智能家居設(shè)計(jì)報(bào)告

第五屆廣東大學(xué)生科技學(xué)術(shù)節(jié)活動(dòng)之首屆大學(xué)生電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽

作品設(shè)計(jì)報(bào)告

作品名稱基于WSN的智能家庭環(huán)境監(jiān)測(cè)和人體監(jiān)護(hù)系統(tǒng)

姓名邱立靖王堪佑陳海亮

學(xué)校名稱廣東石油化工學(xué)院

指導(dǎo)教師柯文德摘要 本設(shè)計(jì)是多通信、多功能的健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)既像你專屬的家庭環(huán)境管家，為你監(jiān)測(cè)室內(nèi)環(huán)境的各項(xiàng)指標(biāo)，也是你的一旦發(fā)現(xiàn)異常即刻通過App推送消息報(bào)警，并提出針對(duì)你和家人的專屬建議。不論你在世界的任何一個(gè)角落，只要有網(wǎng)絡(luò)，家里的環(huán)境狀況和家人的身體、運(yùn)動(dòng)狀況盡在掌握。本設(shè)計(jì)以STM32為主控，由自主設(shè)計(jì)的PCB電路板和Androidapp組成，主控板負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)環(huán)境和人體狀態(tài)，app查看積累的數(shù)據(jù)和獲取建議。以簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)、較低的成本實(shí)現(xiàn)了對(duì)家人和自己生活環(huán)境和自身狀況的監(jiān)護(hù)。我們將具體介紹這款機(jī)器人的制作的全部過程。關(guān)鍵詞：多通信，多功能，健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)STM32，PCB電路板，Androidapp基于WSN的智能家庭環(huán)境監(jiān)測(cè)和人體監(jiān)護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告項(xiàng)目背景重要性一方面，我們平均每一天要呼吸大概10000升空氣，大家都很關(guān)心室外的空氣質(zhì)量，殊不知，其實(shí)一天中有80%的時(shí)間我們是待在室內(nèi)的，而近年來空氣質(zhì)量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，室內(nèi)的環(huán)境質(zhì)量對(duì)我們的健康影響很大；另一方面，適度的運(yùn)動(dòng)量讓人精神狀態(tài)和工作效率提高，過度的運(yùn)動(dòng)量危害人體健康。新技術(shù)市場(chǎng)出現(xiàn)了很多的新物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，現(xiàn)在的監(jiān)測(cè)類產(chǎn)品更智能更加精確，新技術(shù)的運(yùn)用使環(huán)境監(jiān)測(cè)產(chǎn)品的價(jià)格不斷降低，產(chǎn)品即將面臨更新?lián)Q代。項(xiàng)目概述（1）新技術(shù)智能家庭環(huán)境監(jiān)測(cè)和人體監(jiān)護(hù)圖2.1作品原理圖藍(lán)牙手機(jī)藍(lán)牙串口手機(jī)藍(lán)牙串口助手（信息實(shí)時(shí)顯示）家庭環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集）藍(lán)牙ESP8266WIFINRF24L01健康手表（信息顯示、人體運(yùn)動(dòng)記錄）手機(jī)健康手表（信息顯示、人體運(yùn)動(dòng)記錄）手機(jī)Androidapp（信息記錄）ESP8266WIFI圖2.2作品系統(tǒng)總體框圖作品介紹硬件組成部分圖3.1.1家庭環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)圖3.1.2健康手表監(jiān)護(hù)系統(tǒng)圖3.1.3臥室環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)傳感器介紹eq\o\ac(○,1)NRF24L01無(wú)線射頻模塊介紹： 智能家庭環(huán)境系統(tǒng)和人體監(jiān)護(hù)系統(tǒng)通過NRF24L01進(jìn)行信息交互。圖3.2.1NRF24L01無(wú)線射頻模塊外觀圖eq\o\ac(○,2)ATK-NEO6MGPS模塊介紹：體積小，性能優(yōu)異，準(zhǔn)確定位。圖3.2.2ATK-NEO-6MGPS模塊外觀圖eq\o\ac(○,3)ATK-SIM900AGSM(GPRS)模塊介紹：圖3.2.3ATK-SIM900AGSM(GPRS)模塊外觀圖通過與STM32主控板連接實(shí)現(xiàn)一鍵撥號(hào)的功能。eq\o\ac(○,4)HC-05藍(lán)牙模塊介紹： 智能家庭環(huán)境系統(tǒng)通過藍(lán)牙，將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾C(jī)上的藍(lán)牙串口助手顯示出來，方便用戶查看當(dāng)前環(huán)境信息。圖3.2.4ATK-HC05模塊外觀圖電路原理圖設(shè)計(jì)STM32F103RCT6作為MCU，它擁有的資源包括：48KBSRAM、256KBFLASH、2個(gè)基本定時(shí)器、4個(gè)通用定時(shí)器、2個(gè)高級(jí)定時(shí)器、2個(gè)DMA控制器（共12個(gè)通道）、3個(gè)SPI、2個(gè)IIC、5個(gè)串口、1個(gè)USB、1個(gè)CAN、3個(gè)12位ADC、1個(gè)12位DAC、1個(gè)SDIO接口及51個(gè)通用IO口。該芯片性價(jià)比極高。MCU主控電路：圖3.3.1MCU部分電路圖上圖中中上部的BOOT1用于設(shè)置STM32的啟動(dòng)方式，其對(duì)應(yīng)啟動(dòng)模式如下表所示：圖3,3.2BOOT0、BOOT1啟動(dòng)模式表按鍵電路：KEY0和KEY1用作普通按鍵輸入，分別連接在PC5和PA15上，其中PA15和JTDI共用了，所以，在使用KEY0和KEY1的時(shí)候，就不能使用JTAG來調(diào)試了，但是可以用SWD調(diào)

試，這點(diǎn)在使用的時(shí)候要注意。KEY0和KEY1還和PS/2的DAT和CLK線共用。液晶顯示電路：TFT_LCD是一個(gè)通用的液晶模塊接口。OLED是一個(gè)給OLED顯示模塊供電的接口，它和TFT_LCD拼接在一起。當(dāng)使用TFTLCD時(shí)，我們接到TFT_LCD上（靠右插）就可以了，而當(dāng)我們使用ALIENTEK的OLED模塊時(shí)，則接OLED排針做電源，同時(shí)會(huì)連接到TFT_LCD上（靠左插）的部分管腳，從而實(shí)現(xiàn)OLED與MCU的連接。STM32的LCD接口兼容ALIENTEK各種尺寸的TFTLCD模塊，包括：2.4寸(320*240，電阻屏)、2.8寸（320*240，電阻屏）、3.5寸（480*320，電阻屏）、4.3寸（800*480，電容屏）、7寸（800*480，電容屏）等，同時(shí)還兼容ALIENTEK的0.96寸OLED模塊。USB串口、USB、電源電路：USB電源+5V通過AMS1117-3.3的穩(wěn)壓芯片降壓到3.3V供給MCU,回路中有500mA的自恢復(fù)保險(xiǎn)絲進(jìn)行保護(hù)。通過F1（自恢復(fù)保險(xiǎn)絲）接到右側(cè)，在正常工作的情況下，保險(xiǎn)絲可以直接看成導(dǎo)線，自恢復(fù)保險(xiǎn)絲的作用是，當(dāng)你后級(jí)電路哪個(gè)地方有發(fā)生短路的時(shí)候，保險(xiǎn)絲會(huì)自動(dòng)切斷電路，保護(hù)開發(fā)板以及電腦的USB口，當(dāng)電路正常后，保險(xiǎn)絲會(huì)恢復(fù)暢通，正常工作。發(fā)光電路：一般的LED燈5~10mA就能正常亮。其導(dǎo)通電壓為0.7v，由歐姆定律得：（3.3-0.7）/5~10mA=260R~520R。無(wú)線電路：NRF_CE/NRF_CS/NRF_IRQ連接在STM32F103RCT6的PA4/PC4/PA1上，而另外3個(gè)SPI信號(hào)則和SPIFLASH共用。 系統(tǒng)原理圖：PCB設(shè)計(jì)圖：系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)作品功能及優(yōu)勢(shì)eq\o\ac(○,1)監(jiān)測(cè)室內(nèi)環(huán)境的各項(xiàng)指標(biāo)和人體運(yùn)動(dòng)指標(biāo)，一旦發(fā)現(xiàn)異常通過App推送消息報(bào)警，并提出針對(duì)你和家人的專屬建議。不論你在世界的任何一個(gè)角落，只要有網(wǎng)絡(luò)，家里的環(huán)境狀況盡在掌握。eq\o\ac(○,2)健康手表能記錄人體運(yùn)動(dòng)指標(biāo)，另外還有遇險(xiǎn)時(shí)一鍵撥號(hào)和GPS精確定位的功能，手表界面簡(jiǎn)潔明了，方便用戶查看指標(biāo)。eq\o\ac(○,3)Androidapp界面友好，數(shù)據(jù)可視化，直觀。市場(chǎng)很多app大量使用圖表來表示數(shù)據(jù)，使得用戶體驗(yàn)變得很差，用戶希望看到的控制面板就像是汽車儀表盤一樣，一目了然！所有信息通過儀表盤都能夠簡(jiǎn)單準(zhǔn)確的表達(dá)，更直觀更精確，我們的app界面設(shè)計(jì)就是往者這個(gè)方向設(shè)計(jì)的；eq\o\ac(○,4)Androidapp能夠改善環(huán)境建議和管理個(gè)人健康，適時(shí)為用戶提供一些健康知識(shí)的普及和小貼士；eq\o\ac(○,5)我們的產(chǎn)品對(duì)空氣污染及環(huán)境變化敏感，可以為你維持一個(gè)舒適的居住環(huán)境,環(huán)境的改善可以提高工作效率和改善睡眠質(zhì)量，保障家人健康，孩子、老人和慢性呼吸道疾病患者；eq\o\ac(○,6)Wifi芯片我們采用ESP8266,它在"價(jià)格"、“配置”、“兼容性”上面，同類產(chǎn)品無(wú)人能出其右，同類模塊一般在30-60之間，esp8266模塊價(jià)格為10元左右，極大的壓低了我們產(chǎn)品的的價(jià)格，在價(jià)格上相對(duì)于同類產(chǎn)品具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)測(cè)試測(cè)試儀器及工具數(shù)字萬(wàn)用表電腦STLINK調(diào)試、下載器電烙鐵測(cè)試過程與方法分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試：eq\o\ac(○,1)前期，焊接電路板，首先先焊接64腳的貼片芯片，用刀口烙鐵頭焊接，焊出STM32最小系統(tǒng)，測(cè)試跑馬燈通過，繼續(xù)焊接板上其他電路模塊。圖4.2.1電路板和烙鐵eq\o\ac(○,2)中期，逐步搭載上傳感器，調(diào)試程序，設(shè)計(jì)健康手表的界面。圖4.2.2健康手表UI界面eq\o\ac(○,3)后期，對(duì)AndriodAPP進(jìn)行調(diào)試。先做出顯示界面，再做定位和推送信息的任務(wù)。圖4.2.3AndriodAPP檢測(cè)界面預(yù)期成果eq\o\ac(○,1)作品可以檢測(cè)室內(nèi)溫度、濕度、PM2.5、甲醛濃度和常規(guī)污染指數(shù)和人體健康指數(shù)。eq\o\ac(○,2)作品不是簡(jiǎn)單的模塊拼湊，能夠自己設(shè)計(jì)集成電路,把實(shí)物體積做小，采用貼