基于STM32的简易智能家居控制系统设计

刘榴++何英昊++李仁泽

摘 要：随着科技不断进步，智能化的思想也渐入人心，智能家居的应用越来越普遍。论文针对家用空调及电饭锅等设备，设计了一款基于STM32的智能家居控制系统。以STM32为控制核心，将室内的温湿度值发送至手机，并通过手机设定阈值，控制空调调整室内温湿度及电饭锅的工作时间。实验结果表明，该系统能够很好地完成工作要求。

关键词：智能家居；STM32；DHT11；WiFi

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2016）11-00-02

0 引 言

现代科学技术发达，人类在科技上有了历史性的突破，电子产品随处可见，一场电子风暴席卷而来。在新加坡有近30个社区，约5 000户家庭采用了“家庭智能化系统”[1]。智能家居设备由此变得愈加流行，深得人心。一方面，年轻人走在潮流前端，喜欢电子产品的方便快捷及其带来的舒适感，智能家居无疑成为了年轻人追求的新纪元；另一方面，老龄化日益严重，老年人对一些电子产品仍然处于陌生状态，为了方便老年人使用家用电器，智能家居也成为了家庭的不二选择。为了使人们的生活环境更加舒适，人们希望建造以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理等特点于一体的家居环境，智能家居的概念应运而生。本文针对智能家居中的空调和电饭锅，设计了一款基于STM32的智能家居控制系统，以STM32单片机为控制核心，通过手机控制空调调整室内温湿度和电饭锅的工作时间。实验结果表明，该系统能够很好地完成工作要求。

1 系统整体设计

该系统整体框图如图1所示。

本设计采用WiFi模块、STM32模块及温湿度传感器DHT11模块。其中STM32模块是接收和发送数据的主控模块，手机连接WiFi，通过WiFi接收DHT11检测的温湿度值后，手机设定阈值发送给单片机，单片机接收到数据后显示在LCD上。手机设定一个时间点，通过WiFi发送到单片机，当到达这个时间点后，控制电饭锅开始工作。

2 硬件设计

该智能家居控制系统以STM32为核心，通过WiFi模块与其他模块进行数据传输；DHT11采集环境的温湿度数据；手机模块进行阈值设计并发送至单片机；LCD液晶显示屏显示当前的温湿度以及手机发送的阈值；使用继电器代表电饭锅工作情况；利用可控制的小风扇实现空调降温功能。

2.1 STM32模块

STM32是兼容所有ARM工具和软件的32位闪存处理器，节能性能业界领先，在72 MHz频率下工作，功耗相比32位是市场中最低的。由于引脚多且兼容性十分优异，所以给开发者带来了最大的设计灵活性。该处理器处理速度快，内部资源相对比较丰富，所以STM32是用户的最佳选择。

2.2 ESP8266 WiFi模块

WiFi遍布全球各地，不仅传播速度快，还可以节省大量资金，受到了人们的青睐。本设计采用ESP8266 WiFi模块。ESP8266有着业内极富竞争力的封装尺寸和超低功耗技术，是一款超低功耗的UART-WiFi模块[2]。内置32位MCU，可兼作应用处理器，多样的封装样式丰富了顾客的选择。该模块应用领域十分广泛，如智能家居、掌上设备以及工业控制等，适合各种物联网应用场合，是专为移动通信设备和物联网应用设计的模块。WiFi模块的主要功能是连接手机App和单片机，把手机设定的阈值发送至单片机，单片机通过WiFi模块将数据显示在LCD上。

2.3 DHT11模块

DHT11是一款有已校准数字信号输出的温湿度传感器，采用专用数字模块采集技术，确保其可靠性和长期稳定性。该模块价格便宜，抗干扰能力强，性价比高，只占用一个I/O口，通信快，响应时间短，是苛刻场合的最佳选择[3]。DHT11模块用来测量周边环境的温湿度值，通过连接WiFi发送至手机，手机可通过温湿度值设定阈值来控制空调的温度变化。DHT11引脚连接图如图2所示。

2.4 显示模块

显示屏采用2.0tft液晶彩屏LCD，该LCD采用ILI9325驱动芯片。显示模块的主要作用是显示温湿度传感器测得的温湿度，显示手机设定的阈值以及判断环境温度是否在设定的阈值内，具有26万像素，大大提高了数据显示的图像质量。

2.5 其他硬件设计

家用电器部分主要以空调和电饭煲为研究对象，采用小风扇和LCD组合来替代空调，LCD显示空调的设定温度。当环境温度高于设定温度时，小风扇开启表示降温，LCD显示high；当环境温度低于设定温度时，小风扇停止运行，LCD显示low。电饭煲部分采用继电器来表示，设定工作时间，继电器会通过小灯亮灭来代表电饭锅开始工作和停止工作。

3 软件设计

3.1 空调部分

各模块进行初始化，手机连接WiFi后，发送阈值，DHT11读取所在环境的温湿度并发送到手机上，如果显示的温度数值在手机规定的阈值内，则液晶显示屏上显示normal，此时小电风扇不工作；如果温度高于手机设定的阈值的最大值，小风扇开始工作，降低周围环境的温度，LCD显示屏上显示high；如果温度低于手机设定的阈值的最小值，风扇不开启，LCD显示low。空调部分的程序流程图如图3所示。

3.2 电饭煲部分

各模块初始化，由定时器控制电饭煲的工作时间，以继电器表示电饭煲，继电器吸合代表电饭煲开始工作，继电器断开表示电饭煲停止工作。手机给单片机发送定时开和定时关的时间，给定一个时间开启继电器，之后开始计数，当计数到规定的数值时，继电器断开，电饭煲停止工作。电饭锅部分程序流程图如图4所示。

3.3 手机部分

手机部分利用Java语言设计了一个App，Java语言是一种跨平台、适合分布式设计的、面向对象的编程语言[4]。该App可以设定温湿度的阈值以及规定电饭煲自动工作的时间，再通过WiFi模块向单片机传输数据。手机App截图如图5所示。

4 结 语

本文设计了一个智能家居控制系统，实现了室内温湿度的测量，手机连接WiFi发送阈值控制空调温度，规定电饭煲自动工作的时间。但要达到实际应用水平，还需要进一步提高产品的性能，如安全性和稳定性，降低成本和能耗。

参考文献

[1]侯海涛.国内外智能家居发展现状[J].建材发展导向，2004，2（5）：92-93.

[2]任林.带WIFI通信和RF遥控的智能门锁设计[J].IT时代周刊（论文专版），2015：77-79.

[3]韩丹翱，王菲.DHT11数字式温湿度传感器的应用性研究[J].电子设计工程，2013，21（13）：83-85.

[4]王汝传.一种新型的程序设计语言—JAVA语言[J].南京邮电学院学报（自然科学版），1996（4）：63-66.