基于STM32的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于STM32的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)DesignofSmartHomeControlSystemBasedonSTM32]。但設(shè)備運(yùn)行簡(jiǎn)單明了也是人們對(duì)智能家居的要求之一。在操作時(shí)，為了獲取智能家具最小控制單元的跟蹤性分析，首先要知道控制系統(tǒng)所在的位置和智能家居所在的位置，還能通過中央處理系統(tǒng)將兩者連接起來。這樣的操作同樣也是使用的無線通信技術(shù)。由于家居控制系統(tǒng)并不是很難操作。所以對(duì)于人們來說，可以經(jīng)過簡(jiǎn)單的培訓(xùn)，就可以對(duì)家居實(shí)施全面的操控。同時(shí)智能家居為人民的生活提供了可靠的保證，如果出現(xiàn)什么問題，中央處理器也會(huì)根據(jù)不同的情況實(shí)施不同的方案。因此，無論是從哪個(gè)角度來來說，基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居控制系統(tǒng)具有一定的實(shí)用價(jià)值和廣泛的推廣價(jià)值。1.3研究現(xiàn)狀隨著經(jīng)濟(jì)的快速增加，創(chuàng)新型計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益提升，人們對(duì)自己周邊生存的環(huán)境已經(jīng)有了更高更細(xì)致的要求。并且隨著物聯(lián)網(wǎng)多年的積累，已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)更高的層次，人們也逐漸向?qū)I(yè)化，多需求化的方向分散發(fā)展。所以智能家居應(yīng)運(yùn)而生，智能家居能夠提供一個(gè)自動(dòng)化、多樣化，舒適的環(huán)境。除此之外，室內(nèi)安全監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的內(nèi)容也會(huì)整體上有一個(gè)提升和豐富，在新時(shí)代的背景下，智能家居的大環(huán)境下，如何保證人們的隱私，如何提高人們的安全也成為了一項(xiàng)新的研究?jī)?nèi)容。在今后這些能夠影響人們?nèi)粘Ｉ畹恼n題，必將越來受到研究者的追捧。早在1970年前后，一些國(guó)家就已經(jīng)開始了對(duì)環(huán)境的研究，其中一些細(xì)小的課題，在一些發(fā)達(dá)國(guó)家更是被研究的很透徹。也形成了很多理論。以此也帶來了很多測(cè)試。比如在1984年。美國(guó)就進(jìn)行了一項(xiàng)智能大樓的測(cè)試。他們選擇了一個(gè)即將報(bào)廢的大樓，然后對(duì)其進(jìn)行改裝。在大樓里提供了智能照明。智能電梯。智能空調(diào)。并且為整棟大樓安裝上了無線系統(tǒng)，人們能夠在整棟大樓里使用郵件等等。從此世界上第一個(gè)智能的大樓就誕生了。在今后的十幾年的時(shí)間，各項(xiàng)技術(shù)迅猛發(fā)展，這些智能大樓的技術(shù)也得以商業(yè)化。在那個(gè)時(shí)候的系統(tǒng)是根據(jù)有限設(shè)備對(duì)住宅中的各種家電、硬件設(shè)施進(jìn)行監(jiān)控，以便實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)管理。很多新興的技術(shù)都已經(jīng)在控制系統(tǒng)中進(jìn)行測(cè)試，或者是已經(jīng)安裝到新的控制系統(tǒng)中。比如瑞士森色公司采用的CMOSens技術(shù)已經(jīng)經(jīng)過測(cè)試；所以對(duì)于智能家居市場(chǎng)來說，很多硬件或者是軟件的普及已經(jīng)很大了。只是由于技術(shù)水平還沒有那么成熟，所以對(duì)于人們來說價(jià)格高昂，這也限制了智能家居的發(fā)展。一些其他的技術(shù)也在進(jìn)行測(cè)試或者是應(yīng)用階段，這對(duì)智能家居起著非常積極的作用。在國(guó)外各個(gè)核心技術(shù)的發(fā)展水平其實(shí)還是超過中國(guó)的，并且他們對(duì)于智能家居的研發(fā)投入比中國(guó)要大很多。比如他們鼓勵(lì)人民對(duì)智能家居進(jìn)行自我研發(fā)，同時(shí)對(duì)他們進(jìn)行高額的補(bǔ)貼。表現(xiàn)最明顯的就是美國(guó)的農(nóng)場(chǎng)，他們農(nóng)場(chǎng)的灌溉技術(shù)自動(dòng)化水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過中國(guó)。同時(shí)在智能家居的控制下，可以給農(nóng)場(chǎng)的水，濕度，光照等等條件進(jìn)行調(diào)節(jié)，以便達(dá)到農(nóng)作物生長(zhǎng)的最佳條件。[11]。同時(shí)不僅是在美國(guó)，還有其他一些發(fā)達(dá)國(guó)家，他們也是通過對(duì)土地采光肥力和光照水源等等監(jiān)控實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)農(nóng)作物的生長(zhǎng)需求。在運(yùn)行這樣一系列的操作是肯定有一個(gè)智能核心在運(yùn)行。叫你一個(gè)智能核心，根據(jù)人類的設(shè)定，將各個(gè)環(huán)節(jié)分配到不同的單元中。以便達(dá)到農(nóng)作物的最佳生長(zhǎng)需求。剛開始他們是在農(nóng)業(yè)應(yīng)用這些技術(shù)，在以后的發(fā)展中。以美國(guó)，荷蘭等為代表的國(guó)家開始大力發(fā)展智能家居技術(shù)。由于之前本來就有深厚的積累，所以他們?cè)谶@人家追上的水平短時(shí)間內(nèi)還是無法超越的。同時(shí)發(fā)展知識(shí)技術(shù)的同時(shí)，也將各個(gè)學(xué)科的技術(shù)和智能家居相結(jié)合起來，不斷推動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，節(jié)約了大量的人力物力，也提高了效率。在亞洲地區(qū)，最早發(fā)展智能家居的代表可以說是新加坡。早在1995年，新加坡就已經(jīng)自己舉辦了電子消費(fèi)品國(guó)際展會(huì)，其中就包括很多智能家居系統(tǒng)[12]。到了2000年，微軟看到了智能家居巨大的商機(jī)，所以就智能家居領(lǐng)域確定了“家庭網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)”技術(shù)，與此同時(shí)還大力推廣“即插即用”標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就在于家庭網(wǎng)絡(luò)能夠接入不同的設(shè)備。三星公司在2007年利用自己擁有大量用戶的優(yōu)勢(shì)，大力推廣他們利用網(wǎng)絡(luò)集中控制家居的技術(shù)。在當(dāng)時(shí)這項(xiàng)技術(shù)的最大的好處就是能夠?qū)⒓彝ピO(shè)備接入移動(dòng)終端[13]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，早在2015年，美國(guó)就已經(jīng)超過4萬戶家庭安裝了家具智能系統(tǒng)。新加坡也出現(xiàn)了將近1萬戶家庭安裝這種家居智能系統(tǒng)。在中國(guó)，2005年的六月份，國(guó)家信息產(chǎn)業(yè)部就已經(jīng)出臺(tái)了有關(guān)智能家居的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這就是《家庭網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)》和《信息設(shè)備資源共享協(xié)同服務(wù)》，分別推出的10版兩個(gè)系列標(biāo)準(zhǔn)[14]。我國(guó)智能家居的普及率已經(jīng)從2001年的不到10%，以每年超過30%的速度增加。到2006年已經(jīng)超過了60%。當(dāng)然這些只是智能家居，而不是智能家居系統(tǒng)。所以到現(xiàn)在我國(guó)對(duì)于智能家居的普及已經(jīng)很高了，所缺乏的只是智能家居的控制系統(tǒng)而已。隨著這么多年的發(fā)展，智能產(chǎn)品也不再是人們所追求的項(xiàng)目。智能家居系統(tǒng)才是人們最終的要求。在今后的一年，也就是2007年，于深圳舉辦的安博會(huì)出現(xiàn)了眾多家居系統(tǒng)。但是這些系統(tǒng)僅僅是針對(duì)單個(gè)產(chǎn)品，比如說門禁，或者是室內(nèi)環(huán)境，或者是廚房。并沒有針對(duì)整個(gè)家庭所提供了一個(gè)整體的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。自從2007年之后，在中國(guó)國(guó)內(nèi)，關(guān)于智能家居系統(tǒng)的發(fā)展就變得多樣化起來。同時(shí)國(guó)家，相關(guān)部門也相當(dāng)重視智能家居的產(chǎn)業(yè)化。將其列為未來中國(guó)發(fā)展領(lǐng)域的重點(diǎn)方向。而在國(guó)家出臺(tái)相關(guān)政策之前，一些具有眼光的企業(yè)已經(jīng)在開始布局，投入了大量資金，對(duì)智能家居進(jìn)行技術(shù)研究，大大推進(jìn)了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。搶占了智能家居一些行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。這些也有利于中國(guó)智能家居的相互性連接和產(chǎn)業(yè)規(guī)?；陌l(fā)展。比如2004年，海爾集團(tuán)就聯(lián)合其他有實(shí)力的公司，組建“e家佳聯(lián)盟”。對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行攻克。所以在2015年國(guó)家開始對(duì)智能家居進(jìn)行信息調(diào)查的時(shí)候，“e家佳聯(lián)盟”就提出了他們自己的研究結(jié)果，提出了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。自從建立了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)之后，國(guó)家工業(yè)和信息化部門在電子信息領(lǐng)域就成立了相關(guān)的工作組。并提出了相應(yīng)的項(xiàng)目目標(biāo)。提交家庭多媒體網(wǎng)關(guān)規(guī)范（現(xiàn)在處于CD階段）后，又提交了閃聯(lián)系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在智能家居的通信領(lǐng)域。中國(guó)通血聯(lián)合其他公司成立了家庭網(wǎng)絡(luò)工作組。經(jīng)過幾年的攻堅(jiān)戰(zhàn)，也建立了一系列的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這表明中國(guó)在物聯(lián)網(wǎng)智能家居領(lǐng)域的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)正在不斷被優(yōu)化，相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也越來越全面。最近幾年，我國(guó)智能家居行業(yè)也逐漸跟上了國(guó)際發(fā)展的步伐，由以前落后的局面逐漸往產(chǎn)品出口方向發(fā)展，這也標(biāo)志著我國(guó)智能家居產(chǎn)品有了極大的進(jìn)步。同時(shí)也掀起了一場(chǎng)關(guān)于智能家居行業(yè)革命的浪潮。1.4溫濕度測(cè)量方法1.4.1溫度測(cè)量方法在測(cè)量與智能家居相關(guān)的溫度時(shí)，主要有壓力溫度計(jì)，熱電阻溫度計(jì)和雙金屬溫度計(jì)。此外，還會(huì)根據(jù)環(huán)境使用其他熱電偶溫度計(jì)。壓力溫度計(jì)的優(yōu)點(diǎn)有很多，主要是設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且他的機(jī)械強(qiáng)度好，不用外部電源便可自主運(yùn)行。由于成本低廉、穩(wěn)定性較好，所以在國(guó)內(nèi)，已經(jīng)大范圍應(yīng)用于它工業(yè)中。但是他的缺點(diǎn)也顯而易見，那就是由于沒有外部驅(qū)動(dòng)力，所以他的反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，并且對(duì)外部環(huán)境很敏感，很容易受到影響。所以在一開始不發(fā)達(dá)的中國(guó)曾經(jīng)大量使用這種溫度計(jì)，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸被淘汰。熱敏電阻溫度計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是可以根據(jù)不同的導(dǎo)體或半導(dǎo)體對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。然后會(huì)根據(jù)溫度的變化使其自身的電阻發(fā)生變化，目前被廣泛應(yīng)用。但是他的缺點(diǎn)很明顯，那就是不能再機(jī)械振動(dòng)較大的地方使用。其他測(cè)量方式不再一一贅述。1.4.2濕度測(cè)量方法平常生活中，我們所見到的濕度不是絕對(duì)濕度，他是一個(gè)相對(duì)的概念，稱為相對(duì)濕度，表示為RH％。也就是說在同等空氣密度的條件下，空氣中的水蒸氣相對(duì)于整體而言所占的含量，就是相對(duì)濕度。雙壓法，雙溫法的原理是熱力學(xué)PVT平衡原理。然后根據(jù)將絕對(duì)濕度和絕對(duì)干燥空氣相混合，這一過程采用的是分割方法，對(duì)氣體要求非常精確。在這個(gè)過程中采用了現(xiàn)代的測(cè)量方法啊和測(cè)量技術(shù)，采用的這些設(shè)備可能非常復(fù)雜，但由于設(shè)備的復(fù)雜性和成本，所以操作很麻煩。但是作為最精確的測(cè)量方法，他的測(cè)量精度可達(dá)±2％RH甚至更精確。露點(diǎn)法是指測(cè)量空氣中能夠達(dá)到飽和溫度的這個(gè)濕度指數(shù)，同時(shí)這個(gè)結(jié)果也是，熱力學(xué)最直觀，精確的體現(xiàn)，它的應(yīng)用范圍很廣。對(duì)于精密露點(diǎn)儀表來說，他的誤差范圍可以精確到±0.2°C，并且用于測(cè)量的電冷鏡露點(diǎn)儀價(jià)格十分昂貴。所以一般用于高級(jí)精度的測(cè)量。需求和干求法兒發(fā)明的非常早，它是18世紀(jì)發(fā)明的。由于能夠符合大眾的需求，隨它是最常用的。但是對(duì)于這種方法來說，它是一種間接的測(cè)量方法。并且精度不高，所以在很少情況下會(huì)使用這種方法。

第2章系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案2.1任務(wù)分析對(duì)本次智能家居的設(shè)計(jì)來說，一共分為溫濕度的測(cè)量系統(tǒng)、煙霧測(cè)量系統(tǒng)、信息系統(tǒng)和報(bào)警系統(tǒng)四個(gè)部分。自本設(shè)計(jì)首先將四種不同的系統(tǒng)設(shè)計(jì)出來。然后將它們幾個(gè)功能相結(jié)合，他們既可以單獨(dú)的實(shí)現(xiàn)不同的功能，也可以同時(shí)控制四種功能，以便達(dá)到智能家具的要求。本設(shè)計(jì)主要使用的硬件為：DHT11溫濕度傳感器，MQ-2煙霧傳感器，STM32單片機(jī)，按鍵設(shè)置與LCD1602液晶顯示模塊，蜂鳴器報(bào)警電路，以及超標(biāo)指示顯示模塊組成。2.2設(shè)計(jì)思想智能性：系統(tǒng)能夠根據(jù)客人的要求自動(dòng)的達(dá)到參數(shù)設(shè)計(jì)的目的，同時(shí)能夠自主判斷環(huán)境，采取不同的措施。健康性：能夠根據(jù)天氣情況等等自己調(diào)節(jié)溫濕度，氣流等等。安全性：自動(dòng)檢測(cè)環(huán)境的狀態(tài)，根據(jù)不同的環(huán)境，采取相應(yīng)的措施。如果出現(xiàn)火災(zāi)，必須能夠自主滅水，并采取封閉空間等其他措施。方便性：安裝簡(jiǎn)單，設(shè)置簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單。2.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇采用的是STM32單片機(jī)作為控制芯片，利用的是DHT11溫濕度傳感器檢測(cè)家居環(huán)境溫濕度，其設(shè)計(jì)框圖如下圖2.1所示：圖2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)總框圖DHT11溫度和濕度傳感器以及MQ-2煙霧傳感器使用STM32MCU作為中央處理芯片，作為收集家庭環(huán)境參數(shù)的媒介。完全處理MCU后，數(shù)據(jù)可以顯示在LCD顯示屏上，MCU可以顯示在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上。結(jié)合遠(yuǎn)程終端設(shè)備，環(huán)境控制系統(tǒng)可以通過設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)根據(jù)環(huán)境參數(shù)的變化自動(dòng)響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)恒定的環(huán)境參數(shù)效果。

第3章系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)由于集成電路的成長(zhǎng)，單片機(jī)的成長(zhǎng)也很是敏捷。到目前為止，有很多范例的單芯片可以知足各類單芯片利用的節(jié)制需求。國(guó)際市場(chǎng)中市場(chǎng)占有率最高的單片機(jī)是英特爾公司推出的MCS-51系列單片機(jī)和MC68系列自由秤的單片機(jī)。3.1.1STM32單片機(jī)STM32單片機(jī)本設(shè)計(jì)選擇的是基于高性能的Stm32f407vet6系列，它的運(yùn)行頻率最高可以達(dá)到168mhz。圖3.1顯示了stm32f407vet6微控制器的引腳圖。圖3.1STM32F407VET6單片機(jī)引腳圖3.1.2單片機(jī)最小系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)Scm的基本電路是實(shí)現(xiàn)其功能的最小應(yīng)用系統(tǒng)，它是影響系統(tǒng)質(zhì)量的最基本因素。主要包括：晶體振蕩器、復(fù)位電路、電源和串行電路。初始狀態(tài)只能由設(shè)計(jì)器控制。為了將微控制器重置到已知的初始狀態(tài)，需要為微控制器設(shè)計(jì)一個(gè)重置電路。常用的復(fù)位電路具有功率復(fù)位、功率復(fù)位和按鈕復(fù)位的功能。結(jié)合本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原則，系統(tǒng)只需要在MCU上電時(shí)自動(dòng)執(zhí)行復(fù)位操作，在MCU運(yùn)行過程中無需復(fù)位。因此，這個(gè)設(shè)計(jì)使用一個(gè)復(fù)位模式，通過電力直接復(fù)位。本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部存儲(chǔ)器，因此在設(shè)計(jì)基本電路時(shí)將3-1引腳設(shè)置為高電平。（1）振蕩電路振蕩器電路使用8M晶體振蕩器，因?yàn)镾TM32可以通過鎖相環(huán)倍頻到高達(dá)72MHz的頻率，因此外部8MHz晶體振蕩器可以乘以72MHz。其電路如圖3.其電路主要由晶體振蕩器、電容器和電阻組成。OSDIN和OSDOUT是stm32外部時(shí)鐘電路引腳。振蕩電路產(chǎn)生的時(shí)鐘作為處理器輸入。圖3.2振蕩電路復(fù)位電路圖3.3復(fù)位電路Stm32是低壓平復(fù)置，每次重置一次，因此rst引腳在通電后默認(rèn)為高電平。其電路如圖3.r1位上拉電阻，其余為單片機(jī)復(fù)位針。當(dāng)按鈕k1按下rst引腳輸出低功率時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)被重置。當(dāng)沒有按下復(fù)位按鈕K1時(shí)，由于RST直接連接到上拉電阻，默認(rèn)值很高，因此系統(tǒng)正常工作。3.2顯示電路設(shè)計(jì)顯示器專業(yè)叫法也被稱為監(jiān)視器，在本設(shè)計(jì)中屬于I/O設(shè)備，他的主要功能是將傳感器接收到的在顯示屏上體現(xiàn)出來，讓人們能夠清晰直觀的看到結(jié)果，并且這樣的設(shè)計(jì)有利于對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的操作。LCD1602模塊的構(gòu)成：圖3.4LCD1602的模塊圖上圖LCD1602是液晶板做成的顯示屏，顯示屏上有眾多元件，包括控制器、驅(qū)動(dòng)器等。LCD1602的模塊圖如圖3.4所示，LCD1602LCD一共有16個(gè)引腳，其中包括8個(gè)數(shù)據(jù)引腳、2個(gè)數(shù)據(jù)輸入引腳、2個(gè)電源、2個(gè)接地、1個(gè)對(duì)比度調(diào)整引腳和1個(gè)使能信號(hào)輸入引腳。（2）LCD1602模塊的具體參數(shù)：1、液晶顯示容量：24*3個(gè)字符；2、顯示工作電壓：5.0-6.0V；3、顯示工作電流：2.5mA（5.5V）；4、顯示最佳工作電壓：5.5V；5、具體字符大?。?.15*4.50（WXH）mmLCD1602操作時(shí)序：表3.1LCD時(shí)序輸入輸出D0~7讀取狀態(tài)RW=1，E=1，RS=0具體狀態(tài)書寫命令RS=0，RW=0，D0~7=指令碼，E=高脈沖無數(shù)據(jù)讀取數(shù)據(jù)RW=1，E=1，RS=1具體數(shù)據(jù)書寫數(shù)據(jù)RS=1，RW=0，D0~7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖無數(shù)據(jù)（4）LCD初始化設(shè)置表3.2LCD開機(jī)數(shù)據(jù)指令數(shù)據(jù)說明10100110設(shè)置24*3顯示，6*8點(diǎn)陣，16位字符接口（5）LCD顯示光標(biāo)及顯示開、關(guān)設(shè)置表3.3LCD具體光標(biāo)指令數(shù)據(jù)說明11010BDCD=1無顯示，D=0顯示C=1光標(biāo)無顯示，C=0顯示光標(biāo)B=1光標(biāo)無閃爍，B=0光標(biāo)閃爍110011SNN=1光標(biāo)減一N=0光標(biāo)加一S=1（N=0）顯示屏左移或（N=1）顯示屏右移LCD具體數(shù)據(jù)設(shè)置表3.4LCD數(shù)據(jù)指針設(shè)置指令數(shù)據(jù)說明120H+地址碼設(shè)置數(shù)據(jù)地址指針LCD1602在顯示器連接的時(shí)候，顯示器模塊的第3引腳應(yīng)接一個(gè)滑動(dòng)變阻器以調(diào)節(jié)屏幕顯示的清晰度，所以具體的電路圖數(shù)據(jù)如圖所示：圖3.5顯示器連接圖3.3溫濕度檢測(cè)和煙霧檢測(cè)電路設(shè)計(jì)對(duì)于本設(shè)計(jì)來說，使用傳統(tǒng)溫度傳感器不能與傳統(tǒng)的濕度傳感器直接連接，同時(shí)微控制器也不能與以上兩者同時(shí)相連。對(duì)于放大器來說，它的作用是使溫濕度傳感器的信號(hào)放大，然后可以順利通過，模擬轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換，并且能夠在測(cè)量的時(shí)候?qū)y(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)。所以對(duì)于傳統(tǒng)的溫濕度傳感器來說，使用他們會(huì)大大增加設(shè)計(jì)和調(diào)試的難度，同時(shí)對(duì)電路的可靠性造成了威脅。該設(shè)計(jì)采用了DHT11溫度和濕度傳感器設(shè)計(jì)。3.3.1DHT11溫濕度傳感器DHT11傳感器具體數(shù)據(jù)如下圖所示：圖3.6DHT11封裝圖圖3.6傳感器具體數(shù)據(jù)圖使用DHT11溫濕度傳感器的優(yōu)點(diǎn)是：（1）溫度和濕度傳感器結(jié)合溫度和濕度傳感器，以減少部件的數(shù)量。（2）集傳感器、放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和總線接口于一體，減少了硬件電路的設(shè)計(jì)工作量，同時(shí)能增強(qiáng)抗干擾能力，反應(yīng)速度和測(cè)量精度也會(huì)大大提高。（3）免費(fèi)調(diào)試，接線測(cè)量簡(jiǎn)單方便。圖3.7DHT11與單片機(jī)的接線原理圖本設(shè)計(jì)的參數(shù)：1）濕度可測(cè)量：15％—85％（溫度范圍為-5°C—45°C）；誤差：±5％；2）溫度可測(cè)量：-5°C—45°C；誤差：±2℃；3）工作電壓2.5V—4.5V；4）小板PCB的尺寸：2.5cm*2.3cm；5）指示燈的顏色為紅色；工作原則：DATA引腳連接到MCU以進(jìn)行同步通信。本設(shè)計(jì)的單個(gè)通信時(shí)間約為4毫秒。整個(gè)數(shù)據(jù)分為兩部分，實(shí)際應(yīng)用只能給我們只讀取整數(shù)部分的數(shù)據(jù)，對(duì)于小數(shù)部分我們直接忽視。比如數(shù)據(jù)為40.5，那么我們最終的讀取數(shù)據(jù)為40。數(shù)據(jù)格式為：8位濕度整數(shù)加上8位濕度分?jǐn)?shù)加上8位溫度整數(shù)加上8位溫度分?jǐn)?shù)加上8位校驗(yàn)和。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸正確時(shí)，校驗(yàn)和數(shù)據(jù)等于“8位濕度整數(shù)加上8位濕度分?jǐn)?shù)加上8位溫度整數(shù)加上8位溫度分?jǐn)?shù)”結(jié)果的最后8位數(shù)。過程如下：圖3.8DHT11通信過程MCU將總線拉低以等待DHT11響應(yīng)，并且下拉時(shí)間必須大于18ms，以確保DHT11可以檢測(cè)到使能信號(hào)。在接收到開始信號(hào)之后，DHT11等待直到開始信號(hào)結(jié)束，然后發(fā)送低電平80us作為響應(yīng)。MCU延遲20~40us后，讀取DHT11傳感器的響應(yīng)信號(hào)。圖3.9DHT11傳感器的響應(yīng)信號(hào)當(dāng)總線為低電平時(shí)，DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)。DHT11發(fā)送響應(yīng)信號(hào)后，總線設(shè)置為80us的高電平，準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)。每個(gè)數(shù)據(jù)位都以50微秒的低電平開始。電平時(shí)間的長(zhǎng)度決定了發(fā)送的數(shù)據(jù)是0還是1.當(dāng)發(fā)送一位數(shù)據(jù)時(shí)，DHT11將總線拉低50微秒，總線再次進(jìn)入空閑狀態(tài)。圖3.10數(shù)據(jù)0的波形圖圖3.11數(shù)據(jù)1的波形圖3.3.2MQ-2煙霧傳感器（1）MQ-2煙霧傳感器的工作原理：mq-2傳感器是利用特定氣體的特殊物理反應(yīng)而制成的半導(dǎo)體器件。當(dāng)溫度上升至200～300℃時(shí)，極易吸附空氣中的氧離子。電化方程式如下：。有方程式可以看到，上述方程的電子平衡必須得到滿足，所以要讓自己成為它自己的氧離子，讓它自己成為被吸附的氧離子。當(dāng)沒有氧離子的吸附時(shí)，當(dāng)確定吸附時(shí)，氧離子本身由于化學(xué)反應(yīng)而損失。即，電子濃度本身降低，半導(dǎo)體的電導(dǎo)率降低，即電阻率提高。當(dāng)與煙霧中的還原性氣體混合時(shí)，還原性氣體就會(huì)與吸附的氧發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，使晶體吸附氧離子，導(dǎo)致表面阻擋層減少，從而提高半導(dǎo)體的導(dǎo)電性。此時(shí)，隨著吸附氣體的濃度增加，半導(dǎo)體的導(dǎo)電率增加，并且可以通過檢測(cè)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性來檢測(cè)環(huán)境中的氣體濃度。因此，可以使用制造的半導(dǎo)體器件檢測(cè)環(huán)境氣體的濃度。（2）參數(shù)：1）具有信號(hào)輸出指示。2）模擬和數(shù)字信號(hào)的雙重輸出。所述數(shù)字信號(hào)在低電平下有效，并可直接連接到所述微控制器。4）模擬輸出0~5V電壓，濃度越高，電壓越高。5）對(duì)液化氣，天然氣和城市燃?xì)饩哂辛己玫拿舾行浴?）使用壽命長(zhǎng)，穩(wěn)定可靠。7）快速響應(yīng)恢復(fù)功能。8）工作電壓：5V。圖3.12MQ-2封裝圖（3）MQ-2煙霧傳感器的特性：①對(duì)液化氣、丙烷、丁烷、煙霧、酒精、氫氣的靈敏度高，可精準(zhǔn)的有刺激性和無刺激性氣體的干擾。圖3.13傳感器靈敏度特性曲線圖2MQ-2煙霧傳感器響應(yīng)速度快，重復(fù)性好，長(zhǎng)期穩(wěn)定。3可以承受各種電壓（24V或更低）。在該圖中，縱坐標(biāo)是傳感器的電阻比（），橫坐標(biāo)是氣體濃度。表示傳感器在不同濃度氣體中的電阻值，表示傳感器在氫氣中的電阻4MQ-2煙霧傳感器的結(jié)構(gòu)和形狀圖3.14MQ-2煙霧傳感器的結(jié)構(gòu)和外形上圖所描述的傳感器一共有六個(gè)引腳，其中四個(gè)引腳的使用是信號(hào)輸出，另外兩個(gè)是用來加熱電流的。并且此設(shè)計(jì)還使用了MQ-2模塊，有電源基地，數(shù)字信號(hào)輸出和模擬信號(hào)輸出四個(gè)引腳。當(dāng)把電源接通的時(shí)候，如果能夠檢測(cè)到還原氣體，數(shù)字信號(hào)輸出就會(huì)比引腳輸出低。模擬信號(hào)輸出引腳輸出不同的電壓，測(cè)量引腳電壓的大不可計(jì)算出環(huán)境中還原氣體的濃度。圖3.15MQ-2模塊圖3.4報(bào)警電路設(shè)計(jì)當(dāng)MCU的I/O端口連接到LED時(shí)，應(yīng)添加一個(gè)電阻來限制電流以保護(hù)二極管和MCU。電路連接法通常用于驅(qū)動(dòng)電流和吸收電流。然而，拉電流的布線方法降低了微控制器的驅(qū)動(dòng)能力和可靠性。因此，只有當(dāng)供電線路相對(duì)簡(jiǎn)單時(shí)，才會(huì)采用目前的拉式驅(qū)動(dòng)方式。在實(shí)際應(yīng)用中，一般采用灌流驅(qū)動(dòng)方式來提高系統(tǒng)的承載能力和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本設(shè)計(jì)采用灌溉電流來保證系統(tǒng)的可靠性。原理圖如下圖所示：圖3.15報(bào)警電路3.5燈光控制與光照檢測(cè)光阻，又稱光敏電阻或光管，通常由硫、硒、鉍和鋁制成。因?yàn)槭褂眠@種材料，感光電阻對(duì)陽光有特殊的敏感度。當(dāng)有光照射時(shí)，感光電阻的電阻會(huì)大幅降低。這是因?yàn)樘栞椛洚a(chǎn)生的載波參與了電的傳導(dǎo)，在外層電場(chǎng)中。在做運(yùn)動(dòng)的作用下，電子向正極運(yùn)動(dòng)，孔向電源負(fù)極運(yùn)動(dòng)。因此，光敏電阻的電阻迅速減小。繼電器的工作原理和使用方法主要是在燈光控制的這一部分?？偟膩碚f，繼電器就是一個(gè)比較復(fù)雜的開關(guān)，他能夠控制電路的開啟，同時(shí)繼電器可以用五個(gè)引腳，五個(gè)引腳中有兩個(gè)引腳勢(shì)與電源的正負(fù)極相接通的。作為外部工作電壓，其他三個(gè)引腳組成一個(gè)單刀雙擲開關(guān)，與控制模塊相連。工作原理是通過導(dǎo)線線圈產(chǎn)生磁性吸引，產(chǎn)生繼電器吸力和電控繼電器的效應(yīng)。繼電器電路的示意圖如下圖所示。圖3.16繼電器工作電路利用繼電器控制兩個(gè)外部接口的接入，達(dá)到控制照明的目的。采用三極分離單片機(jī)控制的設(shè)計(jì)，可以控制三極管傳導(dǎo)，控制繼電器的恒開接口和恒閉合接口。

第4章軟件設(shè)計(jì)4.1系統(tǒng)主程序圖系統(tǒng)主程序圖如下圖所示，我們從圖中可以看到系統(tǒng)上第一步的操作就是要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。判斷周邊環(huán)境是否存在可燃性氣體。如果有煙霧則會(huì)選擇報(bào)警，如果沒有則會(huì)選擇繼續(xù)檢測(cè)按鈕。同時(shí)還會(huì)對(duì)溫濕度進(jìn)行測(cè)量并進(jìn)行顯示。然后系統(tǒng)還會(huì)自主判斷溫濕度是否達(dá)標(biāo)。如果不達(dá)標(biāo)或者是超標(biāo)，則會(huì)進(jìn)行報(bào)警。如果符合系統(tǒng)績(jī)點(diǎn)要求，那么就會(huì)進(jìn)行繼續(xù)檢測(cè)。程序圖如下圖所示：圖4.1系統(tǒng)主程序圖voidmain（）{uinttestnum;EA=0； Timer0_Init（）；//定時(shí)器0初始化 EA=1； RW=0； L1602_init（）； dis_init（）； write_1602com（0x85）；write_1602dat（0xdf）； write_1602com（0x80）；write_1602dat（'T'）；display（）； init_eeprom（）； read_eeprom（）； write_1602com（0x80）； write_string（"Te:CHu:%"）； write_1602com（0xc0）； write_string（"Sg:mg/m3"）； while（1）L1602_init（）； dis_init（）； write_1602com（0x85）；write_1602dat（0xdf）； write_1602com（0x80）；write_1602dat（'T'）；display（）； init_eeprom（）； read_eeprom（）； write_1602com（0x80）； write_string（"Te:CHu:%"）； write_1602com（0xc0）； write_string（"Sg:mg/m3"）； while（1） {testnum=RH（）； FlagStartRH=0； TR0=1；讀出溫濕度，只取整數(shù)部分 {LED2=0；BJ_LED2=0；} else {LED2=1；BJ_LED2=1；} if（temperature<=TL） write_1602dat（'T'）；display（）； init_eeprom（）； read_eeprom（）； convdata（adc0832(0）)； smog=（dis*100+dis*10+dis+1）*10/250； if（flag==0） display（）； KEY（）； if（smog>=SM） {LED1=0；BJ_LED1=0；} else {LED1=1；BJ_LED1=1；} if（BJ_LED1==0||BJ_LED2==0||BJ_LED3==0||BJ_LED4==0||BJ_LED5==0） //有超限 Onealarm（）； else alarm=1； }}4.2煙霧檢測(cè)與報(bào)警程序設(shè)計(jì)無論是什么煙霧傳感器，它必定會(huì)有兩種功能，一是數(shù)字信號(hào)的輸出，二是模擬信號(hào)的輸出。因此我們需要判斷空氣中是否存在煙霧以及存在煙霧的濃度。判斷之后直接可以顯示它的數(shù)值。程序如下圖所示。#include"sys.h"#include"usart.h" #include"delay.h" #include"led.h"#include"lcd.h"#include"ds18b20.h"#include"key.h"init_eeprom（）；//定義傳感器接口init_eeprom（）；//定義傳感器接口init_eeprom（）；//定義傳感器接口init_eeprom（）；//定義傳感器接口init_eeprom（）；//定義報(bào)警顯示燈init_eeprom（）；//定義傳感器接口init_eeprom（）；//定義蜂鳴器接口}display（）； init_eeprom（）； read_eeprom（）；顯示燈閃爍，蜂鳴器報(bào)警 write_1602com（0x80）；圖4.2煙霧報(bào)警程序流程圖4.3溫濕度監(jiān)測(cè)與顯示系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，應(yīng)首先準(zhǔn)備MCU，LCD和傳感器的初始化，以便傳感器可以檢測(cè)室內(nèi)環(huán)境溫度和濕度。溫度和濕度傳感器將檢測(cè)到的物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為可由微控制器識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，然后由微控制器處理。測(cè)量的溫度和濕度參數(shù)顯示在LCD上，并將得到的數(shù)據(jù)與設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行比較。如果參數(shù)不合適，溫度和濕度控制模塊將調(diào)整，直到達(dá)到適當(dāng)?shù)闹?，如果參?shù)合適，則過程返回繼續(xù)。檢測(cè)并重復(fù)上述過程。圖4.3溫濕度檢測(cè)與顯示流程圖4.4顯示模塊的設(shè)計(jì)圖4.41602顯示子程序流程圖LCD1602顯示數(shù)據(jù)的流程圖上圖所示。在LCD1602通電之后，需要首先執(zhí)行1602的初始化操作，包括打開1602啟用端口，設(shè)置顯示模式，是否顯示光標(biāo)等。其初始化子程序如下。{L1602_iniLcden=0;//關(guān)閉LCDdisplay_1602dat（'T'）;//設(shè)置16×2顯示，5×7點(diǎn)陣，8位數(shù)據(jù)接口display_1602dat（'T'）;//設(shè)置顯示，沒有光標(biāo)display_1602dat（'T'）;//在地址指針加1后寫一個(gè)字符display_1602dat（'T'）;//顯示清0，數(shù)據(jù)指針清0}表4.2本文所需要使用的元件清單9*15萬用板12M晶振STM32F407VET6單片機(jī)按鍵*4ADC0832103排阻（10k）8腳IC座有源蜂鳴器40腳IC座5mm紅發(fā)紅LED1602液晶5mm黃發(fā)黃LED16p母座5mm綠發(fā)綠LED16p排針5mm白發(fā)粉LEDDHT11溫濕度傳感器5mm白發(fā)藍(lán)LED4p圓孔母座9012三極管MQ-2傳感器104獨(dú)石電容2.2k電阻*3DC電源接口1k電阻自鎖開關(guān)5.1Ω電阻導(dǎo)線10k電阻*5焊錫470Ω電阻USB電源線220Ω電阻10uf電解電容30pf瓷片電容*24.5燈光控制與光照檢測(cè)光敏電阻的原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。當(dāng)入射光衰減時(shí)，由光電子激發(fā)形成的電子重新結(jié)合，導(dǎo)致電阻變大，從而電路中的電流減小，通常高達(dá)1M歐姆或更高，并且隨著電阻逐漸增加，阻力慢慢減少。電流變大，它有一個(gè)計(jì)算光和電阻大小的公式，I=KUaLb，電路中電流的大小通過方程中的大I，大U是電路中的電壓，大L是光敏電阻的光強(qiáng)度。K是比例因子。電阻器的電阻值可以通過電壓和電流來計(jì)算，因此當(dāng)沒有光時(shí)，光敏電阻的電阻在被照亮?xí)r是最大的。電阻會(huì)稍微降低，即光線越強(qiáng)，電阻越低。入射光消失后，光子激發(fā)產(chǎn)生的電洞對(duì)會(huì)重新組合，光阻恢復(fù)到原來的值。將電壓施加在感光金屬的兩端，形成閉合回路。當(dāng)電流通過時(shí)，電流隨光照的增加而增加，從而達(dá)到光電轉(zhuǎn)換的要求。所述光阻沒有極性，與所述二極管的單通道不同。使用起來非常方便。只要端子兩端的電壓和通過它的電流不會(huì)太大，光敏電阻就不會(huì)受損，穩(wěn)定性也會(huì)很強(qiáng)。圖4.5燈光控制與光照檢測(cè)流程圖

第5章仿真測(cè)試5.1系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定雖然煙霧傳感器系統(tǒng)是已經(jīng)設(shè)定好的。但是可以在系統(tǒng)中加入這樣一個(gè)功能，當(dāng)系統(tǒng)識(shí)別到煙霧時(shí)，它首先將判斷這個(gè)煙霧是哪種氣體，根據(jù)不同的氣體具有不同的靈敏度。所以本次測(cè)試室內(nèi)溫濕度分別為：20℃和37%，測(cè)試時(shí)溫度范圍設(shè)置為20℃~22℃，濕度范圍為39%~42%。（詳細(xì)參數(shù)見附錄三）5.2系統(tǒng)軟件的編寫（1）下載STM32元件庫(kù)，然后將其加載到的安裝目錄下，打開軟件，新建工程文件“l(fā)ili.uvproj”保存，在彈出如下對(duì)話框中選擇“STM32MCU”。圖5.1程序燒寫設(shè)置（2）創(chuàng)建C語言程序保存為文件“l(fā)ili.c”，將C程序添加到工程中，按下快捷鍵“Alt+F7”，在彈出的對(duì)話框中選擇“Otput”，然后選擇“CreateHEXfile”，最后編譯、運(yùn)行生成“l(fā)ili.hex”。（3）最后將下載器與單片機(jī)進(jìn)行連接。其實(shí)打開單片機(jī)的書寫軟件。選擇對(duì)應(yīng)的窗格，將文件“l(fā)ili.hex”打開，然后點(diǎn)擊下載，下載完成時(shí)斷開下載器與單片機(jī)的連接，最后給系統(tǒng)提供電力。5.3測(cè)試現(xiàn)象（1）測(cè)試的時(shí)候首先要摁下開關(guān)。這時(shí)我們可以看到顯示器上的溫濕度分別為20℃和25%，由于顯示的溫度均小于我們之前所設(shè)定的值。所以報(bào)警系統(tǒng)均作不同程度的閃爍。而且蜂鳴器也發(fā)生了較小頻率的報(bào)警稱。（2）然后用雙手擋住溫濕度傳感器。等報(bào)警聲停止之后，再放開溫濕度傳感器，此時(shí)溫濕度參數(shù)符合設(shè)定值。（3）選取一個(gè)打火機(jī)。然后對(duì)著煙霧傳感器進(jìn)行放氣處理。這時(shí)候我們也可以看到傳感器上面和蜂鳴器上面同時(shí)發(fā)出了警報(bào)。而正常顯示燈上面燈已經(jīng)滅掉。停止打火機(jī)放氣，然后會(huì)發(fā)現(xiàn)蜂鳴器與煙霧報(bào)警顯示燈停止報(bào)警，正常顯示燈亮。（4）用打火機(jī)在溫濕度傳感器旁給傳感器加熱模擬升溫過程，可以看見顯示器上的溫濕度不斷變化，直到溫濕度超過設(shè)定值范圍，此時(shí)，高溫報(bào)警顯示燈和高濕度報(bào)警顯示燈閃爍，正常顯示燈做頻率較小的閃爍。（5）重復(fù)測(cè)試。表5.1溫度測(cè)試結(jié)果序號(hào)溫度是否報(bào)警120否219是325是表5.2濕度測(cè)試結(jié)果序號(hào)濕度是否報(bào)警137%否234%是347%是仿真圖如圖5.2所示。圖5.2仿真結(jié)果圖5.4測(cè)試總結(jié)本文提出了許多關(guān)于人工智能的要求。測(cè)試靈敏度就是最重要的，其中智能家居的靈敏度就是人工智能其中一個(gè)最重要的應(yīng)用。在提出人工智能快速發(fā)展的要求的同時(shí)，如何使智能家居跟上人工智能的步伐。使家居變得更有智慧，更能理解人們?cè)谌粘Ｉ钪兴枰母鞣N環(huán)境。

結(jié)語隨著社會(huì)的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和人民對(duì)生活質(zhì)量要求的不斷提高，人們對(duì)家庭環(huán)境的要求也越來越高，智能家庭系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。本設(shè)計(jì)是基于stm32mcu環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，mcu最小單元的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，也是多傳感器融合設(shè)計(jì)。它的基本工作原理是利用簡(jiǎn)單的電路。將室內(nèi)煙霧的監(jiān)測(cè)和報(bào)警裝置等等一系列裝置集合起來，形成一個(gè)整體，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常時(shí)能夠進(jìn)行及時(shí)的處理。本次設(shè)計(jì)不僅僅結(jié)合了國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)的智能家居集成電路，還將眾多的微小單元集合起來，形成了一套新的智能家居系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)的最后雖然是取得了一定的成果，但是也遇見了很多無法預(yù)料的困難。下一步本文將繼續(xù)研究智能家庭系統(tǒng)。文中所研究的方案雖然已經(jīng)能夠滿足現(xiàn)階段中國(guó)對(duì)智能家居的基本要求，但是智能家居在發(fā)展，人們對(duì)智能家居的各種性能也在逐漸的提高，所以對(duì)于本來說在一定時(shí)期內(nèi)還是具有可實(shí)施性的。同時(shí)本文仍然存在一些不足。下一步來說，關(guān)于智能家居系統(tǒng)的研究將從以下幾點(diǎn)展開。智能家庭系統(tǒng)的兼容性。對(duì)于國(guó)內(nèi)不同的公司來說，由于還沒有一個(gè)完整的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，所以不同公司對(duì)智能家居的開發(fā)使用和維修等等都是不同的。如何將各種家居系統(tǒng)進(jìn)行整合，尋找出一個(gè)能夠節(jié)約成本、節(jié)約時(shí)間、節(jié)約人力物力的一個(gè)最優(yōu)方案。也是一個(gè)非常重要的問題。同時(shí)對(duì)于智能家居本身的兼容性來說，如何使智能家居自身的軟件和硬件能夠相互兼容，也是一個(gè)重要的問題。第二，智能住宅開放的研究。在國(guó)內(nèi)，未來的智能家居信息服務(wù)方式最主要的方式之一肯定會(huì)是SOA方式。它的流程一般是各個(gè)企業(yè)在網(wǎng)上發(fā)布自己所能夠服務(wù)的內(nèi)容。然后供人們進(jìn)行選擇。不僅僅局限于智能家居內(nèi)部。對(duì)于智能家居開放性的選擇來說，它不僅僅連接到個(gè)體，還連接到無數(shù)的企業(yè)，各個(gè)供應(yīng)商，各個(gè)終端等等。如何將這些功能都集合到一起，能夠?qū)χ悄芗揖舆M(jìn)行快速有效的一個(gè)反應(yīng)。也是未來研究的方向之一。第三，智能性的研究。這也是最重要的一點(diǎn)。國(guó)家在十三五規(guī)劃中規(guī)劃了許多關(guān)于人工智能的要求。其中智能家居就是人工智能其中一個(gè)最重要的應(yīng)用。在國(guó)家提出人工智能快速發(fā)展的要求的同時(shí)，如何使智能家居跟上人工智能的步伐。使家居變得更有智慧，更能理解人們?cè)谌粘Ｉ钪兴枰母鞣N環(huán)境。使家居結(jié)合人工智能變得更加完美，也是未來一個(gè)重要的課題。

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