基于STM32的智能家居设计

?荣中　阚延江　孙秋蒙　孟康

摘 要：智能家居作为以住宅为平台的高效的住宅设施与家庭日程事务管理系统自提出及相继实现以来受到了人们热切的欢迎。自1984年美国联合科技公司应用首栋智能型建 筑揭开智能家居派的序幕之后，全世界争相建造智能家居。在国内智能家居是一个新生产业，处于一个导入期和成长期的临界点。随着智能家居市场的推广以及普及，智能家居市场的潜力与前景必然是十分巨大的。

关键词： 家居控制;智能;多功能;新颖

1 引言

随着微电子技术，计算机技术，以及网络技术的快速发展，弱电控制技术发展越 来越快，弱电控制技术具体实现在日常生活中的家居服务上使得智能家居获得极大的发展。特别是伴随着人们生活水平的提高，对家居的要求也越来越高，简单更具人性化的操作，方便的统一平台的智能家居系统越来越受到人们的欢迎。

智能家居的最初发展主要是由灯光遥控控制，电器远程控制和电动窗帘的控制为主。随着技术的进步，现在的智能控制功能越来越多，控制对象不断扩展，甚至延伸到所有传统的弱电行业，现在的 家居系统对于安全方面的兼顾也越来越全面一个系统可能嵌入像煤气、火灾，门禁等方面的检测报警。随着网络技术的发展以及家庭网络的完善，手持设备越来越方便，家居的操作控制系统与手持设备的结合是必然趋势，一个主平台可以由多个家庭成员的子平台操作，这些极大地方便了人们的使用。

2 系统的整体设计

本项目研究内容为：该智能家居系统主要实现智能电动窗帘，室温实时监测，家用电器开关，万年历，闹钟音乐播放，无线远程控制，继电器控制等功能，整个系统在一块MCU的协调与控制下运行，整体的设计功能框图如图1所示。图1中基本确定了整体设计需要的各个功能模块，接下来的工作就是相关模块的具体选型与设计，考虑到对于功能的要求，硬件的选型非常重要。

通過方框图确定了模块与MCU之间连接及关系，整个系统是在MCU核心STM32F407的控制下，通过协调控制各个模块的工作来使各个模块正常工作并达到整个系统预定的功能。

3 系统硬件设计

在系统实现的时候，硬件选择也是非常重要的，确定系统结构框图后，接着就是选择功能模块的芯片来搭建电路实现对应的功能。以下着重分析相关模块的芯片选型问题。

3.1 MCU最小系统

MCU最小系统需要晶振电路复位电路等，为了断电时间不跑，还需要电池供电，需要一个时间时钟使用的32.786K的晶振。另外对芯片的3.3V供电也需要进行相应的滤波，这样才能提供更加稳定的电平，最小系统是整个系统的核心，是系统运行的基础。

3.2 温度检测模块

该系统具有室温检测显示功能，可以实时为室温的调节提供数据源，且系统具有温度过高火情报警设置。经过比较分析，美信公司的单总线数字温度传感器DS18B20比较合适，该数字温度传感器将检测的温度信息转化为相应的数字量，独特的单总线接口，只需要一个IO口线就可以对该器件进行相应的读写了，写入命令和读取温度操作简单，并且无需外部元件可用数据总线供电和备用电源，电压范围为3.0V 至5.5V，外围电路简单。该芯片的测量温度范围为-55℃至+125 ℃，且自带温度校准，无需外部进行处理，操作简单。在-10 ℃至+85 ℃范围内精度为±0.5 ℃可以满足本系统的要求，且最高温度达 到+125℃，也完全满足报警所需要的温度要求。

由于温度传感器DS18B20是单总线结构所以其硬件电路比较简单，通过一个简单 的RC滤波电路给其供电，通过一个MCU的普通IO口PC4来实现MCU和DS18B20的连接。

3.3 SPI-FLASH存储模块

W25Q128采用的是SPI接口进行读取和存储数据的，所以在系统中存储器的接口接在MCU的SPI1 接口，这个SPI接口为MCU自带的硬件接口。

3.4 触摸屏控制和TFTLCD驱动模块

TFTLCD驱动电路如图6所示。该部分电路设计简单，STM32 的IO口可以直接与触摸屏相连接所有引脚全部直接与MCU连接 ，供电的5V与3.3V电源过一个104的电容进行滤波。

3.5 功放模块

本系统主要用到放大芯片来放大从IO口输出的音频信号，且用来驱动喇叭。功率的放大根据喇叭的功率来选择，该系统采用的是3W的喇叭，功放的芯片有TDA2822，HT6872，PAM8403等，该系统采用的是PAM8403，该芯片电路是D类立体声音频功率放大器，该放大器采用D类结构，通过PAM公司独有的低EMI（电磁辐射）调制方式可以省去低通滤波器所需电路从而达到经济实用的目的。

功放模块为外置模块由MCU的PG15提供模块的单声道信号源，在此不再赘述，功放模块的电路。功放在接电时必须保证是有负载，否则的话可能会烧芯片。

4 总结

通过反复试验，整个系统已能正常工作，但在实现的过程中碰些问题，总结如下：

问题1：SPI-Flash写入不成功或者乱码问题。

在使用前系统的启动过程中一定要初始化而且相邻的地线接在一起时不要直接在引脚上进行连线一定要从引脚引出一段后可以走一根总线，如果直接在引脚上进行连接PCB制作好之后将会增加焊接难度而且容易造成数据不稳定。

问题2：3.3V芯片滤波问题。

之前3.3V滤波采用了单电容及采用一个104的电容，后来发现这样ASM1117容易烧毁，且系统运行不稳定，后来增加一个大电容和小电容一起工作解决这个问题。

该系统在智能化方面有较好的想法，同时也可以迎合节能环保的绿色理念，有较强的实用性。接下来争取将此设计优化，将利用价值达到最大化。

参考文献

[1] 范丽娜.智能家居系统中家电控制的研究与实现[D].南京：南京邮电大学，2011.

[2] 徐金波.基于Android与Zigbee的智能家居系统设计与实现[D].南昌：南昌航空大学，2015.

[3] 张亮.嵌入式智能家居控制系统的设计[J].城市建设理论研究：电子版，2015（25）：55-57.

[4] 熊琼.基于ARMCortex-A8与Android平台的智能家居系统设计[D].太原：太原理工大学，2014.