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基于STM32单片机智能家居wifi远程监控系统机智云app设计

news 2025/9/3 7:20:52

基于STM32单片机智能家居WiFi远程监控系统机智云APP设计

1. 系统功能介绍

本设计基于 STM32单片机，利用多种环境传感器实现对家庭环境的实时检测，并通过 WiFi模块 将数据上传至 机智云平台，用户可通过手机APP实时查看家中环境状况。同时，系统具备 智能联动控制功能，例如根据光照强度自动开关窗帘和LED照明，并在异常情况下进行蜂鸣器报警。

主要功能如下：

环境监测功能
- 温湿度传感器：实时检测室内温度和湿度。
- 气压传感器：监测环境气压变化。
- 一氧化碳传感器：检测一氧化碳浓度，防止中毒事故。
- 空气质量传感器：监测空气质量，判断污染情况。
- 烟雾传感器：检测烟雾浓度，起到防火预警作用。
- 光照强度传感器：检测室内外光照情况，用于自动窗帘和照明控制。
自动化控制功能
- 当光照强度低于设定阈值时，系统判定为“夜晚”，自动点亮LED照明，并控制步进电机顺时针旋转180°，模拟“拉上窗帘”。
- 当光照强度高于阈值时，系统判定为“白天”，关闭LED照明，并控制步进电机逆时针旋转180°，模拟“拉开窗帘”。
远程监控与控制
- 通过WiFi模块将数据上传至机智云平台，用户可通过手机APP随时查看环境数据。
- 后期可扩展远程控制功能，例如在手机APP端远程开关窗帘和照明。
阈值报警功能
- 系统设置有各类阈值，当温湿度、一氧化碳、烟雾等数据超过阈值时，蜂鸣器立即报警，提醒用户采取措施。

该系统功能全面，既能实时监测家庭环境参数，又能进行智能联动控制，真正体现了 智能家居 的核心理念。

2. 系统电路设计

整个系统的电路主要由以下几个部分组成： STM32最小系统、传感器采集电路、显示电路、WiFi模块电路、步进电机驱动电路、蜂鸣器电路和电源电路。

2.1 STM32最小系统

作用：作为整个系统的核心控制单元，负责传感器数据采集、数据处理、逻辑判断、执行控制以及WiFi通信。
特点：
- STM32F103系列芯片，基于ARM Cortex-M3内核；
- 运算能力强，外设资源丰富；
- 支持USART、I2C、SPI等通信方式，方便与传感器和WiFi模块交互。

2.2 传感器采集电路

系统使用了多种环境传感器：

温湿度传感器（如DHT11或DHT22）
- 用于检测室内温度和湿度；
- 通过单总线与STM32通信；
- 可用于空调控制、舒适度评估。
气压传感器（如BMP180/BMP280）
- 用于检测大气压强；
- 通过I2C接口传输数据；
- 可与天气监测相关联。
一氧化碳传感器（如MQ-7）
- 模拟电压输出，与单片机ADC通道相连；
- 用于煤气泄漏监测，保障居家安全。
空气质量传感器（如MQ-135）
- 模拟电压信号输入；
- 检测空气中有害气体浓度。
烟雾传感器（如MQ-2）
- 与ADC通道相连；
- 检测烟雾浓度，用于火灾报警。
光照强度传感器（如光敏电阻+分压电路）
- 模拟电压信号随光照强度变化；
- 用于判断昼夜情况，控制照明与窗帘。

2.3 显示电路

使用 OLED或LCD液晶屏 显示环境数据；
显示内容包括温湿度、气压、一氧化碳、空气质量、烟雾浓度、光照强度等；
用户无需APP即可在本地查看数据。

2.4 WiFi模块电路

使用 ESP8266 WiFi模块 与STM32串口通信；
实现数据上报至机智云平台；
支持双向通信，可扩展远程控制。

2.5 步进电机驱动电路

使用 ULN2003或A4988驱动模块 驱动步进电机；
电机通过旋转模拟窗帘的开合动作；
系统可根据光照强度自动控制电机旋转方向和角度。

2.6 蜂鸣器电路

使用有源蜂鸣器，通过单片机I/O口控制；
在超阈值情况下发出报警声。

2.7 电源电路

系统使用5V电源供电；
STM32和部分传感器使用3.3V电压，因此需要AMS1117稳压模块转换电压。

3. 程序设计

程序部分采用C语言编写，主要分为：主程序框架、传感器数据采集模块、显示模块、WiFi通信模块、自动控制模块、报警模块。

3.1 主程序框架

#include "stm32f10x.h"
#include "sensor.h"
#include "oled.h"
#include "wifi.h"
#include "motor.h"
#include "buzzer.h"float temperature, humidity, pressure, co, air_quality, smoke, light;int main(void)
{System_Init();OLED_Init();WIFI_Init();Sensor_Init();Motor_Init();Buzzer_Init();while(1){Sensor_Read(&temperature, &humidity, &pressure, &co, &air_quality, &smoke, &light);OLED_Display(temperature, humidity, pressure, co, air_quality, smoke, light);WIFI_Upload(temperature, humidity, pressure, co, air_quality, smoke, light);Auto_Control(light);Alarm_Check(temperature, humidity, co, air_quality, smoke);}
}

3.2 传感器采集模块

void Sensor_Read(float *t, float *h, float *p, float *co, float *aq, float *s, float *l)
{*t = DHT11_ReadTemperature();*h = DHT11_ReadHumidity();*p = BMP280_ReadPressure();*co = MQ7_Read();*aq = MQ135_Read();*s = MQ2_Read();*l = LightSensor_Read();
}

说明：

每个传感器有独立驱动程序；
采集数据存储在全局变量中供后续调用。

3.3 显示模块

void OLED_Display(float t, float h, float p, float co, float aq, float s, float l)
{OLED_ShowString(0,0,"Temp:");OLED_ShowNum(40,0,t,3,1);OLED_ShowString(0,1,"Hum :");OLED_ShowNum(40,1,h,3,1);OLED_ShowString(0,2,"CO  :");OLED_ShowNum(40,2,co,3,1);OLED_ShowString(0,3,"AQ  :");OLED_ShowNum(40,3,aq,3,1);OLED_ShowString(0,4,"Smoke:");OLED_ShowNum(40,4,s,3,1);OLED_ShowString(0,5,"Light:");OLED_ShowNum(40,5,l,3,1);
}

3.4 WiFi通信模块

void WIFI_Upload(float t, float h, float p, float co, float aq, float s, float l)
{char buffer[128];sprintf(buffer, "{\"temp\":%.1f,\"humi\":%.1f,\"press\":%.1f,\"co\":%.2f,\"aq\":%.2f,\"smoke\":%.2f,\"light\":%.2f}",t, h, p, co, aq, s, l);WIFI_Send(buffer);
}

说明：

数据打包为JSON格式上传至机智云平台；
手机APP解析后可实时显示各项数据。

3.5 自动控制模块

void Auto_Control(float light)
{if(light < LIGHT_THRESHOLD)   // 光照过低{LED_On();Motor_Rotate(180);  // 顺时针旋转180°，拉上窗帘}else{LED_Off();Motor_Rotate(-180); // 逆时针旋转180°，拉开窗帘}
}

3.6 报警模块

void Alarm_Check(float t, float h, float co, float aq, float s)
{if(t > 50 || h > 90 || co > CO_THRESHOLD || aq > AQ_THRESHOLD || s > SMOKE_THRESHOLD){Buzzer_On();}else{Buzzer_Off();}
}