基于STM32的智能家居控制系統(tǒng)

孫海林

摘 要：智能家居是未來(lái)家居的發(fā)展趨勢(shì)，是將家里的電器產(chǎn)品通過(guò)無(wú)線設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接后，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)條件檢測(cè)、動(dòng)作處理和設(shè)備管理集成系統(tǒng)。本文以自動(dòng)窗簾控制為例，闡述了一種基于STM32的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：智能家居；自動(dòng)窗簾；STM32

1 概述

隨著人類對(duì)舒適家居要求的不斷提高，智能家居越發(fā)受到大眾的關(guān)注。眾多高科技企業(yè)也將制造的重心向智能家居傾斜，許多系統(tǒng)集成化，平臺(tái)區(qū)域化產(chǎn)品開始進(jìn)入公眾生活，同時(shí)也為物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展注入了活力。在智能家居諸多組網(wǎng)技術(shù)中，屬于不帶線技術(shù)的無(wú)線組網(wǎng)，如有WiFi、RFID，因其易擴(kuò)展，易連接的優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。

2 整體結(jié)構(gòu)及硬件設(shè)計(jì)

本文以一種基于STM32的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)智能家居控制系統(tǒng)，具有本地控制和遠(yuǎn)程控制的自動(dòng)窗簾設(shè)計(jì)為例。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)搭建系統(tǒng)為開發(fā)平臺(tái)，采用主控制器進(jìn)行傳感器信號(hào)采集、數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和判斷，ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，LCD屏顯示相應(yīng)信息，觸摸屏模塊進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定。同時(shí)，借助GPRS還可以進(jìn)行采集數(shù)據(jù)傳輸至手機(jī)客戶端，機(jī)主也可以通過(guò)手機(jī)APP控制電器動(dòng)作。

本設(shè)計(jì)中共使用到控制器模塊、接口模塊、傳感器模塊、燈光控制模塊、電機(jī)控制模塊、無(wú)線控制模塊和觸摸屏模塊。出于對(duì)成本、功耗、性能以及實(shí)用性等多方面的考慮，本設(shè)計(jì)中選用性能卓越、能耗低、實(shí)時(shí)性好的STM32作為核心處理器，其提供的睡眠、停機(jī)和待機(jī)的低功耗省電模式，也可以最大程度優(yōu)化耗電和性能。主控制器選用STM32F103R8T5單片機(jī)，144引腳，外圍電路系統(tǒng)包括電源和接地，秒表電路，電源復(fù)位電路，起動(dòng)方式選擇控制。出于對(duì)減少電路噪聲源，提高系統(tǒng)抗壓性和提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的考慮。電源采用總線的分配模式和供電模式，設(shè)計(jì)有多個(gè)電源和多個(gè)接地，復(fù)位電路采用低電平復(fù)位，控制方式為四角按鍵控制。

考慮到串口是單片機(jī)和ZigBee調(diào)試的主要途徑，且二者內(nèi)部具有串口控制器，因此接口電路選擇RS232。由于是自動(dòng)窗簾控制，所以本設(shè)計(jì)加裝了傳感器模塊，出于對(duì)使用范圍和精度的考慮，本設(shè)計(jì)采用了可直接與主控模塊連接讀取溫度數(shù)據(jù)且測(cè)溫范圍廣測(cè)量精度高的DS18B20溫度傳感器。燈光控制模塊采用無(wú)線的觸摸屏控制以PWM波為調(diào)整方式的發(fā)光LED管。電機(jī)控制模塊采用包含有信號(hào)指示、調(diào)速、持續(xù)性的保護(hù)的LM298，該模塊同時(shí)還有具有較強(qiáng)的抗干擾能力，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路中，出于對(duì)保護(hù)芯片和防止卸流的考慮，還加裝了續(xù)流二極管。無(wú)線通信模塊中ZigBee模塊采用CC2530為收發(fā)模塊，GPRS模塊則使用SIM900A。觸摸屏模塊采用的是帶中文字庫(kù)，分辨率128×64的7寸電阻式觸摸屏，控制芯片為ADS7843。

3 軟件設(shè)計(jì)及系統(tǒng)聯(lián)調(diào)

本設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言通過(guò)Keil u Vision5進(jìn)行程序編寫，主要設(shè)計(jì)思路如下：系統(tǒng)外設(shè)初始化，GPIO口初始化，運(yùn)行while檢測(cè)函數(shù)key_process（），檢測(cè)按鍵的輸入并對(duì)結(jié)果進(jìn)行處理。本系統(tǒng)軟件主要控制部分包括負(fù)責(zé)收發(fā)信息的GPRS模塊、手機(jī)APP、電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制以及傳感器信號(hào)收發(fā)。本系統(tǒng)任一模塊在通電時(shí)均進(jìn)行一次初始化，最先開始的是STM32片內(nèi)外設(shè)初始化，其順序GPRS初始化、ZigBee模塊初始化、顯示器初始化和設(shè)置模塊初始化。因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)采用傳感器觸發(fā)任務(wù)，因此將優(yōu)先級(jí)按從高到低順序依次設(shè)定為手機(jī)本地發(fā)送，用戶遠(yuǎn)程發(fā)送，系統(tǒng)本身任務(wù)。以SIM900A的工作過(guò)程為例，當(dāng)用戶通過(guò)手機(jī)與SIM900A模塊進(jìn)行無(wú)線通信時(shí)，通過(guò)對(duì)信息指令的傳輸、發(fā)送、檢測(cè)和接收等操作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)窗簾控制設(shè)計(jì)中，窗簾可以進(jìn)行打開、停止和關(guān)閉三種動(dòng)作模式，此外還可以通過(guò)觸摸屏控制器或語(yǔ)音的方式進(jìn)行控制，電機(jī)控制流程如圖2所示。

軟件調(diào)試選擇Keil u Vision5進(jìn)行，是基于該版本窗口管理系統(tǒng)靈活性較之老版本邀稿，且具有還原視圖以及可以保存多個(gè)調(diào)試窗口布局的功能。調(diào)試時(shí)通過(guò)串口調(diào)試助手工具生成的模擬試驗(yàn)，可以將仿真信息傳至計(jì)算機(jī)實(shí)施分析。

系統(tǒng)聯(lián)調(diào)主要檢測(cè)窗簾驅(qū)動(dòng)電路，是否能有效工作，即能否穩(wěn)定完成開關(guān)窗簾的動(dòng)作，窗簾停止?fàn)顟B(tài)時(shí)限位開關(guān)是否在極限位置，當(dāng)電機(jī)發(fā)生阻塞狀況時(shí)是否能選取適當(dāng)?shù)碾娏鏖撝怠４送膺€要進(jìn)行如下調(diào)試，一是傳感器觸發(fā)功能調(diào)試，檢查當(dāng)觸發(fā)2個(gè)及以上傳感器任務(wù)時(shí)，能否按照優(yōu)先級(jí)任務(wù)順序執(zhí)行任務(wù)。二是遠(yuǎn)程報(bào)警和控制功能調(diào)試，檢查GPRS模塊和用戶手機(jī)制件進(jìn)行信息傳遞和命令提取時(shí)是否出現(xiàn)信息丟失的現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)：

[1]施磊磊.基于SMT32的智能家居控制系統(tǒng)研究[D].中原工學(xué)院，2017.