摘要：本设计以STM32F103C8T6单片机作为设计的核心，利用ZigBee技术作为智能家居内部组网技术将各检测模块结合，实现DHT11型温湿度传感器对室内温湿度的数据检测，再将数据通过协调器的打包转化后发送到STM32单片机，经过WiFi模块连接到路由器，路由器把数据上传到服务器，并通过TET-LCD液晶显示器进行显示。也可通过客户端进行操作，对家居温湿度进行智能控制，使人们的生活更加舒适安逸。

关键词：STM32F103C8T6单片机；DHT11型温湿度传感器；液晶显示

1.选题背景和研究意义

国民经济的飞速发展，人们生活条件得到不断改善，对居住环境的要求不断提高。当科学技术不断融入到日常生活当中，智能家居系统正在不断满足人们的需求，改变着人们的生活。

智能家居系统集系统、结构、服务、管理于一身，用户可以通过手机、电脑等终端进行控制，为人们创造了高效、便捷、平安、舒心、绿色的居住环境。

2.设计内容及要求

本设计主要是对室内温度、湿度进行检测，用户能通过手机在人工控制、远程遥控和自动控制这三种控制方式之间进行切换，同时能够直观的在液晶屏上看到温度、湿度的数据。在人工控制情况下，根据液晶屏上显示的温度、湿度的数据，手动将家用电器调到适合的温度和湿度。在远程遥控情况下，通过手机、电脑等终端对家中的家居进行控制。在自动控制情况下，能对家中意外短路进行断电，防止短路引发意外火灾。

3.系统设计

3.1 系统架构

系统以STM32为控制核心共有三层构成：

（1）感知层

系统将室内作为一个感知环境，在室内不同区域部署感知控制节点，放置温湿度传感器，完成对温度、湿度的数据采集。

（2）网络层

网络层使用WiFi模块连接到路由器，并链接到互联网，路由器将信息转发到网络中，将采集的数据整合后上传到云端。

（3）应用控制层

应用控制层通过对网络上发送的数据整合后在云端进行显示，进而对家居的温湿度实时监测和控制。

3.2 系统功能

自动化信息监测：设置各检测点检测数据并记录下来，通过无线网络传输。

自动化调控：通过检测到的数据同设置的参数进行对比，自动调控温湿度。

远端控制：通过远端控制器对居室中的数据进行掌握。

3.3 芯片选用

本设计选用价格低廉、性能优秀的STM32F103C8T6单片机作为设计的核心，STM32F103C8T6是基于Cortex-M3核心的32位嵌入式卫星控制器，Cortex-M3采用了将命令存储器和数据库分离的哈佛框架，兼具了独立的32-bit指令总线和32-bit数据分析总线通道，使得数据存储过程中不再占用指示总线通道，在同步读写指令和数据之后大大提高了MCU的实际工作效率。

3.4 温湿度传感器

本设计选用的是DHT11型温湿度传感器，体积小，5V电源电压下平均最大电流只有0.5mA，能耗小，绿色环保。DHT11型温湿度传感器只用一个简单的IO端口，便能够向MCU传输数据，采用的是简单的单总线通信，在传输数据后，模块会采用校验的方式对数据再次检查，确保了数据传输的精准和正确。

3.5 电源稳压电路设计

外部电源输入电压值为5V，所以需要进行直流电压的转换，即DC-DC。由于芯片工作电压是3.3V，故采用AMS1117-3.3V稳压芯片。

3.6 ZigBee终端节点与协调器模块设计

协调器与子模块采用的是CC2530片上系统，通过协调器与子模块一同构建了系统感知层的ZigBee网络。通过协调器装置把接收到的数据通过串口和单片机通信后，把数据发送到STM32单片机，STM32凭借串口终端接收CC2530采集的数据，串口接收到数据后，将其打包成json格式通过WiFi模块传到平台。

3.7 WiFi模块的设计

ESP8266芯片是一种全面的、自成体系的WiFi网络解决方案。系统中所需的网络连接问题被它轻松解决以便于数据的上传，还能避免节点和服务器之间通信中的故障。该模块的目的是将感知信息发送到特定的网络平台，并从网络平台获取、分析和处理数据。

3.8 网络通信模块的设计

为实现设计中异常情况下向用户发送短信警报的功能，设计选用了SIM900A外置模块。该模块是一个四频GSM/GPRS模块，设置简单，使用方便，只需要接入一个SIM卡就能够完成语音、短信和数据信号的低功耗传送。

3.9 继电器的用途

继电器相当于一个自动开关，当电路中的输入值产生一定的变化后，通过触电连接或者断开电路，做到可以用较小的电流去控制较大的电流。这样在设计中单片机无法直接控制家用电器的问题，就可以通过采用较低成本的继电器来控制电路。

3.10 按键控制设计

为满足在不同系统间的切换，设计了按键电路，每个按键的功能都不同，具体为切换控制模式、进入设置界面、切项、加或者减数字。

系统的工作模式包括自动和手动两类，使用相应的按键操作即可切换系统在任意模式下工作。设置按键后，按下切项键进入到设置界面，进入界面后按加减键可以调节具体参数，如果要换到另一个参数进行调节，可以按切项键，通过切项键切换需要调节的阈值。阈值设置的高低将会影响到通信模块的短信发送功能，用户可以根据冬季夏季的实际情况合理的设置阈值的数值，让生活更加智能的同时也更加人性化。

3.11 TET-LCD液晶屏幕设计

设计使用的TET-LCD液晶显示屏幕采用ST7735液晶屏模块，体积较小，具有1.8寸彩屏，背光控制电路，主要是通过ST7735核心控制器驱动IC，并且带有SD卡槽，方便扩展实验。军工级别的工艺标准，使得它能维持较长工作时间下的稳定，采用了4线制SI通信方式，简单的几个IO即可点亮显示，分辨率为128×160，显示清晰、色彩丰富。

4.软件设计

操作系统采用C语言编写程序，系统软件组成部分包含了硬件驱动器、硬件间协调、大数据分析处理及其格式化、数据信息交换等。系统软件设计包括ZigBee终端节点、协调器、WiFi模块，网络通信等模块。

STM32单片机上的程序采用的是keil5平台开发，ZigBee终端节点和协调器是IAR开发平台，通过Ti Z-stack协议栈完成的。系统设计中所选用的数据传输方式是增强设备协议（EDP），EDP协议包是通过GitHub托管平台上已开源的OneNET云平台代码改动起来的。

5.结果分析

通过对各部分的基础功能性测试及云平台上数据的显示，整个智能家居控制系统的运行稳定，设计的所有功能都能够正常实现，实现了6秒对云平台上传一个数据，在48秒内完成一整个组数据的上传。用户还能够通过手机APP、电脑端等设备对整个系统进行控制，完成对相关模拟电器的继电器进行开关。本设计满足智能家居温湿度控制系统核心功能的运行要求。

6.结束语

社会的蓬勃发展，家居的智能化越来越深入人心。特别在后疫情时代，人们越来越重视智能家居的虚拟展现和现实体验。随着5G技术的发展和普及，将5G技术同家居高度融合，运用可靠的网络连接，实现万物互联，让人们的生活更加舒适便捷。

参考文献：

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[2]韩晓英，张方樱，朱静.基于STM32单片机的智能家居控制系统设计与实现[J].硅谷，2013（12）：14-15

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[4]蒋立宾.基于STM32的智能家居控制系统的设计与开发[D].北京邮电大学，2011.1-4

作者简介：黄超（1994—），男，湖北孝昌，本科，实验师，研究方向：电子信息工程。