第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

在城市化进程加速与居民生活品质提升的双重驱动下，智能家居作为物联网技术的重要应用领域，正从单一设备智能化向多设备协同化、场景化方向演进。现代家庭对居住环境的需求已不再局限于基础的温湿度调节，而是延伸至空气质量监控、安全防护、远程管理等多元化场景。例如，冬季室内供暖易导致空气干燥，传统加湿器固定于某一位置，难以兼顾不同房间的湿度平衡；同时，独居人群或外出时，家庭安防与环境异常（如燃气泄漏、火灾隐患）的实时监测需求迫切，但现有安防设备与环境设备多独立运行，数据不通、控制分散，既增加了用户操作负担，也可能因响应延迟引发安全风险。  

当前市场上的产品存在明显局限：一方面，环境调控设备（如加湿器）功能同质化严重，缺乏移动性与智能联动能力，无法根据不同区域的实时环境参数动态调整工作状态；另一方面，安防设备与环境设备的集成度低，用户需分别操作多个终端，且部分设备依赖人工干预（如手动加水、手动切换模式），智能化水平不足。此外，远程控制的稳定性与数据交互的实时性仍需提升，难以满足用户对“随时随地掌控家居状态”的需求。  

本设计基于STM32F103C8T6构建移动加湿与安防一体化系统，通过整合多传感器数据采集、智能决策、远程通信与移动载体技术，实现环境调节与安全防护的协同运行。其核心价值在于：一是打破设备功能壁垒，将加湿、温湿度监测、空气质量检测、火灾预警、入侵检测等功能集成于可移动平台，提升空间覆盖的灵活性；二是通过阿里云平台与APP实现全场景远程管控，解决传统设备操作繁琐、响应滞后的问题；三是通过自动/手动模式切换与智能算法（如超声波避障），降低用户干预成本，适配多样化使用场景。  

该设计不仅满足了用户对家居环境“舒适+安全”的双重需求，更推动了智能家居设备从“单一功能”向“多能协同”的升级，为物联网技术在家庭场景中的深度应用提供了实践范式，具有较强的实用价值与推广意义。

1.2 国内外研究现状

在智能家居与移动机器人融合领域，国内外已展开多维度研究，形成了各具特色的技术路径与应用方向。  

国外研究起步较早，侧重技术集成与场景适配。例如，日本在家庭服务机器人领域，将环境监测与移动功能结合，推出的小型移动平台可搭载温湿度传感器实现定点环境调控，但加湿功能多为附加模块，未形成与安防系统的联动；欧美国家则聚焦安防与远程控制的深度整合，如通过ZigBee或Wi-Fi协议实现传感器网络与云平台的数据交互，其安防机器人可实现人体红外检测与异常报警，但环境调节功能单一，且设备成本较高，难以普及至普通家庭。此外，国外在超声波避障与自主移动算法上较为成熟，如基于SLAM技术的路径规划，但在功能轻量化与多模块协同优化上仍有提升空间。  

国内研究近年来发展迅速，更注重实用性与成本控制。在加湿设备方面，国内企业推出了具备远程控制功能的智能加湿器，通过APP实现湿度阈值设定与自动启停，但多为固定安装，缺乏移动性，无法满足多空间动态加湿需求；安防领域，基于STM32单片机与ESP8266模块的低成本安防系统已较为普及，可实现人体入侵、火焰检测与远程报警，但与环境调控设备的联动性不足。同时，国内在移动机器人底盘设计上积累了丰富经验，如基于L298N或TB6612的电机驱动方案已广泛应用于教育与家用机器人，但将加湿、安防、环境监测等功能集成于同一移动平台，并通过阿里云等国产云平台实现高效远程管控的研究仍处于探索阶段，尤其在多传感器数据融合算法、自动/手动模式平滑切换等关键技术上，尚未形成成熟的解决方案。  

总体而言，国内外现有研究在单一功能（如加湿、安防、移动控制）上已取得一定成果，但在多功能集成的协同性、场景适配的灵活性以及成本与性能的平衡上仍存在不足。因此，研发一款集移动加湿、多维度安防、远程智能控制于一体的低成本系统，既是对现有技术的补充与优化，也符合国内智能家居市场对多功能、高性价比产品的需求，具有明确的应用价值与研究意义。

1.3 研究内容与方法

本设计以STM32F103C8T6为主控核心，研究内容涵盖硬件集成与软件开发两方面。硬件上，搭建由水位传感器、温湿度传感器、MQ系列空气质量传感器、火焰传感器、人体红外传感器、超声波模块构成的感知层，结合L298N电机驱动模块实现小车移动，通过ESP8266模块接入阿里云平台，形成“感知-控制-通信”一体化硬件架构。软件层面，开发基于STM32的主程序，实现传感器数据采集、逻辑判断（如湿度阈值控制加湿、异常状态报警）、自动/手动模式切换及超声波避障算法；同步开发阿里云平台数据交互协议，确保手机APP远程查看参数与控制功能的实现。研究过程中，通过模块化调试与系统联调优化硬件兼容性，借助仿真与实际场景测试完善软件逻辑，最终实现移动加湿与安防功能的协同运行。