基于STM32微控制器的無線智能家居監(jiān)控系統(tǒng)探析

桂靜宜

摘? 要：家居監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行過程中，需要對(duì)家居環(huán)境中的天然氣、煤氣進(jìn)行檢測，但由于傳統(tǒng)家居系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析延時(shí)、控制裝置靈活性不足，使得家居系統(tǒng)安全性能弱化。因此，文章對(duì)STM32微控制器在無線智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的具體應(yīng)用展開研究，從而在該類控制器的應(yīng)用中，提高無線智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的安全性能。

關(guān)鍵詞：STM32;微控制器;無線;智能家居;監(jiān)控系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TU855? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）33-0036-02

Abstract： During the operation of the home monitoring system， it is necessary to detect the natural gas and the gas in the home environment. Due to the delay of data analysis of the traditional home system and the lack of flexibility of the control device， however， the safety performance of the home system is weakened. Therefore， this paper studies the specific application of STM32 microcontroller in wireless smart home monitoring system， so as to improve the safety performance of wireless smart home monitoring system in the application of this kind of controller.

Keywords： STM32; microcontroller; wireless; smart home; monitoring system

引言

現(xiàn)階段，無線智能家居監(jiān)控系統(tǒng)在應(yīng)用中，仍存在數(shù)據(jù)分析延時(shí)、控制方法滯后的問題，導(dǎo)致家居系統(tǒng)無法為住戶提供安全、高校的使用體驗(yàn)。STM32微控制器在無線智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，可改變系統(tǒng)原有控制模式，重新組合系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)編碼，對(duì)增強(qiáng)系統(tǒng)安全控制功能意義重大。

1 STM32微控制器相關(guān)概述

在無線智能家居監(jiān)控系統(tǒng)中，STM32微控制器憑借自身所架構(gòu)的Cortex-M3內(nèi)核，可滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)應(yīng)用、低功耗運(yùn)行的基本要求，有助于增強(qiáng)智能家居安全性能，完善監(jiān)控系統(tǒng)基本功能。具體來說，STM32微控制器用于無線智能家居系統(tǒng)的優(yōu)勢來源，主要集中在以下內(nèi)容中。第一，STM32微控制器在設(shè)計(jì)、制作中，可嵌入電源監(jiān)控裝置，能夠支撐系統(tǒng)電壓檢測、自帶時(shí)鐘等自我管理工作，減少系統(tǒng)對(duì)外部設(shè)備、軟硬件的需求。比如該系列控制器可利用主晶振驅(qū)動(dòng)USB、CPU等外設(shè)裝置，自動(dòng)為內(nèi)部時(shí)鐘篩選晶振，使系統(tǒng)在出廠前期確定主時(shí)鐘源。第二，STM32微控制器中包含的周件庫，其在作用時(shí)可為用戶訪問系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)化外設(shè)，并通過集成各功能板塊為監(jiān)控系統(tǒng)提供全面的編程文檔。第三，STM32微控制器在應(yīng)用中，可兼容所有包含ARM內(nèi)核的編譯器，為監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)建全局編碼向量，強(qiáng)化智能家居的安全控制力度[1]。

2 無線智能家居監(jiān)控系統(tǒng)功能需求

信息時(shí)代中，居民生活模式產(chǎn)生較大改變，為改善人們生活質(zhì)量，智能家居概念就此產(chǎn)生，監(jiān)控系統(tǒng)作為智能家居重要組成部分，其功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)直接影響智能家居建設(shè)水平，以及居民對(duì)智能家居的滿意度。因此，為打造安全、舒適的智能家居系統(tǒng)，相關(guān)人員在利用STM32微控制器建立智能家居監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)挖掘該控制器實(shí)踐優(yōu)勢，綜合分析監(jiān)控系統(tǒng)使用要求，針對(duì)性完成智能家居監(jiān)控系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)工作。

首先，智能家居系統(tǒng)在為住戶提供良好家居環(huán)境的基礎(chǔ)上，還需保證住戶財(cái)產(chǎn)安全，使用戶能夠遠(yuǎn)程控制室內(nèi)溫度、電氣設(shè)備，提高家居生活便捷性。為此，相關(guān)人員需借助STM32微控制器在智能家居監(jiān)控系統(tǒng)中，增設(shè)信息服務(wù)、遠(yuǎn)程控制等功能板塊。其次，該監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)需準(zhǔn)確檢測家用電器使用狀態(tài)、室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測、天然氣及煤氣泄漏，并根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)數(shù)據(jù)，生成檢測信息，便于住戶有效處理室內(nèi)險(xiǎn)情。為此，智能家居監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具有險(xiǎn)情預(yù)測、控制的基本功能，但在傳統(tǒng)智能家居內(nèi)控機(jī)制中，其在險(xiǎn)情預(yù)測中仍存在信息采集速率低、信息提醒延時(shí)等現(xiàn)象，使得智能家居監(jiān)控系統(tǒng)價(jià)值難以凸顯。最后，由于整體化的智能家居系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且家庭網(wǎng)絡(luò)具體獨(dú)立性特點(diǎn)，所以系統(tǒng)監(jiān)控版塊還應(yīng)挖掘STM32微控制器應(yīng)用潛能，使系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備、裝置具有獨(dú)立控制功能。同時(shí)在無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)踐中，解決傳統(tǒng)家居系統(tǒng)布線復(fù)雜、電纜敷設(shè)難度大等問題[2]。

3 基于STM32微控制器的無線智能家居監(jiān)控系統(tǒng)

3.1 實(shí)現(xiàn)原理

基于STM32微控制器的無線智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理，是通過監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有的傳感器采集室內(nèi)天然氣濃度、溫濕度、家居設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等基本信息，并且利用相關(guān)算法對(duì)應(yīng)處理數(shù)據(jù)，使用戶檢測到更為全面、真實(shí)的家居環(huán)境，預(yù)防監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)偏差。在此基礎(chǔ)上，住戶可憑借智能手機(jī)，操控家居設(shè)備，顯示家居監(jiān)控系統(tǒng)所監(jiān)測的數(shù)據(jù)。另外，在STM32微控制器作用下，無線智能家居監(jiān)控系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)中，可利用新型網(wǎng)絡(luò)全局向量編碼方案，改變傳統(tǒng)觸發(fā)控制、在線控制模式，同時(shí)在PID算法的應(yīng)用中，系統(tǒng)可高效核查監(jiān)控新型，調(diào)節(jié)誤差信號(hào)，確保系統(tǒng)采集、輸出數(shù)據(jù)的一致性，強(qiáng)化智能家居生活的可控性。

3.2 整體設(shè)計(jì)

無線智能家居監(jiān)控系統(tǒng)無線接收、無線信號(hào)發(fā)射等控制終端組成，具體包括STM32微控制器、語音播報(bào)、視頻、無線操作、語音識(shí)別等功能板塊組成，其中無線操作板塊是對(duì)室內(nèi)信息的接收與處理，需由STM32單片機(jī)、自動(dòng)避障、視頻獲取等子板塊組成。首先，系統(tǒng)在無線板塊支撐下，可組建數(shù)據(jù)傳遞平臺(tái)，并將STM32微控制器作為系統(tǒng)主要控制裝置，用于控制系統(tǒng)操作、數(shù)據(jù)處理工作，經(jīng)各項(xiàng)指令完成后，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體監(jiān)控、預(yù)測、操作功能。其次，系統(tǒng)在視頻版塊作用時(shí)，可將接入設(shè)備連取系統(tǒng)專屬無線網(wǎng)絡(luò)，隨后將根據(jù)家具設(shè)備運(yùn)行專業(yè)切換視頻畫面，使監(jiān)控系統(tǒng)能夠根據(jù)住戶要求顯示室內(nèi)區(qū)域。最后，為凸顯智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的智能化，可增設(shè)語音版塊，使住戶在手術(shù)、平板電腦終端語音操控系統(tǒng)。另外，在無線智能家居系統(tǒng)持續(xù)優(yōu)化中，確保系統(tǒng)視頻上傳的及時(shí)性，在該系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)中，相關(guān)人員還應(yīng)挖掘STM32微控制器的嵌入優(yōu)勢，完善監(jiān)控系統(tǒng)的人機(jī)交互功能[3]。

3.3 硬件設(shè)計(jì)

STM32微控制器的主芯片是無線智能監(jiān)控系統(tǒng)的主要硬件支撐，能夠聯(lián)合系統(tǒng)基本電路成為系統(tǒng)核心控制設(shè)備。此外，STM32微控制器芯片具有數(shù)據(jù)運(yùn)算效率高、處理優(yōu)勢明顯等特點(diǎn)，且運(yùn)行穩(wěn)定、IO口資源豐富，可與系統(tǒng)內(nèi)各板塊裝置相連接，滿足系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互需求。以電源板塊、信號(hào)采集板塊為例，基于STM32微控制器的無線智能監(jiān)控系統(tǒng)的電源供電路，包含多個(gè)電位電壓。為此，系統(tǒng)建立時(shí)，設(shè)計(jì)人員需結(jié)合各功能板塊裝置運(yùn)行要求，針對(duì)性設(shè)計(jì)電源供電電路，使系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。比如STM32微控制器芯片、語音識(shí)別設(shè)備、語音數(shù)據(jù)分析板塊應(yīng)分別設(shè)計(jì)3.3V、3.3～5V、5V供電量。在信號(hào)采集板塊中，需包含溫度傳感器、濕度傳感器、可燃?xì)怏w傳感器等設(shè)備，便于系統(tǒng)獲取室內(nèi)溫濕度、相關(guān)氣體濃度。但是為確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換的靈活性，設(shè)計(jì)人員可選用數(shù)字化溫度傳感器，以此利用該器件中測溫、測濕元件中信號(hào)模數(shù)的可變性，為住戶提供直觀監(jiān)控信息，而選用可燃性氣體傳感器時(shí)，可選擇對(duì)常見可燃?xì)怏w敏感度較高的傳感器。比如MQ-5，該傳感器所測可燃?xì)怏w種類多樣，同時(shí)對(duì)甲烷、丙烷等常見氣體靈敏度高。

3.4 軟件設(shè)計(jì)

無線智能家居監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，直接關(guān)系著STM32微控制器數(shù)據(jù)傳輸速率、系統(tǒng)正常運(yùn)行，以及各功能板塊控制命令的下達(dá)。因此，相關(guān)人員在建立該系統(tǒng)時(shí)，其軟件設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)特征、STM32微控制器運(yùn)行要求，從無線發(fā)射、無線接收等控制端口、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中分別完成程序設(shè)計(jì)。其一，無線發(fā)射端口程序可由無線模塊、無線接入設(shè)備、STM32微控制器等內(nèi)部程序組成。其二，無線接收控制端程序則由攝像頭、電磁感應(yīng)、STM32單片機(jī)組成。其三，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，可采用ZigBee通信技術(shù)，該技術(shù)適用于短距離、無線家居系統(tǒng)中，可在網(wǎng)絡(luò)層中形成三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，滿足不同住戶的多樣化需求。比如，基于該通信技術(shù)，住戶可選擇簇狀、星型、網(wǎng)狀等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，適應(yīng)小范圍智能家居監(jiān)控系統(tǒng)。另外，基于STM32微控制器的無線智能監(jiān)控系統(tǒng)，其在軟件設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)堅(jiān)持模塊化設(shè)計(jì)原則，并且在系統(tǒng)主程序、控制器驅(qū)動(dòng)、顯示等程序完成后，與STM32微控制器建立通信協(xié)議，匹配監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的通信數(shù)據(jù)位、起始位、停止位，確保各設(shè)備間的數(shù)據(jù)交互工作順利開展。再者，由于無線智能家居系統(tǒng)中同時(shí)包含無線發(fā)射、無線信號(hào)接收等終端，所以在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)在各板塊地址編寫結(jié)束后，對(duì)各引腳進(jìn)行初始化，同時(shí)確立誤碼率低、操作流程較為簡化的通信模式。

3.5 系統(tǒng)綜合測試

綜合測試是評(píng)估無線智能家居監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案可行性的主要手段，但基于STM32微控制器的無線智能家居監(jiān)控系統(tǒng)，其在軟件、硬件組成中采用模塊化設(shè)計(jì)模式。因此在系統(tǒng)測試時(shí)，需根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)中語音識(shí)別、無線控制、人機(jī)對(duì)話、數(shù)據(jù)分析等板塊功能設(shè)計(jì)，采取對(duì)應(yīng)的測試試驗(yàn)，各子板塊測試結(jié)束后，方可按照系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)組建系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體測試。以人機(jī)對(duì)話測試試驗(yàn)為例，該板塊的核心功能為語音識(shí)別，所以在測試時(shí)可對(duì)系統(tǒng)說出對(duì)應(yīng)語言，判斷系統(tǒng)反應(yīng)。另外，該板塊在設(shè)計(jì)中，所設(shè)計(jì)的語音識(shí)別指標(biāo)包括音量、音色等內(nèi)容，需要測試者在語言測試中注意記錄相關(guān)指標(biāo)產(chǎn)生的影響。經(jīng)測試后，發(fā)現(xiàn)音量為人機(jī)對(duì)話板塊運(yùn)行效果的主要變量。為此，設(shè)計(jì)人員需通過程序設(shè)計(jì)中合理控制音量輸入范圍，并記錄大量識(shí)別數(shù)據(jù)，便于后期對(duì)程序進(jìn)行升級(jí)與優(yōu)化。

4 結(jié)束語

綜上所述，為在智能家居監(jiān)控系統(tǒng)建立中，提高系統(tǒng)安全性能，減少家居環(huán)境檢測誤差，相關(guān)人員嘗試將STM32微控制器用于系統(tǒng)組成中。STM32微控制器在智能家居監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，對(duì)優(yōu)化系統(tǒng)功能板塊設(shè)計(jì)，完善系統(tǒng)控制體系有著重大意義，但是在該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)中，相關(guān)人員還應(yīng)準(zhǔn)確評(píng)估系統(tǒng)功能需求，靈活選用數(shù)據(jù)算法、通信技術(shù)，提高系統(tǒng)控制精度。

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