基于STM32的智能家居控制系统

2021-10-21谭晶侯培红

科学与信息化 2021年26期

谭晶侯培红

上海电机学院（临港校区）上海 200245

引言

随着通信技术，计算机技术，网络技术，控制技术的迅猛发展与提高，家庭实现了生活现代化，环境舒适化，居住安全化，对家居的智能化要求越来越高。智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术，网络通信技术，智能家居系统设计方案安全防范技术，自动控制技术，音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事物的管理系统，提升家居全性，便利性，舒适性，艺术性，并实现环保节能的居住环境[1]。智能家居不仅能给用户提供安全，健康和舒适的生活环境，而且用户能够远程监控自己的家居状态和控制家庭电器设备。

1 项目研究方案

本项目分为相对应的机械结构传动及控制系统，主要功能有以下几个部分：

环境信息监测（温度、光照强度、空气湿度）。

窗户窗帘自动打开。

门窗意外打开报警。

2 总体构思——硬件层

2.1 温湿度、光照度监控

主要通过温湿度传感器，光感收集相应信息，通过串口回传到单片机显示屏及相应模拟值接收引脚上，通过比对相应的模拟值规格量，引脚来释放高低电平回传到单片机，单片机通过相应的信息来做出下一步动作，比如开关窗。

2.2 窗户窗帘自动打开

使用者通过控制相应开关窗指令（实际上就是开关常开或常闭），电平信号通过串口回传到单片机引脚，单片机根据逻辑指令，从而实现开关窗。

开关窗也可以根据温湿度来实现控制，通过温湿度传感器，光感收集相应信息，通过串口回传到单片机显示屏及相应模拟值接收引脚上，通过比对相应的模拟值规格量，引脚来释放高低电平回传到单片机，单片机通过相应的信息来做出下一步动作，来实现开关窗。

在这两种使用方式中，用户在的时候可以选择自己控制，当用户控制时，系统默认屏蔽掉温湿度传感器控制模块回传信息，同时保留温湿度传感器回传到显示屏的功能，方便用户实时观看实时温湿度。当用户不在时，可以切换到自动模式以保证室内温湿度平衡。

2.3 门窗意外打开报警

使用者通过控制相应开关门指令（实际上就是开关常开或常闭），电平信号通过串口回传到单片机引脚，单片机根据逻辑指令，控制相应电路的继电器通断。相应电路控制电磁锁回路的通断来实现电磁锁的开合，从而实现开关门[2]。

当电磁锁没断电，即门是开着或者窗是关着的时候，门或窗意外打开，会触动相应的光电开关，从而释放高低电平到单片机，这时单片机会控制继电器回路闭合，从而使得相应的报警器回路通电，报警器响，以达到警示目的。

2.4 智能报警

2.4.1 火险报警：主要利用延误传感器检测，当室内有天然气等气体泄漏、又升起烟雾等问题，可及时触发火险报警装置，于第一时间报警与提醒屋主。可采用MQ-2气敏传感器探头，适用于3.3V-5V电压，有数字和模拟双路输出，对甲烷、酒精、烟雾等有极强敏感性，性能相对稳定，同时具有使用寿命较长、反应速度快的优势和特点。

2.4.2 红外报警：主要在屋主外出后对其他人的进入有一定反应并发出报警信息，可通过GPRS将信息发送屋主手机，还可打开室内蜂鸣器设备以此进行警告，一定程度上阻碍不良企图之人的下一步行动。这一项功能主要基于红外线原理，有工作电压低、可靠性强、灵敏度高的优势和特点，感应距离建议最大为7m，器件工作温度在-15°~70°，输出高电平为3.3V，低电平为0V，感应角度范围小于100°。

声光报警：主要在室内由外部人员入侵和室内发生火灾时发出报警。

3 软件设计内容

第一，STM32微处理器需读出各传感器数据，读取数据时要注意延时。

第二，为将数据长传至物联网平台，需要配置ESP8266无线模块，使用AT指令集对模块进行配置。

第三，灯光亮度调节使用STM32微处理高级定时器功能，实现PWM调节可控硅控制电路的输入电压，达到灯光亮度自动调节效果。

第四，家用电器和一般灯光控制，采用普通开关控制和远程控制相结合的方式，这两种方式都可调控家中的电器与灯光。

4 安全性和可靠性

第一，空气开关，继电器：进行强电与弱电的隔离，避免了人与AC220V交流电的直接接触。

第二，急停保护装置：若万一有不可控因素发生，可立即停止电机转动。

第三，复位装置：当电机断电时，重启时可使窗户窗帘从原有位置重新开始。

5 功能的多样性

①硬件层可单独使用控制。②网络层可远程控制。③门窗意外打开可远程报警。④断电时门窗可继续执行到相应位置。⑤使用单片机控制步进电机的运动可以实现精准定位。⑥实时监控温湿度。

智能家居控制系统实物图（图1见文末）。

图1 智能家居控制系统

6 程序总体设计

为了使装置获得良好的动、静态性能，本系统增加了通过增加限位开关，实现了复位，急停等功能，根据需要我们选择TB8600作为我们的步进电机驱动器，42步进电机作为动力源。

程序设计采用模块化结构，自顶向下的设计方法，首先进行整体规划，然后按功能把程序划分为各个相对独立的模块，每个模块之间留有接口。模块化设计使复杂问题简单化，提高了程序设计效率，有利于系统的维护和升级。系统的主程序主要由初始化程序、中断服务程序和各功能模块子程序构成。进入主程序后，首先进行系统初始化工作。