基于STM32智能家居系统设计-设计说明书
电子校园网 编号：
CJ-32-2022-146-LW
设计摘要：
本论文设计了一种基于STM32单片机的智能家居系统。该系统通过中控部分获取输入部分的数据，并通过内部处理控制输出部分的模块。输入部分包括三轴加速度传感器、烟雾传感器、光敏电阻、声控模块、独立按键和供电电路。输出部分包括OLED显示模块、舵机、继电器、USB灯、蜂鸣器和WIFI模块。通过这些模块的组合与控制，智能家居系统能够实现人体摔倒检测、烟雾浓度检测、光照强度检测、语音控制家电、界面切换、设置阈值和提醒锻炼等功能。同时，系统可以在手机端显示检测到的数值，并实现远程控制家电开关。该系统具有较好的实用性和扩展性，为智能家居领域的发展提供了一种有效的解决方案。未来的研究可以进一步完善系统的功能和性能，以满足用户对智能家居的不断增长的需求。
关键词：单片机；WIFI模块；光敏电阻；语音模块
字数：11000+
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摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
1.2 国内外研究现状
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 电源方案的选择
2.4 显示方案的选择
2.5 温度检测方案的选择
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
3.2 主控电路设计
3.3 显示模块
3.4 超声波测距模块
3.5 SU-03T语音识别模块
4 系统程序设计
4.1 编程软件介绍
4.2 主程序流程设计
4.3 按键功能图
4.4 显示函数流程图
4.5 显示函数流程图
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 连接WIFI实物测试
5.3 设置阈值实物测试
5.4超过阈值报警实物测试
5.3 语音控制实物测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
智能家居在现代家庭生活中，扮演了愈发重要的角色，深入参与了我们的生活，为日常居家和出行提供了非凡的便利性。对智能家居产品来说，最重要的是以实用为核心，摒弃掉那些华而不实，只能充作摆设的功能，产品以实用性、易用性和人性化为主。
在设计智能家居系统时，应根据用户对智能家居功能的需求，整合以下最实用最基本的家居安全提示和语音控制家居等功能，比如，安全，是人类生活永恒的主题，在当前的社会生活环境下，安全问题显得尤为突出，采用高科技的手段实现安全防范是当前保障人生、财产安全的明智选择。随着时代的发展，国民生活水平逐渐提高，出差、旅游逐渐成为现代人类生活中不可或缺的重要内容，短时间的出门可能需要一到两天，长时间的有的会长达半个多月。这段时间内，安防问题有很大的隐患，人们一定会担心家中会不会让小偷乘机而入的问题以及家中是否发生煤气泄漏和火灾现象；同时随着家庭智能化的发展，如果人们可以通过自身产生的声音来对室内的特定电气设备进行控制，如控制智能电视的开启等，可以提高家庭的智能化水平和住户的便捷性。
同时还可以拓展诸如为老人服务的增值功能，使老龄化人群能够真正体验并且接受智能家居为生活带来的福利.从老年人的角度出发,研究智能家居的研发过程中情感化设计的理念.创造符合老龄化人群生活特点和思维行为方式的智能家居产品.现代人更加追求高效率,高质量的生活,因此智能家居的发展也在人们日常生活得到了很大的完善.对于一些特殊群体,智能家居的研发过程更需要研究人员理解情感化设计的理念,从老年用户的角度出发,关注他们迫切的家居需求[5]。
综上考虑，本设计是基于STM32智能家居系统设计，主要实现以下功能：我们通过按键设置烟雾浓度阈值，设置定时时间提醒吃药；还可以通过语音识别模块控制家居；同时利用光敏电阻获取光照度，烟雾传感器检测当前烟雾浓度和三轴加速度传感器检测人是否摔倒，并通过OLED显示光照强度、烟雾浓度和是否摔倒；此外我们可以用WIFI连接手机，通过手机查看数据和控制家居。该设计充分考虑到用户体验，操作的便利化和直观性。
1.2 国内外研究现状
随着科技的进步,人们在生活舒适性与便利性的认识和要求上不断提高,家居的智能化逐渐走入大众的视野.华厚强，戴奎以STM32单片机系统为操作系统,利用温湿度传感器和烟雾,光照传感器等感知室内信息,经由主控制器对参数进行处理来自动控制加湿器,空调和窗帘等的开关,以达到对室内舒适度的智能调节;并采用OLED模块显示出当前的温度,湿度情况以及光照强度等相关参数.该系统的程序于MKD5软件上开发完成.经过不断调试和完善,实现了系统的稳定运行,能够自动调节室内环境.该智能家居控制器系统设计简单便捷,容易操作,且节能,成本低,具有较高的使用价值,可以进一步提高人们对家居智能化的基本认识[1] 。
随着科技的不断进步,社会信息化的脚步也在加快,通讯、信息科技与人们的工作和生活的联系日益紧密。人们在信息化社会大环境下,生活方式与工作习惯也在不断发生改变。在家居环境方面,不仅满足于住得舒适,对家居的智能控制成为时下人们对生活质量提高的一种新的需求。人们对家居的关注更多的是一个安全、方便、舒适、可控制的智能居家环境。智能家居已经成为人们对美好生活的向往的表达方式。 智能家居控制系统是以有线和无线的形式连接起来的信息传输网络为硬件平台,各种网络技术为软件支撑平台,通过现场总线把家庭生活中使用的通信设备、家居设备、家庭安全防范设备连接成一个完整的、能够实现自动控制的一个控制系统。通过这个控制系统将整个家庭中能够连接到网络是的所有电气设备有机的整合到一起,并对这些设备进行有效的控制,形成功能完善的智能家居系统。 姜宇航通过对不同用户的走访,从人们对智能家居的使用和期望中分析用户的使用需求。从人们对智能家居控制系统使用的实际需要出发,在对国内外以物联网技术发展为基础智能家居控制系统技术的发展和应用深入研究后,提出了一套基于物联网智能家居控制系统的解决方案。给出了该智能家居控制系统终端的设计和实现方法,详细阐述了基于RS-485和GPES通信方式的智能家居控制终端的总体设计方案[2]。
针对目前市售的综合性智能家居系统中存在的使用成本高,普及率低,老年人智能交互困难,信息安全性较低等问题,利用语音识别,语音合成,红外编码自学习,无线通信,双层保护机制,双重模式切换,电池充放电,电压转换等技术,2021年彭井花，胡永森提出了一种无需联网的用于智能家居的语音控制方法.经测试,该方法实现了智能家居的语音控制,且具有使用简单,性能稳定和生产成本低等优点[3]。
随着中国人口老龄化问题日益严重,老年人口数目日益增多,并且老年人多有腿脚不便的情况,导致一些基本生活活动,如如厕和行走等动作完成比较困难.为解决老年人的如厕和行走等基本生活活动的问题,设计出一款基于语音识别技术的老年人生活辅助设备,给老年人提供了极大的方便.主控芯片选用STM32F103VET6;结合单片机语音识别模块和语音合成模块实现设备的语音控制和语音提示[4]。
与上述几种设计方案相比，该设计方案更加方便易懂，便于实际操作，价格低廉，在集成电路的选择上更易于使用和精巧。
1.3 课题主要内容
本论文介绍了一种基于STM32单片机的智能家居系统设计。该系统以STM32单片机为核心控制器，结合其他模块构建了一个功能完善的智能家居系统。系统包括中控部分、输入部分和输出部分。中控部分采用STM32单片机，用于获取输入数据并进行处理控制输出。输入部分由六个模块组成，包括三轴加速度传感器、烟雾传感器、光敏电阻、声控模块、独立按键和供电电路。输出部分包括OLED显示模块、舵机、继电器、USB灯、蜂鸣器和WIFI模块。通过这些模块的组合与控制，系统实现了人体摔倒检测、烟雾浓度检测、光照强度检测、语音控制家电、界面切换、设置阈值和提醒锻炼等功能。同时，系统可以在手机端显示检测到的数值，并实现远程控制家电开关。该智能家居系统具有实用性和扩展性，为智能家居领域的发展提供了一种有效的解决方案。未来的研究可以进一步完善系统的功能和性能，以满足用户对智能家居的不断增长的需求。
