基于STM32的智能家居环境监控系统的设计与实现-设计说明书
电子校园网 编号：
CJ-32-2022-150-LW
设计摘要：
本论文介绍了一种基于STM32的智能家居环境监控系统的设计与实现。该系统以STM32单片机为核心控制器，结合多个传感器与模块构建了完整的智能家居监测系统。中控部分负责数据采集和处理，并控制输出部分的各个组件。输入部分包括温湿度传感器、甲烷浓度传感器、烟雾浓度传感器、CO浓度传感器、光敏电阻、独立按键和供电电路。输出部分包括OLED显示屏、USB灯、蜂鸣器和WIFI模块。通过OLED显示屏，用户可以实时查看传感器检测到的数值和通过设置的阈值。当光照强度低于设定阈值时，USB灯将亮起，当烟雾浓度超过设定阈值时，蜂鸣器将发出警报。此外，系统还可以通过WIFI模块将检测到的数值发送到手机端。通过该系统，用户可以实时监测家居环境，并采取相应的措施来提高生活质量和安全性。本设计具有简单、可靠、实用的特点，为智能家居领域的研究和应用提供了一种有效的解决方案。
关键词：单片机；WIFI模块；光敏电阻；烟雾浓度传感器
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光照检测方案的选择
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 MQ-2型烟雾传感器
3.5 DHT11温湿度传感器
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 处理函数流程图
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 光敏电阻控制灯实物测试
5.5 刺激性气体实物测试
结 论
参考文献
致 谢
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
当今家居生活中面临各种环境与健康安全问题，一些潜在的环境因素会影响人们的身体健康，比如说空气湿度低的时候，气候太干，容易让人患上呼吸系统的疾病。当环境温度过高时，可能会使人中暑，出现头昏、恶心和呕吐等身体不适症状；像，天燃气泄漏引起爆炸的事故频发，据统计，导致天燃气爆炸事故多是因为煤气灶使用不当，或操作不当，而引起煤气泄漏，造成事故。微小的可燃有毒气体外泄，人们不易察觉，从而导致事故的发生，虽然我们一般觉察不到这种潜在的周围环境变化，但是我们对健康及相关因素关注意识正在不断增强。因此,人们对高品质生活环境的追求越来越强烈，所以居住环境的各种参数得到了大家的广泛重视。
随着智能化与信息化的快速发展，智能环境监控成了人类关注的话题。智能家居环境监控通过物联网技术将家中的各种设备（如照明系统、火灾检测系统、空调控制、安防系统，报警控制等）连接到一起，提供家电控制、照明控制、智能温湿度调节、室内外遥控、防盗报警以及环境监测等多种功能和手段。与普通家居相比，智能家居环境监控不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境，而且提供全方位的信息交互功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式帮助人们有效安排时间。基于此，我们研究了基于STM32的智能家居环境监控系统，主要实现以下功能：我们用WIFI连接手机，用手机查看数据设置各项检测对象的阈值；然后利用温湿度传感器、CO、甲烷传感器监测温湿度和CO、甲烷等信息，用烟雾传感器监测室内烟雾浓度；烟雾浓度高于设定值时蜂鸣器报警，并会在手机上显示。此外还利用了光敏电阻监测光照，然后光照度比较暗时则USB自动打开。该设计增强家居生活的安全性，便捷化，给人们带来更好的生活体验。
1.2 国内外研究现状
家居是整个社会人民生活的重要一部分内容,当前随着经济的不断发展,国民生活方式与观念日益产生较大的变化,而人们对家居智能化生活环境的要求不断提高.在这种背景下,我们必须要掌握和学习物联网智能家居监测系统及相应的管理办法,2019年尹小曼，马俊，陈博行，方卫强主要通过对室内环境嵌入式监测器进行设计,并且对智能家居环境监测系统框架详细的剖析与探究,从而以AT91SAM9G10作为微处理器的嵌入式硬件平台,最终对传感器及模块和终端应用层的设计原理再一次阐述,完成linux操作系统的移植和用户交互图形界面的功能测试工作[1] 。
2020年张梦龙，凌六一，汪磊，秦晓伟发明公开了一种单片机控制的智能家居环境监测装置,它主要包括主控模块,检测模块,通信模块,执行模块,电源模块;所述主控模块包括STM32F103控制器,显示屏;所述检测模块包括温湿度传感器,PM2.5传感器,甲醛传感器,一氧化碳传感器,A/D转换器;所述通信模块包括蓝牙模块,GPS模块;所述执行模块包括蜂鸣器和发光二极管;所述电源模块包括锂电池,充放电模块;本发明能够检测到环境的温湿度,PM2.5,甲醛和一氧化碳气体含量,显示在显示屏上,检测气体浓度超过预设值时,发出报警信号使发光二极管闪烁并通过蓝牙模块将信息传送到手机,保证用户的安全;还可以通过蓝牙与门外门铃按钮相连接;装置具有给移动设备充电和定位防止丢失功[2] 。
2020年拉胡尔，OP Sahu，G Verma本文重点介绍家庭用品和组织等小规模区域的空气污染、声级和周围环境监测，或基于农村地区的成本效益和用户友好型基于软件的计量基础设施。它是一个集成系统，可根据NAMP，声级，环境温度和烟雾浓度在高精度环境中监测空气污染和AQI。设计和开发专用的VI面板，用于分析带或不带温度补偿的AQI。它涉及使用各种气体传感器来感测各种 气体，这些气体通过 NI my-RIO DAQ 模 块 通过 Wi-Fi 标准 FPGA 技术采集。它有一个不智能功能，如数据记录，警报机制，以及有和没有温度补偿的AQI精度比较。整个设置与 虚拟面板相连接，用于监测参数，并使用 LabVIEW 软件检查空气质量指数、声级和不同气体浓度的状态[3] 。
最近的技术和现代生活方式的进步使得在室内环境中度过很长时间是不可避免的。在高温高湿和污染的地区，这会对人们的健康造成严重的危害。2020年L 弗莱万，拉贾布为室内空气质量的连续监测提供了一种解决方案，通常使用空气采样和实验室分析来完成。该系统由一个核心微控制器组成，该微控制器从温度，湿度，CO2，CO，VCO和LPG等多个传感器获取数据。微控制器将采集的数据记录在在线数据库上。可以使用为此目的构建的专用应用程序来查看和分析重新编码的数据。该应用程序会继续读取数据，并在某些浓度水平超过用户设置的限制时提醒用户[4] 。目前的系统成功地提供了一个连续监测系统，该系统可以提供检查空气质量的方法，并提供一个综合解决方案，提供几个要测量的参数，表明室内空气质量。
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
该设计是基于STM32的智能家居环境监控系统，采用STM32单片机作为核心控制器。系统包括中控部分、输入部分和输出部分。中控部分负责数据采集、处理和控制输出部分。输入部分由温湿度传感器、甲烷浓度传感器、烟雾浓度传感器、CO浓度传感器、光敏电阻、独立按键和供电电路组成。输出部分包括OLED显示屏、USB灯、蜂鸣器和WIFI模块。系统通过OLED显示屏实时显示传感器数值和阈值，当光照强度低于阈值时，USB灯亮起，当烟雾浓度超过阈值时，蜂鸣器报警。同时，系统可通过WIFI模块将数据发送到手机端。该设计简单、可靠、实用，为智能家居领域提供了一种有效的解决方案。
