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stm32单片机在智能家居的应用

【摘要】在经过蒸汽革命、电气革命后,世界已经步入到以电子信息技术为主的第三次技术革命,色彩斑斓的网络世界、智能舒适的现代家居无一不在彻底的改变着人们的生活.尤其是物联网背景下,传统家居日益智能化,包括电视、灯具、插座、窗帘、安防等等设备都出现智能化、自动化趋势,甚至通过语音就可以直接进行控制.本研究即是基于stm32 单片机,讨论其在现代智能家居中的应用.

【关键词】智能家居 stm32 单片机无线通信

一、stm32 单片机介绍

单片机即是单片微型计算机的简称,将CPU、RAM、ROM 等单独芯片集中于一个芯片上,stm32 单片机其性能已经接近计算机CPU,是一种中低端的微型处理器.且具有市场程度化高、成本低廉、能耗低、性能稳定的优势.在本文设计中所选择的stm32 单片机能够满足多路数据处理的要求,模块化的设计也提升了无线通信的可扩展性与兼容性.因此可以将之作为智能家居开发的核心部件,作为智能家居的大脑控制整个系统的运行.以家庭WIFI 为通信工具,对各个感应模块进行控制,进而实现家居的智能化和便捷化控制.

二、通信系统的选择

智能家居的控制是需要信息传输和指令传输保障的,目前家居中常用的通信技术有WIFI、蓝牙两种,也是最为普及的.在通信系统选择中主要考虑其抗干扰性、信息传输速率、能耗以及应用成本四个方面.例如在室内信号传输中经常会遇到类似的设备和墙体的阻碍,如果抗干扰性较低则会影响信号的传输,影响系统的稳定性.而如果功率和能耗过高,又会产生散热问题、资源浪费问题.相比而言,蓝牙是比较传统的无线通信技术之一,虽然其借助手机可以实现对其他设备的控制,但其缺点在于传输距离较短,一般为10-30mm 之间,而且传输速率较慢为1Mbps.传输距离和速度难以满足日益增长的通信需求.WIFI 是借助家庭路由器实现的无线局域网技术,将有线信号转化为无线信号,几乎所有的智能手机、平板电脑等电子设备都可以接收.覆盖范围广,普及度高适合在智能家居中应用.

三、智能家居功能模块

目前市场是智能家居产品较多,大致涵盖了灯光、窗帘、火警、安防、空调等,主要集中于生活舒适、安全的角度进行开发.因此本研究中根据这几个重要智能家居设备实现了集中控制,集合了室温调节模块、光线强度检测模块、火警报警模块、红外安防模块四个部分.每个模块单独对相应的信息进行采集并传输给微处理器,在对数据进行分析后由微处理器发出指令完成家居智能化操作.

1. 室温调节模块.室温调节与控制是智能家居的主要组成部分,也是最为实用的部分.例如在设定好室温之后,如果室温过高,室温调节模块就能够自动调节至人体最舒适的温度,对于室内的舒适度具有重要促进作用.该模块主要包括温度检测和空调开关控制组成.采用DHT11 温度传感器为核心,借助电路来实现空调的自动开关,实现室温的调节.当室温高于或者低于设定值时,继电器工作自动调节室温.温度传感器是由stm32 单片机为其提供3.3V 电压工作,通过PCO 端口与之连接实现数据的传输.

2. 光线强度检测模块.光线强度检测模块主要作用于灯光控制和窗帘控制,以达到控制室内光照强度和光线强弱的目的.在室内灯光检测中,如果室内灯光较暗电路就会控制LED 自动点亮,光照明亮时就会自动实现灭灯.窗帘的控制则在GDZ 光照强度传感器的作用下实现自动开合.如夏季光照强度约为3 万-30 万Lux,此时GDZ 感受到强光照射时,就会自动关闭窗帘.而室内白炽灯的光照强度为30Lux,不会收到影响而出现失真.在阴雨天时由于光照强度较低,则可以通过切换键直接进行手动控制模式,避免出现阴雨天自动关闭窗帘情况的出现.

3. 火警报警模块.在家庭中导致火警触发的因素十分多元,虽然现代建筑已经融合自动火警装置,但大多是烟雾传感,存在无法对易燃气体进行检测的缺点.基于此在智能家居中融合了燃气检测模块,采用MQ-2 对室内的各种燃气进行检测并通过stm32 单片机发送控制指令,或者报警或者通知用户.MQ-2 传感器可以通过导电率来检测室内空气中的燃气浓度,当室内存在可燃气体时,传感器的导线率就会增加,因此简单的电路都可以将导电率的变化转换为燃气浓度变化的输出信号.具体灵敏度高、性能稳定的特点,检测范围从300-10 万ppm,几乎涵盖日常生活中常见可燃气体.实际工作中MQ-4 传感器所需的5V 电压由stm32 单片机提供,并与处理器上的PA.5 端口连接,实现数据的传输.

4. 红外安防模块.红外安防主要保障室内安全,避免陌生人的进入.主要是借助红外线探测信号,当有人遮挡住红外线时就会触发报警；遇到动物或者其他物体遮挡时候,则会通过WIFI 传输给处理器进行处理,业主可以通过APP观察.回到家中后即可以主动解除布防.红外感应模块采用HC-SR501.该模块采用德国原装进口的LH1178 探头及BISS0001 处理芯片,热释电元件对人体红外辐射敏感,灵敏度高、性能好、安装调试方便,检测到人体红外信号后会报警.整体结构与工作流程如下图1 所示.

从上图可以看出基于stm32 的智能家居系统是按照功能划分的,以功能模块为主构建系统可以有效降低系统的复杂度,这也方便以后对硬件系统的维护和优化.从硬件系统上可以将之划分为三个主要部分,第一部分是控制系统,包括数据收集模块和控制模块,其中的核心即是stm32 单片机,所有的控制都是由该主控模块实现.第二部分是信号采集模块,这也是决定智能家居是否智能的决定性因素.在本设计中集成了温湿度、光照、气体、红外等检测系统,对环境数据进行检测和收集并将之传输至中控系统,微处理器根据数据信息作出针对性的反应并发出信号指令.除信息采集和中控系统外,为提升智能家居的便捷性,在系统设计中也需要将自主控制终端进行融合.例如在阿里巴巴、百度等企业推出的智能声控系统的基础上,可以针对性的设计一些智能家居声控系统,或者以手机APP 的形式实现对智能家居的主动控制.

四、结束语

智能家居是未来家庭设备发展的潮流,本文选择stm32单片机作为处理系统在智能家居系统中融合了生活常用功能,实现家居设备的智能化调节.stm32 单片机技术成熟、低成本、低能耗也有效提升设备的稳定性.借助智能手机和软件系统也可以主动进行操作,让智能家居更加便捷.

智能家居论文范文结:

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