基于STM32的家居環(huán)境檢測和智能家電控制系統(tǒng)

周云

摘要：隨著物質生活水平的不斷提升，人們對家居的智能化要求也在不斷提升。而設計一套基于STM32的家居環(huán)境檢測和智能家電控制系統(tǒng)，則能夠幫助人們更好的進行家居環(huán)境的調節(jié)，從而滿足人們對家居環(huán)境的要求?；谶@種認識，本文對該種智能家居系統(tǒng)進行了構思，并且對其設計問題展開了探討，從而為關注這一話題的人們提供參考。

關鍵詞：STM32 家居環(huán)境檢測 智能家電控制 系統(tǒng)設計

中圖分類號：TP273.4 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）08-0025-01

隨著科學技術的發(fā)展，人們的居住環(huán)境也逐漸實現(xiàn)了舒適化和智能化的發(fā)展。以住宅為平臺，并以智能家居系統(tǒng)設計為核心，則能夠利用現(xiàn)代通信技術、計算機技術和控制技術實現(xiàn)家居環(huán)境檢測和智能家電控制，從而為用戶遠程監(jiān)控自己的家居狀態(tài)提供便利。因此，相信隨著相關技術的發(fā)展，智能家居系統(tǒng)也將得到廣泛的應用。

1 家居環(huán)境檢測和智能家電控制系統(tǒng)分析

從系統(tǒng)網(wǎng)絡結構上來看，智能家居系統(tǒng)的中間主機將起到重要的連接作用，不僅需要利用外部網(wǎng)絡與客戶端連接，還要利用物聯(lián)網(wǎng)與智能家電連接。所以，想要設計家居環(huán)境檢測與家電控制系統(tǒng)，還要做好控制主機的設計。而系統(tǒng)遠程控制的實現(xiàn)，則能夠利用有線或無線方法實現(xiàn)客戶端與主機的連接，因此也將關系到系統(tǒng)能否成功實現(xiàn)通信。所以在設計家居檢測和家電控制系統(tǒng)時，需要將其劃分成控制主機和遠程客戶端兩部分。利用系統(tǒng)客戶端，可以幫助客戶隨時隨地進行家庭環(huán)境和家電的監(jiān)控。就目前來看，可以利用手機APP實現(xiàn)智能家居遠端控制。在家電控制方面，需要將各個智能家電進行聯(lián)網(wǎng)。具體來講，就是將家電連接到物聯(lián)網(wǎng)中，從而使系統(tǒng)客戶端利用物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)智能家電數(shù)據(jù)的采集，然后通過繼電器輸出控制對智能開關和相應家電進行控制。此外，在環(huán)境監(jiān)測方面，可以利用傳感器進行家居環(huán)境溫濕度的檢測，然后將數(shù)據(jù)傳輸至云端存儲，以便為客戶進行家電控制提供依據(jù)。

2 基于STM32的家居環(huán)境檢測和家電控制系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)芯片選擇

在系統(tǒng)設計之處，還要做好主控制器芯片的選擇，以確保系統(tǒng)功能能夠實現(xiàn)。而STM32單片機具有32位處理器，具有較強的抗干擾能力和執(zhí)行速度，同時也擁有著豐富的接口資源，可以較好的實現(xiàn)系統(tǒng)通信。STM32F107VCT6為互聯(lián)型單片機產品，其具有Cortex-M3內核，能夠支持JTAG調試和串行接口調試，并且擁有以太網(wǎng)功能。使用該型號單片機作為系統(tǒng)主控芯片，能夠達到72MHz工作頻率，并且擁有256K內存和64K靜態(tài)存儲器[1]。此外，該芯片擁有豐富的接口，并且擁有80個輸入輸出接口，也能夠支持低功耗省電模式。

2.2 最小系統(tǒng)設計

根據(jù)系統(tǒng)設計構思，可以為系統(tǒng)主控芯片最小系統(tǒng)配備復位電路、電源和外部晶振。而系統(tǒng)的VBAT引腳將用于接入外部蓄電池，可以直接連接電容，然后連接到3.3V穩(wěn)壓源上。最小系統(tǒng)的啟動模式則由BOOT0和BOOT1決定，可以實現(xiàn)多種模式的調試。為簡化系統(tǒng)設計，可以將最小系統(tǒng)啟動模式直接設定為閃存啟動模式。在該模式下，系統(tǒng)BOOT1將為0或1。在進行系統(tǒng)引腳連接時，需確保系統(tǒng)引腳懸空。

2.3 以太網(wǎng)模塊設計

為實現(xiàn)系統(tǒng)通信，需要選擇RMII接口進行以太網(wǎng)模塊設計。而STM32F107自帶以太網(wǎng)介質訪問控制器，為減少系統(tǒng)數(shù)據(jù)線連接，可以將6腳置低，39腳置高。利用電阻，則可以將39腳與6腳連接[2]。為節(jié)省系統(tǒng)成本，可以在芯片上設計頻率輸出。為確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，可以使用外部晶振為電路提供時鐘。而該晶振需要與DP83848C的34腳和STM32F107的24腳連接，以便使PHY和MAC的時鐘得到統(tǒng)一，繼而確保以太網(wǎng)能夠正常工作。

2.4 檢測模塊設計

在設計系統(tǒng)檢測模塊時，需要進行溫度傳感器、濕度傳感器和光照度傳感器的使用。使用DS18B20溫度傳感器，可以直接與系統(tǒng)主控芯片連接，并且對引腳無特殊要求。使用HONEYWELL濕度傳感器，能夠獲得良好的線性，并且傳感器本身靈敏度較高。在對該傳感器的數(shù)據(jù)進行采集時，還需要使用ADC進行數(shù)據(jù)采樣，并且選擇可以映射的ADC引腳進行硬件連接。此外，可以選擇BH1750FVI光強度基層電路作為光照傳感器，需要利用I2C接口與其數(shù)據(jù)線和時鐘線連接起來。

2.5 控制模塊設計

想要系統(tǒng)的進行智能家電的控制，需要利用WiFi收發(fā)電路與控制終端APP進行數(shù)據(jù)交換[3]。利用該模塊，可以將智能家電與家庭路由器連接，然后利用廣域網(wǎng)或局域網(wǎng)實現(xiàn)系統(tǒng)通信。而為實現(xiàn)對電器開關的自動切換，還要使用繼電器控制開關進行家電控制。針對智能開關、電動窗簾和智能插座等智能家電，需要使用繼電器為核心執(zhí)行節(jié)點實現(xiàn)家電控制。通過將手機中APP的開關按鍵與智能家電的開關按鈕對應起來，用戶就可以進行智能家電的遙控。在點擊相應按鍵后，系統(tǒng)將完成信息的檢測，然后將信息傳遞到服務器中，并且進行相應控制指令的發(fā)送。

3 結語

總之，將STM32當成是主控芯片進行智能家居系統(tǒng)的設計，將能使系統(tǒng)獲得易控制、成本低和抗干擾的優(yōu)點。在此基礎上，通過進行系統(tǒng)的最小系統(tǒng)、以太網(wǎng)模塊、檢測模塊和控制模塊的設計，則能夠實現(xiàn)對家居環(huán)境檢測和智能家電控制，從而更好的為人們提供服務。

參考文獻

[1]韓曉英，張方櫻，朱靜.基于STM32單片機的智能家居控制系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].硅谷，2013，12：14-15.

[2]蔡紅娟，翟晟，蔡苗.基于STM32的GSM智能家居控制系統(tǒng)設計[J].自動化技術與應用，2013，08：37-40.

[3]孫慧芳，莫淳棟.基于STM32智能家居系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].電子設計工程，2014，19：82-85.