基于stm32的居家环境监测系统设计

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

随着社会生活水平不断提升，智能家居逐步走入普通家庭，人们对居家室内环境的关注度不断提高，室内温湿度异常、有害气体挥发泄漏等问题，不仅会降低居住舒适感，还会对人体呼吸系统造成伤害，严重时还会引发安全事故。居家环境的有害气体大多无色无味，依靠人体感官很难及时察觉，传统家庭缺少专门的环境监测设备，部分家庭仅依靠简单家用仪器，只能实现本地简单查看，用户外出之后便无法掌握家中实时状况，难以做到远程监控与风险提前预警。市面上成套的智能家居设备大多整体售价偏高，成套部署成本大，很多普通家庭难以全面普及，部分监测装置只能够采集环境参数，缺少视频画面采集能力，无法直观掌握家中现场状态，在安全事件发生时难以综合研判现场情况。

在此背景下，开发一套低成本、多功能的居家环境监测装置具备很强的现实价值。本系统将环境参数采集、本地显示、声光报警、视频采集与云端远程监测相互结合，能够实时感知居家内部环境变化，当有害气体浓度超标时及时发出本地报警，同时将环境数据与监控画面上传云端，用户在外也可以远程查看家中情况。该设计硬件结构简单，整体成本可控，不需要复杂改造便可以部署在普通住宅，既能够帮助住户及时掌握室内温湿度与空气质量状态，也可以对气体泄漏隐患进行及时告警，降低居家环境安全风险，对普通家庭的居家安全防护、提升居住智能化水平具有实际参考意义，也为低成本家庭环境监测设备提供一种可行实现方案。

1.2 国内外研究现状

国内智能家居与室内环境监测相关技术发展速度较快，国内众多高校与企业围绕物联网环境监测开展大量研究，各类基于单片机的室内监测方案不断涌现。国内研究大多聚焦多传感器数据采集、无线数据上传、云平台数据展示，很多方案可以完成温湿度、空气质量等参数的采集与本地报警，能够借助无线网络将监测数据上传至云端，实现手机端远程查看环境数据。但多数研究方案侧重点有所不同，一部分装置只完成环境参数监测，没有集成视频采集功能，用户仅能够查看数值，无法获取现场画面；部分带有视频监控的成品设备，大多硬件成本较高，系统结构复杂。在低成本嵌入式监测设备领域，很多原型系统更多停留在实验样机阶段，设备的参数联动报警、视频与环境数据同步推送功能还可以进一步完善，面向普通家庭兼顾环境传感与视频监控的一体化简易监测装置仍有较大优化空间，国内研究也在不断向着低成本、多功能、易部署的方向持续推进。

国外在室内环境监测以及智能家居领域起步较早，相关传感检测、物联网通信技术发展成熟，各类室内环境监测产品种类丰富，成熟的商用监测设备检测精度高，系统配套完善，部分设备可以结合大数据算法对室内环境变化进行预测分析，设备的整体集成度较高。国外的智能家居产品偏向整套生态体系，硬件与配套软件联动效果好，但整套设备售价高昂，设备之间大多需要专用生态系统才能够正常使用，设备适配门槛高，不太适合普通家庭小规模简易部署。国外的相关研究更多面向大型建筑、楼宇室内环境监测，侧重于楼宇通风、暖通系统联动调控，针对普通家庭的低成本小型监测终端研究相对较少，很多开源硬件方案的配套服务对国内云平台适配不足，直接拿来使用会存在通信适配困难，因此需要结合国内家庭使用场景，开发适配本土网络环境的一体化居家监测系统。

1.3 研究内容与方法

本设计围绕居家环境监测需求开展整体方案设计，采用嵌入式硬件作为系统主控，结合多种传感单元完成室内环境信息采集，搭建对应的外围硬件电路，完成显示、按键、报警、无线通信以及视频采集相关硬件接口设计，按照模块化思路完成硬件调试。根据系统功能需求编写对应软件程序，实现环境参数读取解析，完成本地界面显示，配置按键交互逻辑，设置阈值判断逻辑实现超标声光报警，编写无线通信程序，完成环境数据与视频画面向云平台的传输，实现远程访问查看。完成软硬件联合调试，对系统各项功能开展测试，排查软硬件存在的问题，不断优化程序逻辑，验证采集、报警、远程监控等功能是否可以稳定运行，完成整套居家环境监测系统的实现。