基于STM32的智能家居設(shè)計(jì)

?榮中　闞延江　孫秋蒙　孟康

摘 要：智能家居作為以住宅為平臺(tái)的高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)管理系統(tǒng)自提出及相繼實(shí)現(xiàn)以來(lái)受到了人們熱切的歡迎。自1984年美國(guó)聯(lián)合科技公司應(yīng)用首棟智能型建 筑揭開(kāi)智能家居派的序幕之后，全世界爭(zhēng)相建造智能家居。在國(guó)內(nèi)智能家居是一個(gè)新生產(chǎn)業(yè)，處于一個(gè)導(dǎo)入期和成長(zhǎng)期的臨界點(diǎn)。隨著智能家居市場(chǎng)的推廣以及普及，智能家居市場(chǎng)的潛力與前景必然是十分巨大的。

關(guān)鍵詞： 家居控制;智能;多功能;新穎

1 引言

隨著微電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，弱電控制技術(shù)發(fā)展越 來(lái)越快，弱電控制技術(shù)具體實(shí)現(xiàn)在日常生活中的家居服務(wù)上使得智能家居獲得極大的發(fā)展。特別是伴隨著人們生活水平的提高，對(duì)家居的要求也越來(lái)越高，簡(jiǎn)單更具人性化的操作，方便的統(tǒng)一平臺(tái)的智能家居系統(tǒng)越來(lái)越受到人們的歡迎。

智能家居的最初發(fā)展主要是由燈光遙控控制，電器遠(yuǎn)程控制和電動(dòng)窗簾的控制為主。隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在的智能控制功能越來(lái)越多，控制對(duì)象不斷擴(kuò)展，甚至延伸到所有傳統(tǒng)的弱電行業(yè)，現(xiàn)在的 家居系統(tǒng)對(duì)于安全方面的兼顧也越來(lái)越全面一個(gè)系統(tǒng)可能嵌入像煤氣、火災(zāi)，門(mén)禁等方面的檢測(cè)報(bào)警。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展以及家庭網(wǎng)絡(luò)的完善，手持設(shè)備越來(lái)越方便，家居的操作控制系統(tǒng)與手持設(shè)備的結(jié)合是必然趨勢(shì)，一個(gè)主平臺(tái)可以由多個(gè)家庭成員的子平臺(tái)操作，這些極大地方便了人們的使用。

2 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容為：該智能家居系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)智能電動(dòng)窗簾，室溫實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，家用電器開(kāi)關(guān)，萬(wàn)年歷，鬧鐘音樂(lè)播放，無(wú)線遠(yuǎn)程控制，繼電器控制等功能，整個(gè)系統(tǒng)在一塊MCU的協(xié)調(diào)與控制下運(yùn)行，整體的設(shè)計(jì)功能框圖如圖1所示。圖1中基本確定了整體設(shè)計(jì)需要的各個(gè)功能模塊，接下來(lái)的工作就是相關(guān)模塊的具體選型與設(shè)計(jì)，考慮到對(duì)于功能的要求，硬件的選型非常重要。

通過(guò)方框圖確定了模塊與MCU之間連接及關(guān)系，整個(gè)系統(tǒng)是在MCU核心STM32F407的控制下，通過(guò)協(xié)調(diào)控制各個(gè)模塊的工作來(lái)使各個(gè)模塊正常工作并達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)預(yù)定的功能。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的時(shí)候，硬件選擇也是非常重要的，確定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖后，接著就是選擇功能模塊的芯片來(lái)搭建電路實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能。以下著重分析相關(guān)模塊的芯片選型問(wèn)題。

3.1 MCU最小系統(tǒng)

MCU最小系統(tǒng)需要晶振電路復(fù)位電路等，為了斷電時(shí)間不跑，還需要電池供電，需要一個(gè)時(shí)間時(shí)鐘使用的32.786K的晶振。另外對(duì)芯片的3.3V供電也需要進(jìn)行相應(yīng)的濾波，這樣才能提供更加穩(wěn)定的電平，最小系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，是系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)。

3.2 溫度檢測(cè)模塊

該系統(tǒng)具有室溫檢測(cè)顯示功能，可以實(shí)時(shí)為室溫的調(diào)節(jié)提供數(shù)據(jù)源，且系統(tǒng)具有溫度過(guò)高火情報(bào)警設(shè)置。經(jīng)過(guò)比較分析，美信公司的單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20比較合適，該數(shù)字溫度傳感器將檢測(cè)的溫度信息轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字量，獨(dú)特的單總線接口，只需要一個(gè)IO口線就可以對(duì)該器件進(jìn)行相應(yīng)的讀寫(xiě)了，寫(xiě)入命令和讀取溫度操作簡(jiǎn)單，并且無(wú)需外部元件可用數(shù)據(jù)總線供電和備用電源，電壓范圍為3.0V 至5.5V，外圍電路簡(jiǎn)單。該芯片的測(cè)量溫度范圍為-55℃至+125 ℃，且自帶溫度校準(zhǔn)，無(wú)需外部進(jìn)行處理，操作簡(jiǎn)單。在-10 ℃至+85 ℃范圍內(nèi)精度為±0.5 ℃可以滿足本系統(tǒng)的要求，且最高溫度達(dá) 到+125℃，也完全滿足報(bào)警所需要的溫度要求。

由于溫度傳感器DS18B20是單總線結(jié)構(gòu)所以其硬件電路比較簡(jiǎn)單，通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單 的RC濾波電路給其供電，通過(guò)一個(gè)MCU的普通IO口PC4來(lái)實(shí)現(xiàn)MCU和DS18B20的連接。

3.3 SPI-FLASH存儲(chǔ)模塊

W25Q128采用的是SPI接口進(jìn)行讀取和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，所以在系統(tǒng)中存儲(chǔ)器的接口接在MCU的SPI1 接口，這個(gè)SPI接口為MCU自帶的硬件接口。

3.4 觸摸屏控制和TFTLCD驅(qū)動(dòng)模塊

TFTLCD驅(qū)動(dòng)電路如圖6所示。該部分電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，STM32 的IO口可以直接與觸摸屏相連接所有引腳全部直接與MCU連接 ，供電的5V與3.3V電源過(guò)一個(gè)104的電容進(jìn)行濾波。

3.5 功放模塊

本系統(tǒng)主要用到放大芯片來(lái)放大從IO口輸出的音頻信號(hào)，且用來(lái)驅(qū)動(dòng)喇叭。功率的放大根據(jù)喇叭的功率來(lái)選擇，該系統(tǒng)采用的是3W的喇叭，功放的芯片有TDA2822，HT6872，PAM8403等，該系統(tǒng)采用的是PAM8403，該芯片電路是D類(lèi)立體聲音頻功率放大器，該放大器采用D類(lèi)結(jié)構(gòu)，通過(guò)PAM公司獨(dú)有的低EMI（電磁輻射）調(diào)制方式可以省去低通濾波器所需電路從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)實(shí)用的目的。

功放模塊為外置模塊由MCU的PG15提供模塊的單聲道信號(hào)源，在此不再贅述，功放模塊的電路。功放在接電時(shí)必須保證是有負(fù)載，否則的話可能會(huì)燒芯片。

4 總結(jié)

通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，整個(gè)系統(tǒng)已能正常工作，但在實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中碰些問(wèn)題，總結(jié)如下：

問(wèn)題1：SPI-Flash寫(xiě)入不成功或者亂碼問(wèn)題。

在使用前系統(tǒng)的啟動(dòng)過(guò)程中一定要初始化而且相鄰的地線接在一起時(shí)不要直接在引腳上進(jìn)行連線一定要從引腳引出一段后可以走一根總線，如果直接在引腳上進(jìn)行連接PCB制作好之后將會(huì)增加焊接難度而且容易造成數(shù)據(jù)不穩(wěn)定。

問(wèn)題2：3.3V芯片濾波問(wèn)題。

之前3.3V濾波采用了單電容及采用一個(gè)104的電容，后來(lái)發(fā)現(xiàn)這樣ASM1117容易燒毀，且系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，后來(lái)增加一個(gè)大電容和小電容一起工作解決這個(gè)問(wèn)題。

該系統(tǒng)在智能化方面有較好的想法，同時(shí)也可以迎合節(jié)能環(huán)保的綠色理念，有較強(qiáng)的實(shí)用性。接下來(lái)爭(zhēng)取將此設(shè)計(jì)優(yōu)化，將利用價(jià)值達(dá)到最大化。

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