基于STM32的家庭智能家居設(shè)計(jì)

許華春+朱宗玖

摘 要：目前，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[1]的不斷發(fā)展使物聯(lián)網(wǎng)逐漸成為當(dāng)今世界最為關(guān)注和研究的熱點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)通信讓智能家居得到了更好的創(chuàng)新和進(jìn)步。文章介紹了智能家居系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的重要性和智能家居發(fā)展的歷程，對硬件設(shè)計(jì)做了詳細(xì)介紹。家庭智能系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)是以STM32單片機(jī)為基礎(chǔ)進(jìn)行的，硬件設(shè)計(jì)方案的完整性和合理性是家居系統(tǒng)的重中之重。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);智能家居;硬件設(shè)計(jì)

中圖分類號： TP277 ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A ? ? ? ? ? ?文章編號： 1673-1069（2017）01-150-2

0 ?引言

在人類科技發(fā)展的歷史上，互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)促使人們的生活向著信息化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，電子信息技術(shù)的進(jìn)步更加推動(dòng)了社會(huì)的信息化，也使人們的日常生活、學(xué)習(xí)不再局限于傳統(tǒng)的方式。隨著生活方式的逐步改變，人們對家居環(huán)境的追求也在不斷提高，對傳統(tǒng)家居提出了新的挑戰(zhàn)。智能家居是在通信技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究，從而實(shí)現(xiàn)智能化操作與管理家庭設(shè)備，這樣一個(gè)舒適、便捷、智能、人性化的生活環(huán)境才是人類生活舒適化的最大追求，最初是由美國人提出。與傳統(tǒng)的家居環(huán)境相比，智能家居無疑將會(huì)使人們的生活質(zhì)量有很大的提高，家庭內(nèi)的設(shè)備將會(huì)被賦予智能，他們能夠主動(dòng)監(jiān)測家庭環(huán)境的變化，并同其他設(shè)備合作共同完成對家庭設(shè)備狀態(tài)的改變，以使家庭環(huán)境對人體更加適宜，使人們生活在一個(gè)更加藝術(shù)、更加人性化的環(huán)境中。

在人類經(jīng)濟(jì)不斷正常的過程中，人們掌握了越來越多的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)資源。由于越來越多的資金積累，人們對生活的舒適性，便捷化、智能化、和人性化等方面提出了要求，出于對豐富的社會(huì)資源和先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)的利用，人們在通信技術(shù)、電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上，研究了一套解決家庭生活智能化的統(tǒng)籌系統(tǒng)。系統(tǒng)通過人這一核心對家庭的各種小系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)整合，從而促使生活環(huán)境更加舒適、便捷、安全。

采用了智能家居系統(tǒng)后，人們對家電產(chǎn)品的控制不再局限于傳統(tǒng)的近距離的控制方式，不論主人身處何地，只需一部手機(jī)或一臺(tái)電腦就能隨時(shí)隨地查看家用設(shè)備的狀態(tài)并能對其進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

1 ?家居系統(tǒng)的構(gòu)成

家居系統(tǒng)通過互聯(lián)網(wǎng)與家庭成員之間的聯(lián)系，合理安排了人、網(wǎng)絡(luò)、硬件結(jié)構(gòu)和家庭設(shè)備之間的相互關(guān)系，雖然由于個(gè)人的差異性導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度大小不一，但是從大的方面來說，家居系統(tǒng)的目的和整體結(jié)構(gòu)是一致的。都是為了建立一個(gè)集家庭安全防護(hù)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)反饋系統(tǒng)和家庭可調(diào)系統(tǒng)于一體的家庭綜合服務(wù)系統(tǒng)，為家庭提供可調(diào)節(jié)、可控制和自動(dòng)化的人性化家居服務(wù)。在圖1中，將家居系統(tǒng)分為以下幾個(gè)方面：電源模塊部分、信息采集部分、人機(jī)互動(dòng)部分、開關(guān)控制部分、安防報(bào)警部分、信息存儲(chǔ)部分和控制器控制管理部分。這7個(gè)部分以控制器為核心相互聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)了信息采集、處理、存儲(chǔ)的一體化過程，滿足了家庭對安全、舒適、便捷的需求，方便了后續(xù)產(chǎn)品的升級更新。圖1為家居系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

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圖1 ?家居系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

2 ?智能家居模塊設(shè)計(jì)

智能家居系統(tǒng)的模塊組成主要有控制器模塊、電源供給模塊、開關(guān)控制模塊和人機(jī)互動(dòng)模塊。圖2中控制器模塊是核心模塊，負(fù)責(zé)信息的采集、處理、交換以及和人之前的互動(dòng)。整個(gè)家居系統(tǒng)進(jìn)行正常工作需要電源模塊提供所需的對應(yīng)電壓。開關(guān)模塊有助于控制模塊實(shí)現(xiàn)家庭電器的通斷，保證了主人在外時(shí)家庭的電力安全問題。人機(jī)互動(dòng)是家居系統(tǒng)極為重要的一部分，它是家居系統(tǒng)智能的體現(xiàn)。

2.1 控制器模塊

控制器能夠?qū)崿F(xiàn)外部數(shù)據(jù)的采集、處理、存儲(chǔ)和通信交換等功能，是整個(gè)系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的一環(huán)，它是系統(tǒng)智能化的決定性因素。為了更好地統(tǒng)籌資源與優(yōu)化電路，控制器的型號選擇也極為重要。STM32F103C8T6是32位嵌入式微控制器，工作頻率打到72MHz，電源要求是2-3.6V，內(nèi)部的FLASH程序存儲(chǔ)空間為512KB，運(yùn)行內(nèi)存RAM的容量為160KB。STM32F103C8T6強(qiáng)大的功能為家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了高性能、高效率、低功耗的便利。

2.2 電源供給模塊

各個(gè)模塊的工作正常和維持都依靠電源模塊有效的電源輸入，這是家居系統(tǒng)有序工作的基礎(chǔ)部分。電源供給電路的設(shè)計(jì)是模塊高效、低干擾、低損耗的最佳保證。

圖2為電源輸入部分。

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圖2 電源輸入部分

2.3 開關(guān)控制模塊

開關(guān)控制模塊在整體系統(tǒng)中相當(dāng)于人的四肢與大腦的延伸和支持，模塊會(huì)根據(jù)來自控制器STM32F1038T6給出的信息命令進(jìn)行家庭電器的導(dǎo)通和關(guān)斷操作。開關(guān)控制模塊需要對控制器傳輸?shù)母叩碗娖接袠O高的辨識度，設(shè)計(jì)了以三極管為響應(yīng)的開始部分。當(dāng)?shù)碗娖叫盘栞斎霑r(shí)，三極管T1截止導(dǎo)致三極管T2截止，所以DO11、DO12都處于斷開狀態(tài);當(dāng)高電平信號輸入時(shí)，三極管T1飽和導(dǎo)致三極管T2導(dǎo)通，這樣DO11、DO12將處于通電狀態(tài)。

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圖3 開關(guān)控制模塊電路圖

2.4 人機(jī)互動(dòng)模塊

為了讓主人能夠?qū)彝サ碾娖魇褂脿顩r進(jìn)行詳細(xì)地了解，在家居系統(tǒng)中添加了互動(dòng)功能。通過GSM無線傳輸技術(shù)（全球移動(dòng)通信技術(shù)）與信號接收器來幫助個(gè)人或者多人了解即時(shí)家庭電源通斷信息和更進(jìn)一步的命令輸入通斷控制。GSM無線通信技術(shù)作為第二代移動(dòng)通信技術(shù)，研發(fā)的目的是讓全球共同分享一個(gè)移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，避免不同差異的移動(dòng)通話標(biāo)準(zhǔn)之間的有差對接，增強(qiáng)了了通信信息的正確性和信息對接的方便性。這樣只要用戶擁有一部可插入GSM卡的移動(dòng)手機(jī)就可以在全球范圍內(nèi)進(jìn)行信息的交流溝通。我國最早是在20世紀(jì)90年代引用了GSM無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并在2001年關(guān)閉了之前一直使用的模擬移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)入了數(shù)字移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的大家庭中。GSM無線通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，加強(qiáng)了人們在對遙遠(yuǎn)的家庭的控制管理。

3 ?結(jié)論

本文所設(shè)計(jì)的家庭智能安防控制系統(tǒng)，成功地應(yīng)用了STM32F1038T6微處理器的強(qiáng)大功能、2.4GHz射頻通信和GPRS移動(dòng)通信的優(yōu)質(zhì)傳輸性能，充分利用了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、GSM無線通信技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)，具有實(shí)時(shí)性好、可靠性高、功耗低、擴(kuò)展方便等優(yōu)點(diǎn)。該控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了家庭門禁控制、室內(nèi)環(huán)境參數(shù)檢測、防盜報(bào)警、家用電器控制等功能，為普通家庭的安全防護(hù)控制提供了有效途徑。智能家居系統(tǒng)的不斷發(fā)展是人類對生活環(huán)境優(yōu)越性的追求，是對科學(xué)技術(shù)的完美應(yīng)用。隨著社會(huì)生活的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，有理由相信家居系統(tǒng)會(huì)越來越智能化、舒適化和便捷化。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 李偉強(qiáng).物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成引擎為智能家居添動(dòng)力[J].中國公共安全（綜合版），2012.

[2] 楊偉.基于STM32F103C8T6單片機(jī)的LCD顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2014.

[3] 王芳.基于GSM短消息無線通信系統(tǒng)的研究[D].河海大學(xué)，2006.