基于STM32H750的智能学生系统概述

李桂佳 赖程伟

摘 要 随着物联网技术不断发展，人们的生活方式发生了巨大的改变。对传统的住宿环境提出了更加有便利性、智能性以及经济性的要求。人们已经不再唯一地满足于物理空间，而更加追求的是居住环境的智能化。因此，智能宿舍得到了快速发展的机会。智能宿舍通过各种传感器采集居住环境的各项数据并送到控制器进行运算处理，最终通过物联网技术进行上报，从而实现对居住环境的检测和管理。于是，一个更加便捷、实时、舒适的智能宿舍环境得到了实现。

关键词 智能化;物联网;传感器

1硬件总体架构

本设计使用的是以ARM CORTEX-M7为内核的STM32H7芯片电路开发板及其他辅助功能模块。电路板为以STM32H7芯片为核心的主电路板，其他模块包含有火灾事故模块、物联网模块、灯光模块、门禁模块、窗帘模块及温湿度模块等。主模块由ARM CORTEX-M7为内核的STM32H7芯片电路开发板组成。火灾事故模块由烟雾传感器与GSM模块组成，通过烟雾传感器和GSM模块相互配合实现事故检测和通知;物联网模块由WIFI模块组成，通过WIFI联网实现手机端对宿舍设备的远程控制;灯光模块由继电器和LED灯组成，通过控制继电器实现灯光的控制;门禁模块由RFID模块组成，通过RFID技术实现宿舍门的开关控制;温湿度模块由DHT11传感器组成，通过DHT11来实时采集宿舍的温湿度情况[1-4]。

2软件总体架构

本次设计软件架构主要由实时操作系统FreeRTOS和图形界面库EMWIN组成。实时操作系统FreeRTOS是一个专门针对嵌入式系统设计的轻量级内核。支持抢占式、合作式以及时间片调度，并且包含了各种进程通信，如信号量、消息队列等等。完全满足本次开发设计的要求。EMWIN是一款专门針对嵌入式平台开发使用的图形软件库。同时提供简单易操作的图像界面GUI Buider，可以大大提高开发的速度。本次智能宿舍系统中配备有触摸显示屏，其可视化界面完全由EMWIN实现，凭借对控件和API函数的合理搭配应用，可高效率完成一个整洁明了的用户交互图形界面[5]。

3系统功能

本系统的开发设计可以实现以下几种功能：

（1）可以实现环境传感器的数据调度。

（2）可以实现人机设备查看室内环境指标和做出控制。

（3）可以实现火灾事故时紧急报警。

（4）可以通过每个功能对应的app界面来进行数据的查看或相应功能的执行。

（5）可以利用RFID卡实现智能门禁。

（6）可以通过手机APP实现远程控制。

（7）可以实现闹钟设置提醒功能。

4传感器模块介绍

4.1 DHT11传感器介绍

该设计温湿度的采集是通过使用DHT11来进行。此传感器的内部大体是一个电阻式感湿元件与一个NTC测温元件组成，然后再与内部的8位单片机相连接。因此测量范围以及测量精度基本可以满足本次要求。该传感器采用的是单总线的形式，所以有一定的时序要求，所以在后期移植的时候要注意这部分的操作。同时该传感器采用的是4针封装，小巧，便于安装使用，具体进行硬件设计的时候只需分配一个资源IO口就可以了。具体有以下几个特点[6]。

（1）可以进行温度和湿度的测量。

（2）可以直接以数字信号输出。

（3）占用的IO资源少。

（4）不需要额外的部件。

（5）具有较好的信号传输距离。

（6）具有较低的能耗。

（7）有很好的长期稳定性。

（8）4引脚安装方便。

该模块可以通过5V或者3.3V进行供电。不过不同的供电电压，效果不一样，在5V供电的情况下，测量的速度相对比较快，就是每次内部完成测量的时间比较快，这样可以更加快速实时地更新室内环境变化。对要求比较严格的系统应采用5V供电的方式。因为该传感器的单总线采用的是应答式的方式，所以在编写程序时必须按照数据手册上面的时序来进行。

4.2 MQ-2传感器介绍

MQ2烟雾气敏传感器主要的功能是进行各种易燃气体的测量。本次设计中主要应用该模块进行室内火灾的检测。当室内发生火灾时，释放大量的气体将会触发MQ2传感器，所以通过检测MQ2传感器的浓度就可以判断有无火灾的情况。该模块采用的是4针封装，可以直接输出数字信号或者模拟信号，具体硬件设计的时候可以按照需求分配一个带ADC或者普通的IO口。并且首次使用的时候要进行预热处理，一般大概需要48小时左右[7]。

4.3 SIM8000A模块介绍

SIM8000A采用的是SIMCOM公司的模组方案。该模块通过串口传输标准的AT指令与单片机进行通讯。支持移动、联通的2G网络，同时能够进行短信的收发以及语音电话。本次设计使用该模块进行烟雾报警，在系统检测到烟雾情况下，该模块就实现电话通讯，通过电话通知住宿用户，从而实现危急情况下的快速处理。

4.4 WIFI模块介绍

本次设计使用乐鑫的esp8266 wifi模块实现网络通信，从而实现远程控制。该模块内置了TCP/IP协议，也就是开始时要从官网下载然后烧写进去的固件。有了该协议后，只要通过串口就可以实现与该模块的通讯了，从而实现远程的控制。

4.5 继电器模块介绍

本次设计使用的是电磁继电器模块，该模块有常开和常闭两个状态，通过单片机IO口高低电平就可以实现这两种状态的控制[8]。

5测试方法

首先是在裸机进行传感器模块数据的读取，各个传感器模块数据采集正常后就可以移植FreeRTOS系统。然后，将用于设计图形用户界面的EMWIN界面文件也移植进工程中，并进行相应的图形界面设计。最终，再移植WIFI模块对接机智云平台的Gizwits协议文件。都移植成功后，就可以进行整体的整合与功能的优化，直到各个功能正常实现[9]。

6结束语

本次设计是基于智能控制和住宿安全为主要点，旨在创造一个既可以实现智能控制又可以对安全事故做出紧急处理的系统，从而保证在提高人们的生活质量和生活效率的同时实现居住安全。但是本次系统也有一些欠缺的地方，比如没有加入目前主流的语音控制技术，同时设计成本方面也没有做到极致，后期还得在这些方面进行优化。

参考文献

[1] 刘火良，杨森.STM32库开发实战指南[M].北京：机械工业出版，2017：93-678.

[2] FreeRTOS内核实现与应用开发实战指南：基于stm32[M].北京：机械工业出版社，2019：315.

[3] 肖林京，于鹏杰，于志豪，等.基于STM32和emWin图形库的液晶显示系统设计[J].电视技术，2015，39（1）：12-14.

[4] 钟涛，祝玲.基于STM32单片机的emWin系统设计[J].中国新通信，2017，19（7）：53-54.

[5] 闫海发，闫楠，郭亚川，等.基于机智云物联网智能家居系统[J].电子世界，2018（2）：8-10.

[6] 罗永贵，蓝剑锋.基于机智云的智能WiFi插座[J].电子世界，2019 （6）：142-143.

[7] 陈海华，邹红艳，李玉荣.基于stm32的智慧空调系统[J].信息记录材料，2018，19（11）：72-73.

[8] 杨铭刚，杨晓冬.基于机智云的智能窗帘系统设计[J].智慧工厂，2018（9）：64-66.

[9] Shun-kai XIANG. Design of Wireless Control System for Smart Home Based on Android[C].The Advanced Science and Technology Application Research Center（ASTARC）.Proceedings of 2018 International Conference on Computer，Communication and Network Technology（CCNT 2018 Volume 2）.The Advanced Science and Technology Application Research Center（ASTARC）：Advanced Science and Technology Application Research Center，2018：5.

作者簡介

李桂佳（1996-），男，广东省汕头市人;学历：本科，职称：工程师，现就职单位：华南农业大学珠江学院，研究方向：嵌入式。