控制，實現(xiàn)了系統(tǒng)的功能要求，并對其硬件的選用進(jìn)行了詳細(xì)的分析和說明。第四章主要介紹了系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)。是對設(shè)計所需的軟件進(jìn)行介紹，然后根據(jù)功能要求，設(shè)計出程序代碼，最后利用云平臺技術(shù)，完成產(chǎn)品的創(chuàng)建和參數(shù)設(shè)定，實現(xiàn)手機(jī)APP控制。第五章對系統(tǒng)的性能進(jìn)行了分析。通過對系統(tǒng)的功能進(jìn)行測試，以驗證其有效性是否滿足要求。第六章對全文進(jìn)行了總結(jié)與展望。對最終試驗的結(jié)論進(jìn)行總結(jié)和歸納，并提出不足，對以后發(fā)展提出展望。第2章系統(tǒng)方案設(shè)計2.1系統(tǒng)總體設(shè)計智能家居作為新時代人們追求高品質(zhì)生活的產(chǎn)品，不僅要符合用戶的需求，還要考慮開發(fā)成本。因此，本章節(jié)將依據(jù)智能家居的實際市場情況，從普通家庭實際所需求的方面對功能進(jìn)行分析。該方案以單片機(jī)為核心，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測。本系統(tǒng)包括STM32單片機(jī)，電源模塊，顯示模塊，報警模塊，以及各類傳感器模塊組成，最后的遠(yuǎn)程控制功能通過WiFi通信模塊實現(xiàn)?？傇O(shè)計如REF_Ref101625589\h圖2.1所示。SSTM32單片機(jī)傳感器模塊按鍵模塊顯示模塊報警模塊步進(jìn)電機(jī)模塊WIFI通信模塊電源模塊窗簾控制燈光模塊圖2.SEQ圖2.\*ARABIC1總體方案設(shè)計2.2設(shè)計原則該項目的要求是設(shè)計一個高性價比的智能家居系統(tǒng)，綜合考慮了成本和性能。本文從家庭智能化系統(tǒng)的各個組成部分及其相互關(guān)系出發(fā)，對其在市場上的實際應(yīng)用情況做了一定程度的調(diào)研分析，并結(jié)合自己多年的實踐經(jīng)驗提出一套較為完善的設(shè)計方案?；谝韵略瓌t，例如是否大多數(shù)家庭所負(fù)擔(dān)得起和接受，是否能夠發(fā)揮功能并增加安全保障，是否易于日常維護(hù)，并解決用戶在使用該系統(tǒng)設(shè)計時的后顧之憂：（1）便利實用智能家居系統(tǒng)的目標(biāo)是為人們提供居住環(huán)境的安全度和舒適度。因此，系統(tǒng)的作用應(yīng)當(dāng)是簡單而實用的，既能改善人們的生活品質(zhì)，還可以方便的操作和使用。（2）成本低廉就當(dāng)下來看，市面上的智能家居產(chǎn)品不僅價格高昂，而且系統(tǒng)十分復(fù)雜。這對智能家居的發(fā)展和普及造成了很大的障礙，在人們思考要不要安裝它的時候，它的價格也是一個很大的問題。因此，人們選擇使用智能設(shè)備，其中一個原因就是價格低廉。但是在保證系統(tǒng)性能的同時也要降低成本，因此硬件的選擇在設(shè)計和開發(fā)中非常重要，既要滿足各種功能的外部應(yīng)用要求，又要價格合理、性能穩(wěn)定，不浪費資金、材料，滿足大眾所需。（3）性能優(yōu)越在智能家居系統(tǒng)的方案設(shè)計中，應(yīng)該制定一個統(tǒng)一的規(guī)范，能夠進(jìn)行定制的匹配，能夠進(jìn)行信息的互動，便于終端的遷移和增加，從而促進(jìn)以后的升級和發(fā)展。2.3物聯(lián)網(wǎng)平臺方案選擇選擇哪種物聯(lián)網(wǎng)云平臺，將會直接影響到使用者的體驗。在這個萬物互聯(lián)的時代，云平臺已被眾多廠商所重視，本文選用機(jī)智云作為開發(fā)平臺。智慧云是一種基于云計算的智能硬件開發(fā)平臺。它不但可以為使用者提供各種智能的設(shè)備應(yīng)用，而且可以通過開發(fā)工具，提高SDK與API的服務(wù)能力，降低開發(fā)成本，協(xié)助開發(fā)人員進(jìn)行智能硬件的更新，以及與服務(wù)終端的更好的聯(lián)接，最終降低物聯(lián)網(wǎng)硬的技術(shù)門檻。2.4功能分析功能分析是本設(shè)計重要的一環(huán)，通過系統(tǒng)分析智能家居所實現(xiàn)的各種功能。本設(shè)計根據(jù)市場用戶實際需求情況進(jìn)行研究分析。2.4.1溫濕度監(jiān)測功能經(jīng)研究，氣溫、濕度對人體有很大的影響，而適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸炔粌H可以促進(jìn)精神狀態(tài)，而且可以提高工作效率。因此，為了實現(xiàn)對室內(nèi)環(huán)境的實時測量，必須建立溫度、濕度的監(jiān)控系統(tǒng)。并由OLED顯示屏顯示，通過觀察人們可以根據(jù)需要打開和關(guān)閉空調(diào)設(shè)備，以確保溫度和濕度滿足舒適性需求。2.4.2火災(zāi)報警功能火災(zāi)報警系統(tǒng)是一個非常關(guān)鍵的功能。一場大火，輕則傾家蕩產(chǎn)，重則家毀人亡。發(fā)生火災(zāi)的原因有很多，所以，火災(zāi)報警功能在智能家居控制系統(tǒng)中尤為重要。主要采用煙霧傳感器來檢測室內(nèi)煙霧濃度，并設(shè)定好閾值，一旦超過，就會實現(xiàn)聲光報警功能。2.4.3窗簾自動控制功能通過檢測家中的光照強度并反饋給控制系統(tǒng)，然后控制步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，來完成窗簾的開啟和關(guān)閉。在燈光昏暗時，把窗簾拉開，在預(yù)定的時間關(guān)上，這也可以通過手機(jī)APP來實現(xiàn)控制。2.4.4空氣質(zhì)量檢測功能據(jù)了解，如今的家裝公司中，很少有公司會將空氣質(zhì)量檢測包括在內(nèi)。因此，空氣質(zhì)量檢測對于現(xiàn)在的家庭來說是非常必要的?？諝赓|(zhì)量傳感器用于檢測家庭中的有害氣體，當(dāng)超過閾值時就會發(fā)出警報。2.4.5燈光自動控制功能自動燈光和自動窗簾的功能在原理上是一致的。都是根據(jù)檢測到的光照強度來實現(xiàn)相應(yīng)功能，當(dāng)光線暗時，自動開燈，光線充足時自動關(guān)燈，達(dá)到節(jié)約能源的目的，此外也可以通過手機(jī)APP控制。2.4.6遠(yuǎn)程控制功能通過對無線網(wǎng)絡(luò)、藍(lán)牙等無線通訊技術(shù)的研究，實現(xiàn)對家居環(huán)境的實時監(jiān)測。另外，這個特性使用了云計算技術(shù)，將在家居環(huán)境中收集的數(shù)據(jù)上傳到云服務(wù)器，用戶可以隨時登錄相應(yīng)的手機(jī)APP進(jìn)行監(jiān)控。2.5本章小結(jié)本章節(jié)主要從實際出發(fā)，設(shè)計出滿足人們需求的功能，并分析功能實現(xiàn)原理。針對要實現(xiàn)的功能，為之后的軟硬件設(shè)計做好準(zhǔn)備。第3章硬件設(shè)計3.1硬件電路設(shè)計3.1.1芯片設(shè)計芯片是單片機(jī)設(shè)計的核心部分，一塊芯片相當(dāng)于一臺計算機(jī)，起到完成運算和處理任務(wù)的作用，是本設(shè)計系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。該系統(tǒng)以STM32F103C8T6為核心，以Cortex-M3為核心，不僅功能強大，還具有操作簡便、集成度高等優(yōu)點，在處理運算方面明顯優(yōu)于C51系列單片機(jī)。芯片和原理圖如REF_Ref101441437\h圖3.1和REF_Ref101446460\h圖3.2所示。圖3.SEQ圖3.\*ARABIC1STM32F103C8T6最小系統(tǒng)模塊圖3.SEQ圖3.\*ARABIC2STM32F103C8T6最小系統(tǒng)原理圖3.1.2顯示模塊設(shè)計選用OLED顯示屏幕主要是其具有視角大、無背光源、對比度高等優(yōu)點。與LCD相比，OLED耗電更少，更適合較小的系統(tǒng)，顯示效果更好。最終選擇0.96寸的OLED顯示屏，操作方便，功能多樣。OLED顯示屏和電路設(shè)計如REF_Ref101447387\h圖3.3和REF_Ref101447413\h圖3.4所示圖3.SEQ圖3.\*ARABIC3OLED顯示屏圖3.SEQ圖3.\*ARABIC4OLED顯示屏電路接線3.1.3獨立按鍵設(shè)計本設(shè)計所需的按鍵數(shù)量不多，采用四個按鍵作為系統(tǒng)參數(shù)和閾值的設(shè)置。按鍵開關(guān)屬于電子元器件，使用時按下即可。在工作中，當(dāng)按鍵按下或松開時，IO口輸出電平會也會發(fā)生變化，產(chǎn)生高低電平，鍵的作用是根據(jù)電平的高低來實現(xiàn)的。在圖3.5和3.6中顯示了按鍵和電路。圖3.SEQ圖3.\*ARABIC5獨立按鍵圖3.SEQ圖3.\*ARABIC6按鍵電路3.1.4電源設(shè)計電力供應(yīng)是控制系統(tǒng)的重要組成部分。本設(shè)計采用電壓轉(zhuǎn)換模塊，有三路輸出3.3V、5.5V以及11V，模塊上母頭可以作為外接電源供電給系統(tǒng)，使用更加方便安全。電源模塊如REF_Ref101642467\h圖3.7所示。圖3.SEQ圖3.\*ARABIC7電源模塊3.1.5煙霧模塊設(shè)計該控制系統(tǒng)使用MQ-2型煙霧傳感器，并對其進(jìn)行了測試?？捎糜跈z測煙霧，液化氣，苯等。在接觸到煙氣的時候，會引起電導(dǎo)率的變化，電導(dǎo)率可以用來獲得有關(guān)煙霧存在的信息，然后用于火災(zāi)報警功能。在圖3.8和3.9中顯示了煙塵傳感器和線路。圖3.SEQ圖3.\*ARABIC8煙霧傳感器圖3.SEQ圖3.\*ARABIC9煙霧傳感器電路3.1.6空氣質(zhì)量檢測模塊設(shè)計該系統(tǒng)使用MQ-135型空氣質(zhì)量傳感器，對空氣品質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測。MQ-135是一種廣泛應(yīng)用于大氣污染監(jiān)測的傳感器，它的特點是成本低廉，使用壽命長，靈敏度高，主要適用于大氣中的CO2、NOx、氨、乙醇、苯等。這些氣體可以說是室內(nèi)空氣污染檢測的主要成分，所以用它來做是再合適不過了。在圖3.10和3.11中顯示了空氣質(zhì)量傳感器和線路。圖3.SEQ圖3.\*ARABIC10空氣質(zhì)量傳感器圖3.SEQ圖3.\*ARABIC11空氣質(zhì)量傳感器電路3.1.7光線檢測模塊設(shè)計利用光探測傳感器進(jìn)行室內(nèi)光強的探測，當(dāng)家庭環(huán)境光線未達(dá)到設(shè)置閾值時，該端口輸出高電平，當(dāng)周圍的光線超出設(shè)定的門限時，該端口將輸出一個低電平，通過連接到單片機(jī)并根據(jù)高低電平變化來判斷光線的亮暗程度，進(jìn)而實現(xiàn)窗簾和燈光自動控制。在圖3.12和3.13中顯示了實際的和線路。圖3.SEQ圖3.\*ARABIC12光敏電阻傳感器圖3.SEQ圖3.\*ARABIC13光照強度電路3.1.8溫濕度檢測模塊設(shè)計DHT11溫度濕度傳感器是目前市場上主要的測試器件。主要用于測定大氣溫度和濕度，測量結(jié)束后，將其轉(zhuǎn)化為電信號或其它需要的數(shù)據(jù)。產(chǎn)品質(zhì)量好，價格便宜，抗干擾能力好。在圖3.14和3.15中顯示了元件和示意圖。圖3.SEQ圖3.\*ARABIC14溫濕度傳感器圖3.SEQ圖3.\*ARABIC15溫濕度傳感器電路3.1.9聲光報警度模塊設(shè)計聲光報警功能有兩部分組成，觸發(fā)報警時，聲音和燈光同時起效果。根據(jù)煙霧和空氣質(zhì)量檢測模塊采集到的數(shù)據(jù)，當(dāng)煙霧濃度超過閾值或檢測到有害氣體時，本系統(tǒng)具有聲光報警的功能。在圖3.16中顯示了電路。圖3.SEQ圖3.\*ARABIC16聲光報警電路3.1.10窗簾和燈光控制模塊設(shè)計采用步進(jìn)電機(jī)模塊和發(fā)光二極管來實現(xiàn)窗戶和燈光自動控制功能，并借由光線檢測模塊完成光照強度檢測。當(dāng)檢測的光線小于設(shè)定值，可以說明此時天暗了，窗簾關(guān)閉，燈光也會亮起，反之窗簾開啟，燈光關(guān)閉。不僅方便單片機(jī)開發(fā)者使用開放接口，也可以通過本板驅(qū)動其他步進(jìn)電機(jī)，適用于各種平臺，使用方便。元器件如REF_Ref101705240\h圖3.17和REF_Ref102220755\h圖3.18所示。圖3.SEQ圖3.\*ARABIC17步進(jìn)電機(jī)模塊圖3.SEQ圖3.\*ARABIC18LED發(fā)光二極管3.1.11WiFi通信模塊設(shè)計無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊是整個系統(tǒng)的一個關(guān)鍵部件，它是實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制所必需的部件。選擇了ESP8266無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計。該模塊是一種高性能的無線網(wǎng)絡(luò)接口，使用非常簡單方便，適用于物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計。通信模塊和電路如REF_Ref101706137\h圖3.19和REF_Ref101706139\h圖3.20所示。圖3.SEQ圖3.\*ARABIC19ESP8266通信模塊圖3.SEQ圖3.\*ARABIC20WiFi通信模塊電路3.2本章小結(jié)本章中，確定了單片機(jī)的核心芯片。根據(jù)各傳感器模塊的性能，設(shè)計符合需求的功能模塊，作簡要分析。第4章軟件設(shè)計4.1設(shè)計所需軟件4.1.1編程軟件本控制系統(tǒng)采用KeilUvision5軟件來完成程序編寫。Keil軟件有MDK-ARM和C51兩種版本，本設(shè)計采用的是MDK版的，此版本操作更加簡單，可以滿足大部分需求，是使用最廣泛的一款軟件。軟件主要使用C語言作為設(shè)計語言，它可以實現(xiàn)編寫、編譯、調(diào)試等功能，同時還可以檢查代碼是否正確，并告知錯誤的原因，最后經(jīng)過模擬調(diào)試，將代碼下載到MCU進(jìn)行在線功能調(diào)試。4.1.2畫圖軟件該方案利用AltiumDesigner為主要的電路設(shè)計軟件，通過設(shè)計、繪圖、印刷電路板來編輯整個電路圖。使得設(shè)計門檻大大減低，減輕了開發(fā)的難度，通過熟練使用，可以使電路設(shè)計的質(zhì)量和效率提高很多。MicrosoftOfficeVisio是一款用來繪制流程圖的軟件。該軟件中的圖形分類明確，有自己的圖庫，可以根據(jù)自己的實際需求來進(jìn)行選用，操作十分簡單，易上手，可以快速地將想要表達(dá)的圖形繪制出來，后續(xù)進(jìn)行修改與完善也十分方便，此外在便于上手的同時也具有一定的專業(yè)性。4.1.3流程圖設(shè)計控制系統(tǒng)選用STM32103FC8T6作為主控芯片，主要對溫濕度、煙霧、氣體、光照傳感器等的數(shù)據(jù)檢測和讀取，通過OLED顯示屏處理，實現(xiàn)聲光報警以及窗簾和燈光自動控制功能，并通過WiFi通信模塊上傳數(shù)據(jù)，采用機(jī)智云平臺實現(xiàn)交互功能，借由手機(jī)APP對數(shù)據(jù)進(jìn)行查看與控制。圖4.1中顯示了有關(guān)該程序的流程圖。圖4.SEQ圖4.\*ARABIC1程序流程圖4.1.4主程序設(shè)計程序核心代碼如下：u8buff[30];//參數(shù)顯示緩存數(shù)組u8count;dataPoint_tcurrentDataPoint;//云端數(shù)據(jù)點u8wifi_sta;//WIFI連接狀態(tài)標(biāo)志u8mode=0;//控制模式ˉu8NTP_sta=0;//網(wǎng)絡(luò)時間獲取u8display_contrl=0;u8curtain_flag=0;u8last_curtain_flag=0;externu8DHT11_Temp,DHT11_Hum; //溫濕度u16gz_value; //光照度檢測 u16m2_value; //煙霧檢測u16m7_value; //一氧化碳檢測u16m135_value; //空氣質(zhì)量檢測u16A_DHT11_Temp=25; //溫度閾值u16A_DHT11_Hum=50; //濕度閾值u16A_gz_value=2000; //光照強度閾值u16A_m2_value=2000; //煙霧閾值u16A_m7_value=2000; //一氧化碳閾值u16A_m135_value=2000; //空氣質(zhì)量閾值//協(xié)議初始化voidGizwits_Init(void){ TIM3_Int_Init(9,7199);//系統(tǒng)定時usart3_init(9600);//WIFI初始化memset((uint8_t*)¤tDataPoint,0,sizeof(dataPoint_t));//設(shè)備狀態(tài)結(jié)構(gòu)初始化gizwitsInit();//緩沖區(qū)初始化ˉ}//數(shù)據(jù)采集voiduserHandle(void){currentDataPoint.valueLED=0x01&~LED0;currentDataPoint.valueCurtain=curtain_flag;currentDataPoint.valueTemp=DHT11_Temp;currentDataPoint.valueHum=DHT11_Hum;currentDataPoint.valueGZ_Val=gz_value;currentDataPoint.valueMQ2_Val=m2_value;currentDataPoint.valueMQ7_Val=m7_value;currentDataPoint.valueMQ135_Val=m135_value;}voidGet_Data(u16count);//獲取傳感器數(shù)據(jù)voidWIFI_Contection(u8key);//WIFI連接控制voidCanshu_Change(u8key);//系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié)voidMode_Change(u8key);voidBUJING_Cotrol(u8mode,u16time,u16count);intmain(void){ u8t=0;intkey_value;//按鍵值delay_init();//延時初始化NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//設(shè)置中斷優(yōu)先級分組uart_init(115200); //串口初始化Adc1_Channe_Init(); //ADC初始化KEY_Init(); //按鍵引腳初始化//EXTIX_Init();bmp280Init();while(DHT11_Init()); LED_Init(); //初始化與LED連接OLED_Init(); //OLED初始化ˉOLED_Clear(); //OLED清屏4.2程序燒錄下載之前，準(zhǔn)備好下載器，我選用的是STLINK下載器。首先，計算機(jī)必須安裝驅(qū)動程序，以確定下載程序編號，然后將下載器插針連接到一個下載界面上，如REF_Ref101958498\h圖4.2所示。至此準(zhǔn)備工作完畢。圖4.SEQ圖4.\*ARABIC2引腳連接接下來進(jìn)入軟件的配置，設(shè)置好相關(guān)芯片型號和下載器型號，點擊下載鍵，就可以下載了。見圖4.3。圖4.SEQ圖4.\*ARABIC3程序下載4.3WiFi通信模塊軟件連接本控制系統(tǒng)通過ESP8266通信模塊連接機(jī)智云平臺，執(zhí)行資料互動。用戶需要使用GAgent的固件才能與智慧云計算平臺進(jìn)行連接。GAgent固件是一款基于多種通信模塊的軟件，它能夠為高層次的應(yīng)用程序與產(chǎn)品設(shè)備進(jìn)行雙向的數(shù)據(jù)通信。GAgent的固件燒錄過程如下：1、在機(jī)智云網(wǎng)站上下載相應(yīng)的固件，見圖4.4；2、根據(jù)ESP8266通訊模塊的參數(shù)對固件進(jìn)行驗證；3、將USB接口TTL模塊與ESP8266通訊模塊連接，并進(jìn)行燒錄。圖4.SEQ圖4.\*ARABIC4GAgent固件文件４、打開下載的flashdownloadtool，依次選擇“developermode”、“ESP8266DownloadTool”，然后在打開的軟件界面中再選擇燒錄文件、串口和波特率，點擊界面左下角START功能鍵開始燒錄。等待一段時間，當(dāng)軟件界面顯示“FINISH”時，固件燒錄完畢。固件下載完畢后，需要把GPIO變?yōu)閼铱栈蛘呓痈唠娖?，然后重新上電，即可正常工作。軟件如REF_Ref102745934\h圖4.5所示。圖4.SEQ圖4.\*ARABIC5ESP8266DownloadTool軟件4.4機(jī)智云平臺設(shè)計控制系統(tǒng)通過樂鑫ESP8266通信模塊與機(jī)智云平臺相連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互功能。機(jī)智云的接入流程如REF_Ref101958511\h圖4.6所示。圖4.SEQ圖4.\*ARABIC6機(jī)智云接入流程（1）注冊智能云計算開發(fā)人員在使用之前，必須注冊一個開發(fā)者帳號，該帳號的界面見圖4.7。圖4.SEQ圖4.\*ARABIC7賬號注冊（2）創(chuàng)建產(chǎn)品第一步是創(chuàng)建產(chǎn)品，在圖4.8中顯示了接口。圖4.SEQ圖4.\*ARABIC8創(chuàng)建產(chǎn)品返回到個人專案網(wǎng)頁，點擊創(chuàng)建新的商品，再進(jìn)入個性化商品，我們可以設(shè)置產(chǎn)品類型、產(chǎn)品名稱、移動網(wǎng)絡(luò)方案、通信方式等等，點擊保存后，頁面會跳轉(zhuǎn)到產(chǎn)品的個人向?qū)?。以下是我設(shè)置的基本信息，如REF_Ref101958757\h圖4.9所示圖4.SEQ圖4.\*ARABIC9產(chǎn)品基本信息（3）創(chuàng)建數(shù)據(jù)點數(shù)據(jù)點在產(chǎn)品設(shè)計中起著關(guān)鍵作用，它主要用于描述產(chǎn)品的性能指標(biāo)，根據(jù)設(shè)計產(chǎn)品的功能性需求，設(shè)置相關(guān)的數(shù)據(jù)點。同時，通過數(shù)據(jù)點的自動產(chǎn)生MCU協(xié)議，開發(fā)者可以根據(jù)MCU協(xié)議進(jìn)行智能設(shè)備的開發(fā)。數(shù)據(jù)點創(chuàng)建信息如REF_Ref101958833\h圖4.10所示。圖4.SEQ圖4.\*ARABIC10數(shù)據(jù)點創(chuàng)建4.5手機(jī)APP的設(shè)計與實現(xiàn)為了降低開發(fā)的門檻，機(jī)智云根據(jù)《APP開源框架》實現(xiàn)了對開源代碼的完全控制。當(dāng)創(chuàng)建好相應(yīng)的數(shù)據(jù)點時，就會生成產(chǎn)品的APP參考代碼。該軟件實現(xiàn)了APP軟件的自動生成模塊，它包含了用戶部分、設(shè)備配置、設(shè)備發(fā)現(xiàn)、設(shè)備控制、信息推送等功能。下載好源碼后，只要對UI和控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化即可，根據(jù)創(chuàng)建好的數(shù)據(jù)點，移植完成后，只需添加相關(guān)數(shù)據(jù)點的代碼即可，最后通過手機(jī)APP的安裝，就可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制設(shè)備，來實現(xiàn)自己的產(chǎn)品設(shè)計。應(yīng)用配置和代碼生成如REF_Ref101958949\h圖4.11和REF_Ref101958954\h圖4.12所示圖4.SEQ圖4.\*ARABIC11應(yīng)用配置圖4.SEQ圖4.\*ARABIC12代碼生成4.6本章小結(jié)這一章著重于系統(tǒng)的軟件設(shè)計。對所使用的軟件進(jìn)行了介紹，完成了流程圖和主程序的設(shè)計。通過對機(jī)智云平臺的接入，完成產(chǎn)品的創(chuàng)建和參數(shù)設(shè)定。最后，根據(jù)生成的代碼并完成相應(yīng)的改寫，實現(xiàn)了手機(jī)APP的設(shè)計和實現(xiàn)。第5章功能調(diào)試5.1功能測試5.1.1溫濕度檢測功能在上了電源之后，首先進(jìn)行了室內(nèi)溫度和濕度的測試，OLED的溫度是24℃，濕度是50%，通過口吹空氣來改變室內(nèi)的溫度和濕度，而在溫濕度傳感器的感應(yīng)下，OLED顯示的是27℃和90%的濕度。在停止加熱后，溫度、濕度均下降，回到初始值，經(jīng)反復(fù)試驗，各項指標(biāo)均達(dá)到正常值。在圖5.1中顯示了函數(shù)測試。圖5.SEQ圖5.\*ARABIC1溫濕度檢測功能測試5.1.2火災(zāi)報警功能MQ-2煙霧傳感器的檢測范圍為0-5000ppm，測試時，先設(shè)定好報警閾值，然后用打火機(jī)在煙霧傳感器旁邊釋放氣體來模擬火災(zāi)情況，當(dāng)傳感器檢測到氣體濃度超過閾值時，發(fā)出聲光報警，并顯示煙霧濃度數(shù)據(jù)，當(dāng)打火機(jī)拿開后，報警解除，數(shù)據(jù)恢復(fù)正常，經(jīng)過多次測試，功能正常。測試功能如REF_Ref101810588\h圖5.2所示。圖5.SEQ圖5.\*ARABIC2火災(zāi)報警功能測試5.1.3空氣檢測功能MQ-135傳感器的檢測范圍為0-5000ppm，為了方便測試，還是用打火機(jī)來模擬有害氣體，先設(shè)定好閾值，當(dāng)打火機(jī)釋放的氣體靠近傳感器時，顯示數(shù)據(jù)超過閾值，發(fā)出聲光報警，拿開后，恢復(fù)正常，多次測試后，功能正常。測試功能如REF_Ref101810635\h圖5.3所示。圖5.SEQ圖5.\*ARABIC3空氣檢測功能測試5.1.4窗簾、燈光自動控制功能系統(tǒng)通過光線檢測傳感器和步進(jìn)電機(jī)模塊來實現(xiàn)窗簾和燈光的自動控制功能。測試時，用手遮住光線檢測傳感器來模擬天黑時的情景，此時，燈會自動開啟，并通過步進(jìn)馬達(dá)的正向轉(zhuǎn)動來完成窗簾的閉合。當(dāng)手松開時，燈會自動熄滅，這時，步進(jìn)電動機(jī)倒置，以開啟窗簾，經(jīng)過多次測試后，功能正常。測試功能如REF_Ref101810695\h圖5.4所示。圖5.SEQ圖5.\*ARABIC4窗簾、燈光自動控制功能測試5.1.5遠(yuǎn)程檢測和控制功能將控制系統(tǒng)與手機(jī)APP進(jìn)行連接，進(jìn)入操作，可以看到相應(yīng)的數(shù)據(jù)如圖所示，對照OLED顯示屏數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)相吻合。數(shù)據(jù)顯示功能如REF_Ref101810752\h圖5.5所示。圖5.SEQ圖5.\*ARABIC5手機(jī)APP數(shù)據(jù)查看接下來，對燈光控制功能進(jìn)行測試，當(dāng)把燈光控制開關(guān)打開時，燈光點亮，經(jīng)過多次測試打開和關(guān)閉，功能正常。燈光測試如REF_Ref101810788\h圖5.6所示。圖5.SEQ圖5.\*ARABIC6燈光手動控制最后，是對窗簾的控制功能進(jìn)行試驗，當(dāng)窗簾控制鍵開啟時，驅(qū)動步進(jìn)馬達(dá)正向轉(zhuǎn)動，說明窗簾被拉開。關(guān)閉后，步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)表示拉開窗簾。經(jīng)過多次測試，功能是正常的。在圖5.7中顯示了窗簾的控制功能。圖5.SEQ圖5.\*ARABIC7窗簾手