基于stm32的智能家居项目设计报告

项目设计报告

智能家居监控系统的总体设计框图如下图所示。该系统采用的主要模块是STM32F407ZE系列的单片机，负责对信息的接收和处理，将各个模块收集到的模拟信号转换成数字信号，以便OLED屏显示出来。而智能家居监控系统需要实现监控温湿度、光照强度、密码开锁等信号并及时的做出回应。本课程设计了一款智能家居环境监测报警系统，能够实时监测火灾、光照强度等温湿度异常、外人闯入等危险状态。

图1 智能家居系统框图

该智能家居监控系统由超声波模块、温湿度模块、光敏电阻、OLED 显示模块、蜂鸣器报警模块、LED显示以及按键输入模块组成基本的检测外设，由STM32F407ZE来对各个外设进行控制。其中超声波模块、温湿度模块和光敏电阻将检测到的一些外界环境因素的变化，转换成相应的电压变化，这便有利于在OLED显示屏等观察到相应的现象。

本系统是典型的嵌入式技术应用于测控系统，以嵌入式为开发平台，系统以32位单片机STM32F407ZE为主控制器对各传感器数据进行采集，经过分析后去控制各执行设备。

硬件电路部分为：微控制器最小系统电路、数据采集电路（光敏电路、温湿度传感器、超声波模块）、输出控制电路（OLED显示屏、蜂鸣器、发光二极管）组成。

图2 LED电路图

其发光二极管一段连接3.3V的电源，而另一端则连接着

STM32F407ZE单片机的GPIO口，同时可以看出当外设给一个低电平时，发光二极管则被点亮。

图3 按键电路

但按键按下时，则输出一个低电位；当按键不按时，则输出高电位。

图4 蜂鸣器电路

当输入一个高电平时，三极管将处于导通状态，此时蜂鸣器将正常工作；而当输入一个低电平时，三极管将处于截止状态，无法正常工作。

图5 串口电路图

串口的RXD和TXD分别连接STM32F407ZE单片机的U1_TX和U1_RX，分别表示数据的接收和传输；而串口UART1的3、4口连接A—A口线的两端，用于对数据的传输。

图6 光敏传感器电路图

其原理利用的是光敏二级管对光照强度的敏感性，通过光照强度的不同，其光敏二极管的导电率也会发生相应的改变，从而使R24的电压值发生改变，从而导致输出电压的大小发生改变。

软件设计：主要控制光敏电阻电压采集处理与控制部分、温度采集处理与控制部分、霍尔传感器报警部分和辅助指示部分。数模转换（ADC）外设用于将连续的模拟电压转换成离散的数字量。ADC模块含有一个可编程的序列发生器，它可在无需控制器的干扰的情况下对多个模拟输入进行采样。同时我们采用I2C模块，I2C为两线式串行总线,由PHILIPS公司开发用于连接微控制器及其外围设备。它是由数据线SDA和时钟SCL 构成的串行总线，可发送和接收数据。在CPU与被控IC之间、IC与IC 之间进行双向传送，高速IIC总线一般可达400kbps以上。同时通信方式为半双工。

设计的过程中，我们是分模块进行的，也就是说先实现单个模块的功能，最后在进行整合。我们首先做的是控制LED灯的显示以及蜂鸣器的报警，这个部分主要是利用库函数编程的方式来对相应引脚的进行配置，然后通过一个按键来点亮LED灯以及蜂鸣器报警的功能；紧接着，我们依次实现了超声波测距的功能、温湿度的监测功能以及光照强度的监测功能；我们最后做的是串口发送密码以及OLED屏幕显示模块；在整个设计中，我主要负责的是LED灯的显示、蜂鸣器的报警、超声波测距模块的设计以及硬件的连接。

超声波测距功能的实现：本模块可以实时监测距离，并把监测数据动态地显示到OLED屏幕上，而且，当测量距离小于等于20cm时，蜂鸣器报警；当测量距离大于20cm时，蜂鸣器不报警。

图7 测量距离小于等于20cm

光照强度监测功能的实现：本模块可以实时地监测光照强度，并把数据动态显示到OLED屏幕上，当光照强度很弱时即监测到的数据大于等于350时，实现LED跑马灯的功能；当光照强度很弱时即监测到的数据大于等于350时，关闭LED灯。

图9 监测数据大于等于350

图10 监测数据小于350

温湿度监测功能的实现：本模块可以实时监测距离，并把监测数据动态地显示到OLED屏幕上，TEMP表示温度，HUMA表示湿度。

图11 温湿度显示

串口发送密码功能的实现：本模块可以实现密码的输入，当密码输入正确是，唤醒OLED屏幕，显示主页面。

图12 串口显示

图13 主页面

硬件部分：整体接线图如图14所示。

图14 硬件整体接线图

这一次的课程设计，不仅让我学到了很多关于单片机STM32的相关知