【《基于STM32的智能家居系统设计》11000字（论文）】.docx

基于STM32的智能家居系统设计目录弓【言一2-第1章绪论-3-1.1 本课题的研究背景与意义-3-1.2 本课题的国内外研究和发展现状-3-1.3 本文主要的研究内容-4-第2章系统总体方案设计-6-2.1系统功能和技术指标-6-2. 2系统的设计原则-6-2. 3系统的总体架构-7-第3章系统硬件设计-8-3. 1主控模块-8-3. 2信息采集模块-9-3. 3显示模块-13-3. 4按键输入模块-14-3. 5无线传输模块-14-3.6报警模块-16-3.7系统原理图和PCB-16-第4章系统软件设计-18-4.1软件设计概述-18-4.2开发环境介绍-18-4. 3主程序设计-19-4. 4信息采集程序设计-19-4. 5液晶显示程序设计-21-第5章系统性能测试-23-5.1硬件搭建测试-23-5. 2系统调试-23-5. 3调试结果-24-总结与展望-25-参考文献一26-附录A：实物图-27-附录B：原理图和PCB-29-引言随着信息时代的到来及高速发展，电子产品在日常生活中的应用给人们带来的便利与快捷是有目共睹的。为人类开发更加舒适便捷、安全高效的产品成为信息社会发展的强有力动力。在公共场所和工作环境的不断改善下，家庭居住环境也慢慢加入了生活品质的名单。以物联网技术为基础，通过环境监测能够得到及时的环境数据，是环境评测和环境治理的重要依据和信息来源。本系统运用物联网技术，通过温湿度传感器、光敏传感器、CO气体传感器和PM2.5浓度传感器采集室内环境数据。同时传到单片机，并在OLED屏显示数据。系统利用WlFl模块与手机端的无线远程通信，使所测环境的相关数据可以在手机上同步显示。本系统能够完成对温湿度、室内光照强度、CO气体和PM2.5浓度精准高效的监测，且性能稳定，性价比高。PM2.5浓度通过传感器和光敏电阻采用AD转换功能完成数据的采集，温湿度则通过单总线采集数据。光照强度太低，系统会自动打开电灯，声光报警和风扇调节也是本系统的两个重要功能，可以设置温湿度上下限和可燃气体浓度的限值，一旦当前环境参数超过设置阀值就会产生声光报警。CO浓度超限，也会启动风扇，加速空气流动以改善环境。综上所述，本次设计有很大的研究意义和广泛的应用前景，使人们能够直接方便地观察到室内环境数据，及时做出相应调整，提高生活质量。第1章绪论1.1 本课题的研究背景与意义近些年来，各个国家和地区都在推动经济发展，在获得物质财富的同时，也造成了环境的极大破坏。日益严重的环境污染给人们的生活带来了苦恼，环境保护的问题愈发受到人们的重视。因此迫切需要加强对居住环境的监测力度，同时也对环境检测的智能化提出了更高的要求。评价环境好坏有很多指数，比如温湿度、Co浓度和空气质量等。针对这些问题，本系统旨在设计一个智能家居控制系统。随着Imernet及无线通信技术的高速发展，人类生活与信息网络的结合越来越紧密。其中无线通信技术更是深入日常生活中。WIFI通信作为无线通信技术的一个重要方面,在实际生活中得到了大量的应用。远程无线通信一般定义为在远程提供无线传输信息的功能。在远程无线通信中要使用云平台，来完成数据的上传与下发。一般来说物联网通信系统是由服务端、客户端和云平台构成的。运用这项技术可以更加便捷的连接手机、平板电脑以及计算机外围设备。物联网通信技术主要有通信距离远、通信功耗低、自由建设覆盖网络等特点。现在国内外使用的远距离无线通信技术有很多，本文将以WIFI技术为基础，构建物联网环境检测平台。高速发展的物联网技术将周围不同的物体，通过传感器，达到了物与物相互联系的目的。通过传感器，可以实现物与物相连接来实现对环境的监测。环境监测是指对不同范围内各个环境指数的监测，同时也是应对环境污染问题的必要措施。物联网技术的完善和提升，将会为环境检测这个具有划时代意义的事业奠定坚实基础。科学地运用物联网技术，能够监测对人类和环境有影响的各种数据。在分析总结环境污染状况之后，针对区域特殊性来布置监测点，根据实际生产生活的需求，合理安装对应传感器，例如温湿度传感器、PM2.5浓度传感器和Co气体浓度浓度等。再将监测点处采集到的数据信息存储上传，通过不同的显示技术呈现给人们。综上所述，合理使用物联网技术对环境监测系统有着非常大的提升和帮助。1.2 本课题的国内外研究和发展现状1.2.1 国内研究和发展状况我国的温湿度检测技术从二十世纪末才开始进行研究，起步较晚，目前仍处于落后水平。我国技术人员积极努力地学习国外的一些先进技术，在这过程中温室微机控制技术逐渐被掌握，但还是有一定的局限性。以技术层面来看，单片机能够应用在单参数控制和单回路系统，对于更高级的多参数综合系统还是与发达国家有着一定的差距。虽然我国做了许多环境监控方面的工作，但是与发达国家相比，仍然存在着很多问题尚未解决，如资金投入不足、技术落后、传感器精度较低、数据准确度差等。这些问题是当前环境监测工作开展下去的主要障碍，也给以后的工作带来不利影响。当前我国仍采用传统的方式进行信息采集，缺乏快速性和高效性，远远达不到实际生活中空气监测的要求。根据现代研究的发展来看，针对远程通信的环境检测领域相对较少，能否设计出一款基于物联网技术的环境监控系统，对现在和未来的环境检测工作具有非常大的影响和意义O1.2.2 国外研究和发展状况从1960年起，世界上的一些发达国家开始对环境检测和空气质量的问题，进行了许多有目的性的研究，也在网络技术的研发上投入了许多的精力。相对来说，西方国家比较守旧，一般在研究当中仅使用一个观察点，仅仅采集一种环境指数，但是美国在这一研究中比西方国家成熟很多。1972年，美国就启动监测空气质量的计划，在多个地区进行检测。其目的是检测空气质量，然后对检测地区的环境质量进行有效的判断，寻求其改变趋势，提供了有效的数据给美国环境相关部门。美国的空气质量监测网络点位正在不断增加与完善，组建数量级已经达到了千级别，同时科学研究人员又对这些网络点进行逐一分析，选取其中有代表性的网络点位进行合并，组建成次级监测网络，使其与总监测网络相互支撑、相互完善，共同构成了美国的空气质量监测总体系。1.3 本文主要的研究内容本系统是基于物联网技术和传感器技术进行设计的，整个系统包括以下几个模块：STM32F103C8T6、传感器模块、OLED模块、WIFl通讯模块、按键输入模块和声光报警模块。本系统的主控部分是STM32F103C8T6单片机，数据部分主要是通过温湿度传感器、光照强度传感器、一氧化碳气体传感器和PM2.5浓度传感器采集，将传感器与单片机最小系统连接，传感器的测量数值会被收集并存储。在液晶屏显示相关环境数据的同时，WIFl模块将数据上传到阿里云平台，平台再将数据下发到APP端，可以让人们方便直接的观察到当前环境的各种指标。还可以根据不同情况自行设置温湿度、光照强度、及CO浓度的上下限，一旦超过正常范围就会打开电灯、发出声光报警、打开风扇促进空气流通等，维持环境稳定。本文的主要内容安排如下：（1） 了解本课题的背景和现状，查阅国内外对环境监控研究的资料，了解目前存在的一些问题。（2）确定系统的主要功能和参数的技术指标，然后结合设计目的进行系统的框架设计，为后文的软硬件设计做好铺垫。（3）分析预选方案并确定元器件的选取，对所选的单片机和相关传感器进行详细的介绍，详细说明系统各个模块的硬件电路。（4）对单片机作一定的概述，详细说明系统的软件设计思路，根据各个模块的功能特性，针对性的进行软件编程设计。（5）对系统的主要功能进行调试，使各传感器正常工作，最后对所做实物作总体测试，从而论证本系统的设计理念。第2章系统总体方案设计2.1 系统功能和技术指标本文主要是设计一个物联网智能家居控制系统，该系统以单片机为主控核心，可以独立稳定的运行，利用相关传感器采集家庭环境的相关数据，并通过OLED显示器实时显示采集的环境数据。还能够实现与手机端的远距离无线通讯。当测量到的温湿度、PM2.5浓度和CO浓度的数值超过按键设置的阈值范围时，系统立即发出声光报警，同时打开风扇，进行温湿度的控制。系统相关的技术指标如下：(1)工作环境：室内；(2) PM2.5测量灵敏度:0.5V/(0.Imgm3)；(3) Co气体检测浓度：099%；(4)温度测量指标：±050C,±2%；(5)光照强度测量指标：I060%,±2%；(6)湿度测量指标：1090%RH,±5%RH;(7)物联网通讯距离：全球；(8)声光报警:有。2. 2系统的设计原则(1)可靠性随着系统模块组成的复杂化，系统的可靠性日益重要。对于本系统来说，要提高智能家居系统的可靠性，需要注意以下几个方面：1 .选取性能优越且适合本系统的传感器；2 .在设计硬件电路的时候，科学合理的布线，检查是否存在虚焊漏焊短路的情况;3 .不断优化程序算法，提高系统响应速度，保持程序运行的稳定；4 .加粗电源线，确保载流能力和使用安全性；(2)性价比在满足系统设计指标的的同时，考虑降低设计成本。(3)实用性优先考虑最基本的功能，使系统能满足当前生活的需求。(4)扩展性系统设计时需要兼顾成本和需求，考虑未来的发展，使系统的结构有一定的扩展性和兼容性。2. 3系统的总体架构本文主要分为两大部分来说明硬件部分和软件部分。其中硬件部分包含主控芯片、传感器模块，OLED模块，WIFl模块以及声光报警模块。系统启动后，单片机控制相关传感器进行环境参数的采集，将数据传回单片机处理后，通过OLED显示屏将相关环境指数实时显示。用户可以在手机端打开APP与本系统进行通信，更加便捷地查看监测数据。系统的总体框图如图2-1所示：图2-1系统总体框图第3章系统硬件设计2.1 主控模块STM32F103C8T6是一款基于ARMCortex-M内核STM32系列的32位的微控制器，程序存储器容量是64KB,需要电压2V3.6V,工作温度为-40。C85oCo采用LQFP48封装，由意法半导体公司(ST)推出，2个12bitADC合计12路通道(外部通道只有PAo到PA7、PBo到PBL并不是18通道)，37个通用I/O口(PAO-PAl5sPBo-PB15、PC13-PCI5、PDO-PDD,4个16bit定时器(TlM1、TIM2、TIM3、TIM4),2个IIC,2个SPL3个USART,1个CAN,系统时钟最高可到72MHZ。f>f8AVCC3V3IO5.O6O3PClJP( ；«OsaN OSCOCT RiSEi GND】o"xIMS SNd CBd HId SBd 9Hd Wd OlOOA SHd 6SO.G SSA GICKlAPCBPC14PCI5OSClNOSCOVTNRSTVSSAVDDAPAOPAlPA2OS *l-lGqSgco*-K sQ sSS£££££iDD 二 VSSJ SUibPAU PAII PAiOPA9 PA8PB15 PBM PBB PBUV2STM32F103CTT6% VCC3V3“ GND 34 SWIO32中卅牛卜中卜S二.总三图3-1STM32F103C8T6单片机原理图如图3-1所示是STM32F103C8T6的原理图。下面对单片机的相关引脚进行说明。(1) VCC3V3是+3.3V电源引脚，GND接电源负极或者地线。(2) PCl4、PCl5、OSCIN、OSCOUT是外接晶振引脚。在单片机的内部时钟电路中,PCI4、PCI5、OSCINsOSCOUT引脚处需要外接定时器件。而在外部时钟电路中，则需要OSCIN.OSCOUT作为外部脉冲信号的输入端。(3) RST、引脚是STM32的复位引脚。(4) BOOT引脚用于选择单片机的工作模式。(5) SWCLK、SWlO是Jlink仿真器接口。(5)并行I/O口引脚。并行I/O口有三组16位，共十九个引脚。这些I/O都能作为通用端口使用。3. 2信息采集模块3.1.1 温湿度传感器(1)温湿度传感器的选型方案一：选用DS18B20温度传感器。该传感器能够输出数字信号，但是多只总线使用时涉及到ROM地址的程序，相对较难，而且DS18B20的精度较低。方案二：选用DHTIl温湿度传感器。DHTH是一款应用数字信号采集技术的复合式传感器。由于DHTIl反应快，工作过程中能够对环境指数完成更精确的测量。DHTll在实际应用中使用四针单排引脚的封装方式，可以简化系统连接，若需要其他形式的封装还可以另行定制。综上所述，由于本次设计用于智能环境监测，需要电路简单且精确度高的传感器，故而采用方案二。(2) DHTll温湿度传感器概述DHTll内部包含测温和测湿电路。DHTll是一款功能俱全的温湿度传感器。它大量应用在家电医疗、检测检疫等领域。该传感器使用升级的数字采集和新型传感技术，因此具有出色的性能。DHTll不仅有优异的采集效率，还有非常高的性价比，因此它能够满足各类要求严苛的应用场合。MCUDHT114PnGND图3-2DUTll模块应用电路图(3) DHTll模块的工作原理DHTll与单片机的连接如图3-2所示。由图可以清晰地看到，DHTIl使用到了三个引脚。其中IPin连接+5V。2Pin是数据发送接收引脚。4Pin连接电源负极。还有一个3号引脚悬空即可。DHTIl模块通过DATA与MCU进行数据通信，驱动DATA线的同时再连接一片5K的电阻，保持低电平有效，能够起到增强电路的抗干扰性和限制电流流的作用。3.2.2一氧化碳传感器(1) 一氧化碳传感器的选型方案一：选用TGS5042气敏传感器。TGS5042的输出信号较小，需要很大的放大倍数，容易被干扰，而且精度较低，灵敏度差。方案二：选用MQ-7一氧化碳传感器。MQ-7有模拟输出和TTL输出两种信号。同时该传感器具有极高的精度和良好的气体选择性。综上所述，由于MQ-7的性能表现和价格都更具优势，故采用方案二。(2) 一氧化碳传感器的概述MQ-7一氧化碳传感器内部使用高灵敏度的气体检测材料。该传感器选用的是优质二氧化锡。由于检测材料中的二氧化锡在清洁空气中的电导率较低，因此该传感器可以通过高低温循环检测的多种方式，使电导率随空气中一氧化碳杂散气体浓度的增加而有所增大。MQ-7主要以低温来准确检测空气中的一氧化碳(CO),以高温来检测清洗工作中可能产生的混合杂散气体。MQ-7气体传感器可以把电导率的高低信号转变为相对应的数字信号。同时该传感器对一氧化碳浓度和电导率变化的检测和响应很快，可以同时检测多种混合有一氧化碳的杂散气体,是一款能够出色完成各种检测任务的低成本传感器。(3) 一氧化碳传感器的接口说明MQ-7一氧化碳传感器内部原理图如图3-3所示。该传感器包含有四个引脚，其中2号和3号引脚都是信号输出引脚。区别在于，DOUT端是依据电平的变化输出信号，另一个AOUT端是通过模拟量进行输出信号。另外的1号和4号引脚分别接+5V电源和电源负极。本系统选用AOUT端与AD芯片连接的方式处理数据，如图3-4所示。图3-3MQ-7一氧化碳气体传感器内部原理图CC)I4321MQ-7VCCTGNDI CHO图3-4MQ-7一氧化碳传感器连接图(4) 一氧化碳传感器的工作原理1 .传感器供+5V的直流电，注意正负极的接线是否正确，防止芯片损坏。2 .连接DOUT端时，输出信号将既直接与并行I/O口交互，还可以用NPN型的三极管替代，用三极管来让继电器工作。如果需要调节输出电平变化，则可以利用到电位器RPo当顺-7检测到一氧化碳时，比较器管脚的电压值与一氧化碳浓度趋近于线性关系。电阻R3起到对LED灯的限流作用。滤波电容Cl辅助电路稳定运行。在采集信号的过程中MQ-7输出低电平；在休眠状态时，MQ-7则输出高电平。3 .选择AoUT端时，AOUT端的信号直接输入至A/D端。一般来说，参考电压以初始状态下的设置值为准。当前模拟信号的输入端电压接近于IV0由于气体浓度和电压关系趋近于线性关系，所以在检测一氧化碳时，电压每升高0.IV,实际浓度就会增加200ppmo3.2.3灰尘传感器(1)灰尘传感器的选型方案一：选用PMS3OO3颗粒物传感器。该传感器运用了激光的散射浓度检测原理。通过信息的采集和分析计算弥漫在空气中一个单位体积内的颗粒物的数量，完成对所需悬浮颗粒物的散射浓度检测。方案二：选用GP2Y1014AUOF光学灰尘传感器。GP2Y1014AUOF光学灰尘传感器是一种基于前代优化设计的新型传感器。它属于光学质量传感器，对于检测细小颗粒的系统非常适用。同时该传感器价格低、灵敏度高、一致性强。综上所述，由于本次设计的重点之一就是监测PM2.5的浓度。因此需要对被测颗粒物以外的其他物质不敏感，同时兼顾性能和性价比的传感器，故采用方案二。(2)灰尘传感器的概述GP2Y1014AUOF光学灰尘传感器是一款更加高级的光学质量传感器。该传感器可以测量极小的颗粒物，例如烟雾、花粉等。该传感器之所以能被大量适配于空气净化系统，主要是因为它价格低、寿命长、使用效率高、后期维护简单。(3)灰尘传感器的引脚说明GP2Y1014AUOF光学灰尘传感器的原理图如图3-4所示。该传感器共有6个引脚,1号引脚经过150Q限流电阻连接到+5V,6号引脚直接接到+5V,2号和4号引脚接地,3号引脚连接发光二极管，5号引脚连接A/D采集通道。图3-5GP2Y2024AU0F灰尘传感器原理图(4)灰尘传感器的工作原理GP2Y10I4AU0F灰尘传感器的中间有一个孔，工作时空气会从孔里经过。该传感器包含有红外LED和光电晶体管。且它们按照对角式装配。工作时定向发光，通过检测空气颗粒物所折射的光线，来分析计算颗粒物的浓度。由于GP2YI0I4AU0F灰尘传感器只能检测模拟信号，因此必须通过A/D采集才能被处理器识别。通过STM32的ADC通道与GP2Y1OMAUOF灰尘传感器进行信号转换和交互，将采集的PM2.5浓度模拟量转换为数据，且精确至0.5V0.Imgm3.此外，在灰尘传感器电路模块的设计中，应接一个限流电阻和电容保护电路。3.2.4光敏传感器(1)光敏传感器的选型方案一：选用光敏二极管传感器。光敏二极管是光电光控开关，一般用来检测周围环境的亮度和光强，但其只能感知固定方向的光源，且只能输出数字信号。方案二：选用光敏电阻传感器。光敏电阻模块有模拟输出和TTL输出两种信号。同时该传感器具有极高的精度和良好的环境选择性。综上所述，由于光敏电阻传感器的性能表现和价格都更具优势，故采用方案二。(2)光敏电阻传感器的概述光敏传感器用的是硫化镉或硒化镉等半导体材料制成的光敏电阻，敏感元件对光线十分敏感，无光照时呈高阻状态，暗电阻一般可达1.5M,基于内光电效应，阻值随光照强度的增强而减小，亮电阻值可小至IKQ以下。(3)光敏电阻传感器引脚说明光敏电阻传感器的原理图如图3-6所示。该传感器共有4个引脚，1号引脚连接到÷5V,2号引脚接地，5号引脚连接A/D采集通道。图3-6光敏电阻传感器原理图3. 3显示模块(1) OLED屏的概述()LED屏是电子产品设计中常用的显示屏。该显示屏由128X64个点阵构成。能够配合单片机完成ASCIl码、中文汉字和图形的精确扫描显示。OLED显示屏的接口可以直接与微处理器连接。同时也支持11C通信方式传输信号。OLED晶屏还具有图片取模等多种功能。OLED的原理图如下图3-6所示。VCC图3-7OLED原理图(2) 0LED液晶屏的接口说明表3-1OLED引脚说明表引脚号引脚名称电平功能1VCC5V电源正端2GNDOV电源地3SCL0/5VIIC时钟线4SDA0/5VIIC数据线3.4按键输入模块由于本系统的交互较少，因此可采用方便快捷的独立按键进行硬件设计。本系统按键输入接口设计使用两个实体按键。按键输入部分的电路设计如图3-7所示。其中一脚直接接地线，另一脚与程序设定的某些I/O口相连。其中Kl设置键，按下可以进入报警范围的设置。K2为调节数值键，支持连续按。三rKEYlOOKEYl,*砧丫?KEY2GND图3-8按键输入电路图3.5无线传输模块(1)ESP8266WIFI模块的概述ESP8266是一个串口转WlFl芯片，用户操作容易，可自己烧写固件，不需要编写时序信号等。这款芯片采用3.3V的直流电源供电，体积小，功耗低，支持透传，丢包现象不严重，价格低。ESP8266还提供用户自己编写ROM,不仅可以实现数据透传功能，还可控制建立WIFl热点，或者作为WlFl客户端连接到某指定的路由器，同时还可编程控制所有的GPlO。表3-2ESP8266引脚说明表引脚号引脚名称引脚功能说明13V3电源(3.3V)2RST复位3EN使能4TX串行数据输出5RX串行数据输入6100通用输入输出引脚7102通用输入输出引脚8GND地线(2)ESP8266的工作原理如下图3-7所示是ESP8266WIFI模块的工作过程。单片机会向WIFI模块发送串口数据。当RXD端接收到单片机的数据后，会自行通过路由器以网关的方式将数据上传到阿里云平台，然后云平台下发数据到手机端或者Web端。此时右边的终端可以接收到来自云端的数据，并从TXD端发送下位机最开始发送的串口数据。同理可以反过来进行数据传输。3. 6报警模块本系统采用声光报警装置。温度、湿度、CO浓度和PM2.5浓度超过阀值，红色报警灯会点亮，当浓度超过设置的上限时，蜂鸣器报警。声光报警原理图如下图3-9所示。图3-6声光报警原理图3. 7系统原理图和PCB本系统采用AItiUmDeSigner绘制硬件原理图，并生成相应的PCB图。原理图、PCB平面图及3D效果图分别如图3-11、372、3T3所示。3V3DS18B20图371硬件电路原理图土填传感器DHT11IAO-OO7R2C2EC98OR一叵回。OOOOOOOOOOOOOoOooooooooooo三3C0-yO小。0Cl0M911MR6OO5>QQQ。逊nRllSTH32FIO3C8T62图3T2硬件电路PCB平面图OR8二C2OBlF!0C3O2-传泉ELED2DiO<iSTn32FIel3C8T6图3-13硬件电路PCB3D图第4章系统软件设计4.1软件设计概述在本文的前三章中，不仅介绍了系统的总体架构，还完成了传感器的选型。同时根据系统设计原则和硬件结构完成了硬件系统。接下来将会对系统的软件部分进行设计分析。软件设计的好坏决定了系统能否正常运行。因此在软件设计时需要考虑周全。以可靠性和快速性为目标，对系统软件做出了如下要求：（1）程序结构要合理紧凑，采用模块化编程，且简单易懂、易调试。（2）要保证系统的运行速度。（3）程序所占空间要尽可能的小。4. 2开发环境介绍本系统的软件编程是在KeilUViSion5软件中完成的（以下简称KeiI5）。它是一个基于WinclOWS系统的稳定高性能开发平台，涵盖有多种实用工具。Keil5不仅支持C语言，而且可以与STM32良好地兼容。Keil5的代码生成效率很高，在编写程序方面有着极强的开发能力。Keil5的使用界面如图4T所示。int main(void)unsigned char screen_fIag=O： unsigned int i,j.k:NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC PriOrilyGrOUP_2):/ 设置中惭优先级分f2 delay-init();延材函数初始化LSART1-Init(115200);LED lnit(); I初始化与LED连接的硬件按门KEY_Init 0;OLElnit();OLED初始化.里面“温度传超器的钠始化AdcJnitO: ADC 初始化DS18B20 InitO:(1000);i÷+;j+;上公m“0S4M4aM0 XXC*OOM« tll. 9 Kssvc(> 0 VnUBfH I图47Keil的使用界面图4. 3主程序设计主程序是一个无限循环的函数(main),是程序开始运行的地方。系统启动时，主程序首先对STM32及外部设备初始化。其中包括I/O口、ADC的初始化等等。主程序在初始化结束后，程序进入While(I)的死循环，在循环中进行按键的扫描，通过按键对参数进行设置。可以设置温湿度和PM2.5的报警阈值。然后发送指令启动DHTlKGP2Y1014AUOFMQ-7传感器将采集到的相关参数显示到OLED上。同时启动ESP8266进行MCU与阿里云的通信，在手机上也可以直接查看到实时采集的信息。至此扫描周期结束，轮到下一周期时会从主程序开始处继续下去。在这个循环过程中，也需要将采集值与设置值相比较。倘若在正常范围内，则程序回到开始执行的地方，准备进行下一次运行。倘若偏离了正常范围，则发送指令至报警模块和风扇，警示用户进行相应调整。系统主程序的流程如图4-2所示。图4-2主程序流程图4. 4信息采集程序设计5. 4.1温湿度监控子程序设计温湿度采集的程序模块是一个循环程序。在给STM32通电后，单片机发送指令给DHTIl传感器。DHTIl完成对所处环境中的温湿度数值的采集运算。在将最终得到的数据显示在OLED和手机屏上的同时，也传输回STM32oSTM32将反馈的数据与开始设定的阈值范围进行对比。倘若在正常范围内，则返回循环并继续采集信息。倘若偏离了正常范围，则会产生声光报警，接着再返回重新采集信息。温湿度监控子程序的流程如图4-3所示。图4-3温湿度监控子程序流程图4.4.2空气质量监控子程序设计空气质量监控子程序也是按照循环规则来编写的。在给STM32通电后，单片机指示GP2Y1014AU0F灰尘传感器、MQ-7气敏传感器。GP2Y10I4AU0F、MQ-7通过ADC转换并计算当前环境下的PM2.5和CO浓度的数值。在将最终得到的数据显示在OLED和手机屏上的同时，也传输回STM32。STM32将反馈的数据与开始设定的阈值范围进行对比。倘若在正常范围内，则返回循环并继续采集信息。倘若偏离了正常范围，则会产生声光报警。将会有LED灯亮以报警。同时也会启动风扇促进空气循环，接着再返回程序重新采集信息。空气质量监控子程序的流程如图4-4所示。图4-4空气质量监控子程序流程图4. 5液晶显示程序设计在给STM32通电以后，会对OLED显示屏和按键1/0口进行初始化。单片机指示检测是否有按键按下的输入信号。同时读取各传感器发送过来的温湿度、PM2.5和CO浓度数值，并按照信息采集的周期来不断扫描刷新屏幕。倘若有按键输入，则写入数值变化并显示。本系统设置了两个按键进行标准范围的加减。倘若没有，则继续刷新显示操作。液晶显示程序的流程如图4-5所示。图4-5液晶显示程序流程图第5章系统性能测试在完成了系统的软硬件设计后，在本章将对总体性能进行测试。实物调试的目的首先是检测系统软硬件的工作运转状况，其次是论证本系统是否满足预期的功能要求。5.1硬件搭建测试根据PCB板，焊接好各个元器件。硬件调试主要是检验电路能否正常运行。（1）液晶显示电路测试：安全通电后，观察OLED能否清晰正确地显示采集结果。（2）按键输入电路测试：检查各个按键是否能正常使用。（3）声光报警电路测试：检查蜂鸣器能否正常工作，LED灯能否正常亮灭。（4）传感器电路测试：检查各个传感器能否正常工作，能否正常采集正确的数据。5. 2系统调试系统调试主要是将硬件搭建的实物模型与程序相结合进行调试。本系统的实物图如图5T所示。在调试过程中，传感器能够完成环境数据采集的任务，误差也都在设计指标之内。OLED屏上可以清晰的显示数据结果。在控制方面，风扇按照控制要求正常运转,加速空气流通。本系统预留了一定的接口，可以添加其他模块进行下一步的扩展研究。图5T实物模型图本系统可以与手机端进行网络通信，可以把处理过的数据结果通过WIFl模块发送至手机上的APP,用户即可利用智能手机了解到最新的环境参数。首页如下图5-2所示。11：50a 力 I % IeDPM2.5 浓度55光照强度70图5-2手机APP使用界面5.3调试结果经过上述软硬件测试，本系统可以实现预设的相关功能。第一，在监控方面。本系统能对所处环境中的温湿度、室内光照强度、PM2.5和CO浓度进行实时监控并显示结果。其中温度测量范围为±050°C（存在±2%的误差），光照强度测量范围099%,湿度测量范围为1090%RH（存在±5%RH的误差）,PM2.5浓度监测灵敏度为0.5V/（0.Imgm3）。CO浓度监控范围为099%。在检测PM2.5和CO浓度时，测量值会与程序内设置的三组范围进行比较。本系统可以控制电灯、报警灯、排气扇，报警器的开关，报警模块中的LED灯和蜂鸣器也可以按照正确指令启动。综上所述，本系统基本达到了预设的效果。第二，在人机交互情况。本系统不仅能在OLED上显示采集环境数值的结果，还可以利用ESP8266WIFI模块与手机进行通讯。这样方便用户在手机上实时观察到环境数据。配备的按键可以设置报警阈值的加减。总结与展望在信息高度发展的今日社会，人们对生活环境的要求比过去有了大幅度的提高，期望能够拥有智能化的家庭生活。安全高效、舒适便捷的智能家居系统满足了人们在家居生活上的希冀。本文先介绍了智能家居在国内外的发展状况、目前存在的问题和未来的发展方向。在此基础上设计了整体架构，并最终完成智能家居系统设计。其中硬件电路设计部分是对系统的硬件构成和传感器电路解释说明，阐述了系统相关功能模块。硬件选型需要考虑到元器件稳定性、使用寿命等问题，因此核心控制芯片选用的是STM32F103C8T6。传感器模块选用的是DHTIl温湿度传感器、MQ-7一氧化碳传感器、GP2Y1014AUOF灰尘传感器、光敏电阻传感器。显示模块选用的是OLEDoWIFl通信模块用的是ESP8266。系统开始工作后，单片机控制上述传感器进行环境信号采集，再将数据传输到单片机处理后，通过OLED显示屏将相关环境数据实时显示，同时能实现WIFl模块与手机端的快速通信，可以使用户更加便捷地查看监测数据。软件设计部分主要是对系统程序进行分析,详细说明了各传感器数据采集程序、OLED显示程序、WlFl通信程序的流程图。还有对相关代码的解释。最后对实物进行功能测试和说明。本系统还具有开关电灯、声光报警、风扇调节等功能。通过本次设计的研究表明，无线传感器网络技术在数据信息的传输上要明显优于传统的有线或者人工监测系统，其中最显著的提升就在于电路的简化和成本的节约。在后期系统维护的次数也相对较少。物联网蓝牙技术在环境监控领域的应用同样是环境监控信息化发展的一种具体体现。本文只是运用了物联网技术对环境参数进行采集和显示，并没有对所测环境进行全面的调控。但由于本系统具有良好的扩展性，可以对环境参数的控制进一步完善，例如模拟空气净化、控温控湿等。如何完善和更新环境监控系统，保证系统的稳定性和测量的精确度；如何更快更稳定地进行远距离无线数据传输；如何进一步完善手机端界面的数据显示和交互等，这些都是值得继续深入研究的问题。在今后的学习工作中，需要建立针对性的分析方式，丰富系统功能，更直观、更人性化的将监测结果展示给用户，提高用户使用效率。参考文献1韩立园.基于物联网的城市环境监测系统设计D.长春理工大学,2019.2邢凯.基于单片机的室内无线环境监测系统设计与应用D.广西民族大学,2014.3崔曼，薛惠锋，卜凡彪,赵小平.基于物联网与云计算的环境监测系统研究J西安工业大学学报,2013,07:577-582.4杨丽文,陈如清.基于单片机的温室大棚环境参数监测系统设计J.科技视界2015(25):170+210.5梅帅.基于单片机的环境参数监测系统的设计与研究D.武汉轻工大学,2014.6鲁成洋,何坚强.基于单片机的智能家居环境监控系统设计J.智能机器人,2019(05):59-62.7吴波.基于单片机的温室大棚环境监控系统设计J.电脑知识与技术,2018,14(24):246-248.8郑棣,徐迎春,周越.基于STC单片机的温室环境智能监控系统设计J.福建电脑,2014,30(12):116-119.9靳越,张珂,王永琴.基于单片机的环境安全监控系统设计J.煤矿机械,2012,33(08):232-234.10孙康,王静秋,冷晟,叶文华.基于物联网的温室环境监控系统J.测控技术,2019,38(09):118-121.11潘新元,刘志强,张礼麟,段海军,韩勇.基于物联网技术的农业环境监控系统设计J.无线互联科技,2020,17(04):46-47.13 12吴塾.基于物联网的环境监控系统设计与实现J.信息与电脑(理论版)，2019(04):129-130.14 1.ionelNkenyereyeJong-WookJang.DesignofEnvironmentalMonitoringsystemBasedonPush-basedsynchronizationandXMPPPubSubarchiteclureJ.INTERNATIONALCONFERENCEONFUTUREINFORMATION&amp;COMMUNICATIONENGINEERING,2017,9(1).15 HaoWang,SiyuChen.WirelessEnvironmentalMonitoringBasedontheMCUC8O51FO2OJ1.ProcediaEngineering,2017,174.16 BarloszBalis,MarianBubak,DanielHarezlak,PiotrNowakow