【正文】 的實(shí)基信號(hào)。當(dāng)按鍵開關(guān)按下時(shí)單片機(jī)RESET引腳直接接到GND，實(shí)現(xiàn)低電平按鍵復(fù)位。 (1) STM32F103VET6最小系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)圖32主要是控制芯片對(duì)模塊的引腳的分配，包括按鍵、LED發(fā)光二極管、LCD1602顯示屏、繼電器模塊、一氧化碳傳感器模塊、WiFi模塊、jlink下載電路、串口通信電路、啟動(dòng)模式選擇電路、復(fù)位電路和電源濾波電路等的引腳分配。詳細(xì)介紹了控制系統(tǒng)所用的嵌入式微處理器芯片STM32，包括STM32的內(nèi)核介紹、中斷管理、系統(tǒng)的滴答定時(shí)器、電源控制、時(shí)鐘、通用和復(fù)用功能IO、中斷和事件、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換(ADC)、定時(shí)器。在向下模式中，計(jì)數(shù)器從自動(dòng)裝入的值開始向下計(jì)數(shù)到0，然后從自動(dòng)裝入的值開始重新開始并且產(chǎn)生一個(gè)向下溢出事件。預(yù)分頻器可以將計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘頻率按1到65536之間任意值分頻。時(shí)基單元包括： 計(jì)數(shù)寄存器、預(yù)分頻寄存器、自動(dòng)載寄存器。可編程通用定時(shí)器的主要部分是一個(gè)16位計(jì)數(shù)器和相關(guān)的自動(dòng)裝載寄存器。16位可編程預(yù)分頻器，分頻系數(shù)在1——65536之間任意改變。轉(zhuǎn)換時(shí)間計(jì)算如下： T=采樣時(shí)間+ (21)例如，當(dāng)ADC的采樣時(shí)鐘是14MHz的時(shí)候，T=+=14周期=1us (22) 定時(shí)器通用定時(shí)器是一個(gè)可編程預(yù)分頻器驅(qū)動(dòng)的16位自動(dòng)裝載計(jì)數(shù)器構(gòu)成。校準(zhǔn)可減小因內(nèi)部電容的變化而造成的準(zhǔn)精度誤差。注入組有最多4個(gè)轉(zhuǎn)換組成。在任意多個(gè)通道上一任意順序進(jìn)行的一系列構(gòu)成轉(zhuǎn)換。ADC的結(jié)果可以左對(duì)齊或右對(duì)齊的方式存儲(chǔ)在16位數(shù)據(jù)寄存器中。下面是產(chǎn)生軟件中斷的過程：配置20個(gè)中斷/事件線屏蔽位，設(shè)置軟件中斷寄存器的請(qǐng)求位(EXTI_SWIER) [13]。當(dāng)事件線上發(fā)生了需要的邊沿時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)事件請(qǐng)求脈沖，對(duì)應(yīng)的掛起位不被置1。根據(jù)需要的邊沿檢測設(shè)置2個(gè)觸發(fā)寄存器，同時(shí)在中斷屏蔽寄存器的相應(yīng)位寫1以允許中斷請(qǐng)求。 中斷和事件NVIC(嵌套中斷向量控制器)和處理器核的接口緊密相連，可以實(shí)現(xiàn)低延的中斷處理和高效地處理晚到的中斷。施密特觸發(fā)輸入被激活。開漏模式時(shí)，對(duì)輸入數(shù)據(jù)的讀訪問可得到IO狀態(tài)。當(dāng)IO配置為輸出時(shí)：輸出緩沖器被激活。施密特觸發(fā)輸入被激活。為了使不同器件封裝的外設(shè)IO功能的數(shù)量達(dá)到最優(yōu)，可以把一些復(fù)用功能重新映射到其他一些腳上。使用默認(rèn)復(fù)用功能前必須對(duì)端口位配置寄存器編程：對(duì)于復(fù)用的輸入功能，端口必須配置成輸入浮空，且輸入引腳必須由外部驅(qū)動(dòng)。GPIO端口的每個(gè)位都可以由軟件分別配置為以下模式：輸入浮空，輸入下拉，輸入上拉，模擬輸入，開漏輸出，推挽式輸出，推挽式復(fù)用功能，開漏功能。 時(shí)鐘三種不同的時(shí)鐘源可被用來驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)鐘(SYSCLK): HIS振蕩器時(shí)鐘， HSE振蕩器時(shí)鐘，PLL時(shí)鐘，40KHz低速內(nèi)部RC，可以用來驅(qū)動(dòng)獨(dú)立看門狗和通過程序選擇驅(qū)動(dòng)RTC。使用該時(shí)鐘源。通過對(duì)備份區(qū)域控制寄存器的RTCSEL[1:0]位的編程，三個(gè)，三個(gè)RTC時(shí)鐘源中的二哥時(shí)鐘源可以選作實(shí)現(xiàn)此功能。(3) 待機(jī)模式()。在系統(tǒng)或電源復(fù)位后，微控制器處于運(yùn)行狀態(tài)。 (1) 運(yùn)轉(zhuǎn)模式：。切換到供電由復(fù)位模塊中的掉電復(fù)位功能控制。當(dāng)主電源掉電后，通過腳為實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)和備份寄存器提供電源。 系統(tǒng)的滴答定時(shí)器SysTick定時(shí)器嵌在NVIC中，用于產(chǎn)生SYSTICK異常(異常號(hào)15)，以前大多操作系統(tǒng)需要一個(gè)硬件定時(shí)器來產(chǎn)生操作系統(tǒng)需要的滴答中斷，作為整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)基。(4) 為該中斷建立中斷向量。中斷建立的過程： (1) 當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，先設(shè)置優(yōu)先組寄存器。如果中斷發(fā)生時(shí)，正在處理同級(jí)或高優(yōu)先級(jí)異常，或者被掩蔽，則中斷不能得到立即響應(yīng)。中斷的使能與除能分別使用各自的寄存器控制——這與傳統(tǒng)的使用單一比特的兩個(gè)狀態(tài)來表達(dá)使能與除能是不同的。該位段的值對(duì)么一個(gè)優(yōu)先級(jí)可配置單異常都有影響—把其優(yōu)先級(jí)分為個(gè)位段：MSB所在的位段(左邊的)對(duì)應(yīng)搶占優(yōu)先級(jí)，而LSB所在的位段(右邊的)對(duì)應(yīng)亞優(yōu)先級(jí)。其中編號(hào)115的是系統(tǒng)異常，大于等于16的是外部中斷，除了個(gè)別異常的優(yōu)先級(jí)被定死外，其他中斷的優(yōu)先級(jí)都是可編程的。R14連接寄存器，ARM為了減小訪問內(nèi)存的次數(shù)(訪問內(nèi)存的操作往往需要3個(gè)以上指令周期，帶MMU和cache的不確定)，把返回地址直接存儲(chǔ)在寄存器中。其中R13作為堆棧指針SP。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)特性，CM3內(nèi)部含有好幾條總線接口，每條都為自己的應(yīng)用場合優(yōu)化過，并且它們可以并行工作。Cortex—M3 是一個(gè)32位的處理器內(nèi)核。所有的通信都是通過WiFi模塊來進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)信息的傳輸。(1) 用戶管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的一氧化碳監(jiān)測的功能不僅僅應(yīng)用于室內(nèi)家居環(huán)境，還可以應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中，餐館廚房中，應(yīng)用范圍非常廣泛。用戶可以通過手機(jī)安裝智能家居系統(tǒng)專用的APP，通過手機(jī)連接的WiFi模塊的WiFi信號(hào)對(duì)智能家居系統(tǒng)控制中心發(fā)出電燈開關(guān)的指令來達(dá)到控制的目的。由以上表明智能家居系統(tǒng)加入一氧化碳報(bào)警功能的必要性和重要意義。智能家居系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能很多，應(yīng)用范圍也很廣，其中家居照明系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)家庭內(nèi)部各個(gè)等的開關(guān)，用戶通過家庭控制管理系統(tǒng)中心對(duì)照明系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理。其中的智能家居控制管理系統(tǒng)、家居照明控制系統(tǒng)、家庭安防系統(tǒng)、是必備系統(tǒng)，其他為可選系統(tǒng)。二是要實(shí)現(xiàn)無線傳輸，為了避免影響家居內(nèi)部結(jié)構(gòu)的美觀，擺脫有線線纜的束縛，采用無線傳輸技術(shù)，一般范圍在30米左右。第3章 、介紹了智能家居系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計(jì)，控制芯片電路的設(shè)計(jì)其中包括啟動(dòng)模式選擇電路、復(fù)位電路、CPU時(shí)鐘電路和RTC時(shí)鐘電路、濾波電路，還有穩(wěn)壓電源電路的設(shè)計(jì)、MQ7一氧化碳傳感器電路的設(shè)計(jì)、WiFi模塊電路的設(shè)計(jì)、單片機(jī)與PC機(jī)通信電路的設(shè)計(jì)。該方案將智能控制中心作為家庭網(wǎng)絡(luò)信息處理中心，在家庭內(nèi)部搭建WiFi無線網(wǎng)絡(luò)，并通過控制中心實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。易家三代：配電箱集中安裝式得家庭控制產(chǎn)品。其智能家居控制系統(tǒng)主要有以下三個(gè)部分：A系列：遵循EIB協(xié)議的家庭控制產(chǎn)品，適用于中高檔住宅區(qū)。海爾在技術(shù)上同微軟合作，利用微軟的Windows據(jù)建設(shè)部要求，截止今年，我國將有70%以上的家庭擁有Internet入網(wǎng)設(shè)備，大中城市中50%的住宅要實(shí)現(xiàn)智能化。眾所周知，我國的智能化住宅建設(shè)最早起于上海、廣州和深圳等沿海城市，并逐漸向內(nèi)陸發(fā)展。它的優(yōu)點(diǎn)在于利用的產(chǎn)品對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，系統(tǒng)較為成熟，比較適合中國國情。(2) EIB系統(tǒng)（德國），該系統(tǒng)采用預(yù)埋總線及中央控制方式實(shí)現(xiàn)控制功能。(1) X10系統(tǒng)（美國），該系統(tǒng)是利用電力線作為網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，采用集中控制方式實(shí)現(xiàn)。例如:微軟公司開發(fā)的“夢(mèng)幻之家”、摩托羅拉公司開發(fā)的“居所之門”、IBM公司開發(fā)的“家庭主任”等均已日趨成穩(wěn)得技術(shù)搶占智能家居市場[5]?，F(xiàn)在，國外的智能家居系統(tǒng)技術(shù)己日趨成熟。1984年，世界上第一幢智能建筑在美國康涅迪格州落成，這棟意義非凡的建筑只是對(duì)一座舊式大樓的一定程度的改造完成的。家居智能化控制系統(tǒng)的開發(fā)和建設(shè)是未來國家、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。許多國家先后提出了不同的智能家居方案，例如，早期新加坡模式的智能化家居系統(tǒng)包括：安防報(bào)警、可使對(duì)講、三表抄送、監(jiān)控、家居控制、智能布線箱、寬帶網(wǎng)絡(luò)接入等。與普通的家居相比，智能家居不僅具備傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適溫馨，高效安全的高品位生活環(huán)境，還將一個(gè)被動(dòng)靜止的居住環(huán)境提升為一個(gè)有一定智慧協(xié)助能力的體貼的生活幫手，進(jìn)一步優(yōu)化住戶的生活質(zhì)量。在我國，智能家居這一概念推廣比較晚，智能家居系統(tǒng)進(jìn)入我國的時(shí)間大約在90年代末，至今已存在相當(dāng)數(shù)量的智能化小區(qū)及住宅，發(fā)展速度非常驚人。第1章 緒論智能家居傳感網(wǎng)絡(luò)控制器的畢業(yè)設(shè)計(jì)目 錄摘 要 IAbstract III第1章 緒 論 1 課題背景及意義 1 目前的研究現(xiàn)狀 2 國外的發(fā)展現(xiàn)狀 2 國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀 3 本論文的主要內(nèi)容 4第2章 智能家居系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 7 智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 7 智能家居系統(tǒng)的功能 7 智能家居系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 8 主控芯片STM32介紹 9 STM32的內(nèi)核簡介 9 中斷管理 10 系統(tǒng)的滴答定時(shí)器 11 電源控制 12 時(shí)鐘 13 通用和復(fù)用功能IO 13 中斷和事件 14 模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換(ADC) 15 定時(shí)器 16 本章小結(jié) 17第3章 智能家居系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 19 控制芯片電路的設(shè)計(jì) 19 穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 23 5V穩(wěn)壓芯片7805簡介 23 LM7805特性 24 LM7805典型應(yīng)用電路 24 LM1117簡介 24 LM1117特性 25 LM1117典型應(yīng)用電路 25 一氧化碳傳感器電路的設(shè)計(jì) 26 WiFi模塊電路的設(shè)計(jì) 26 單片機(jī)與PC機(jī)通信電路 29 本章小結(jié) 30第4章 智能家居系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì) 31 程序語言的選擇 31 軟件開發(fā)環(huán)境及程序?qū)崿F(xiàn) 31 31 31 32 32 程序的設(shè)計(jì)思路 33 主函數(shù)程流程圖 33 本章小結(jié) 34第5章 硬件電路的制作與調(diào)試 35 Altium Designer軟件簡介 35 Altium Designer軟件界面 35 系統(tǒng)主控部分PCB圖 36 系統(tǒng)主控部分電子元件的焊接 38 系統(tǒng)運(yùn)行效果圖 39 本章小結(jié) 39結(jié) 論 41參考文獻(xiàn) 43致 謝 45附錄1 47附錄2 51附錄3 55附錄4 65第1章 緒 論 課題背景及意義進(jìn)入21世紀(jì)后，數(shù)字化技術(shù)取得迅猛發(fā)展并滲透到各個(gè)領(lǐng)域，電子信息技術(shù)，控制技術(shù)的日益提升，社會(huì)信息化的逐步加快，促使人們的生活、工作、學(xué)習(xí)以及通訊的關(guān)系日漸緊密，信息化社會(huì)在改變?nèi)藗兩盍?xí)慣和工作方式的同時(shí)，也對(duì)我們的傳統(tǒng)住宅提出了挑戰(zhàn)。智能家居[1]系統(tǒng)的概念起源于上世紀(jì)70年代的美國，隨后，傳播到歐洲、日本等國并且得到了很好的發(fā)展。智能家居系統(tǒng)將家庭中各種與信息相關(guān)的通信設(shè)備、家用電器以及家庭保安裝置通過有線或無線的方式連接起來，并進(jìn)行集中或異地的監(jiān)控、管理，保持家庭住宅環(huán)境的舒適、協(xié)調(diào)和安全。隨著信息化進(jìn)程的快速發(fā)展，人們生活條件的改善，智能家居也將會(huì)做到實(shí)用、易用、人性化，最終目的都是為滿足人們對(duì)安全、舒適、方便和符合綠色環(huán)境保護(hù)的需求，真正提高人們的生活品質(zhì)，營造更加舒適的家居生活[3]。隨著科技的提高，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的物質(zhì)生活水平的提高，對(duì)家居環(huán)境的要求也越來越高，作為家居智能化的核心部分——智能家居控制系統(tǒng)也越發(fā)顯得重要。2003年，網(wǎng)絡(luò)化家居的建設(shè)帶來了高達(dá)4500億美元的市場價(jià)值，這其中有3700億美元是智能家電硬件產(chǎn)品的價(jià)值，剩余的部分則是軟件和技術(shù)支持服務(wù)的費(fèi)用。近年來，以美國微軟公司和摩托羅拉公司等為首的一批國外知名企業(yè)，先后擠身于智能家居系統(tǒng)的研發(fā)中。目前市場上出現(xiàn)得智能家居控制系統(tǒng)主要有[6]：但由于缺乏在國內(nèi)市場推廣的條件且價(jià)格昂貴，該系統(tǒng)在國內(nèi)應(yīng)用極少。(3) 8X系統(tǒng)（新加坡），該系統(tǒng)采用預(yù)處理總線跟集中控制方式來實(shí)現(xiàn)功能。 國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀20世紀(jì)90年代后期，我國的智能小區(qū)日益興起。隨著網(wǎng)絡(luò)信息化走進(jìn)了千家萬戶，由國家經(jīng)貿(mào)委牽頭成立了家庭信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)委員會(huì)，并且信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系研究及產(chǎn)品開發(fā)也已經(jīng)被列為了國家技術(shù)創(chuàng)新的重點(diǎn)專項(xiàng)計(jì)劃。(1) e家庭（海爾），該系列產(chǎn)品以海爾電腦作為控制中心，各種網(wǎng)絡(luò)家電作為終端設(shè)備，海爾移動(dòng)電話作為移動(dòng)數(shù)字控制中心。產(chǎn)品以功能模塊開發(fā)為主，基于國外成熟的智能家居標(biāo)準(zhǔn)之上。 本論文的主要內(nèi)容本文的研究內(nèi)容為基于嵌入式處理器STM32芯片的智能家居系統(tǒng)，通過深入了解智能家居系統(tǒng)的應(yīng)用功能，提出了以嵌入式處理器STM32為平臺(tái)的智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。第2章 、介紹智能家居系統(tǒng)的要求、智能家居系統(tǒng)的功能和智能家居系統(tǒng)的總體構(gòu)架，包括中控芯片STM32的介紹。5第2章 智能家居系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)41 第2章 智能家居系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)第2章 智能家居系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求為了有效的實(shí)現(xiàn)智能家居控制系統(tǒng)對(duì)用戶的服務(wù)，智能家居系統(tǒng)需要滿足：一是終端設(shè)備省電，受家居內(nèi)部環(huán)境結(jié)構(gòu)的限制，各個(gè)傳感器要在不接通外部電源的情況下保持長時(shí)間的工作，所以要選用低能耗設(shè)備來維持整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間。如今智能家居系統(tǒng)主要包括的子系統(tǒng)有：智能家居控制管理系統(tǒng)、家居照明控制系統(tǒng)、家居布線系統(tǒng)、家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、家庭安防系統(tǒng)、背景音樂系統(tǒng)、家庭影院控制系統(tǒng)、家庭環(huán)境控制系統(tǒng)等八大系統(tǒng)[8]。本文主要實(shí)現(xiàn)的是家庭控制管理系統(tǒng)、家居照明控制系統(tǒng)和家庭環(huán)境控制系統(tǒng)。還有在冬天近九成的煤氣中毒事件是在洗澡期間發(fā)生的[10]。用戶可以隨時(shí)隨地通過遠(yuǎn)程無線的方式對(duì)家庭室內(nèi)室外的電燈進(jìn)行遙控。使用戶有充分的反應(yīng)時(shí)間來避免將要發(fā)生危險(xiǎn)。本系統(tǒng)主要包括用戶管理系統(tǒng)、控制中心、傳感器模塊的無線網(wǎng)絡(luò)?？刂浦行耐ㄟ^接受到的上位機(jī)或者是手機(jī)APP發(fā)來的指令進(jìn)行操作，也可以自己自動(dòng)的對(duì)家庭的環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。圖21智能家居系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 主控芯片STM32介紹 STM32的內(nèi)核簡介STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的ARM Cortex—M3內(nèi)核。這樣一來數(shù)據(jù)訪問不再占用指令總線，從而提升了性能。Cortex—M3處理器擁有R0—R15的寄存器組。PSP進(jìn)程堆棧指針，有用戶的應(yīng)用程序代碼使用。 中斷管理Cortex—M3在內(nèi)核上搭載了一個(gè)異常響應(yīng)系統(tǒng)，支持為數(shù)眾多的系統(tǒng)異常和外部中斷。NVIC(嵌入式中斷控制)中有一個(gè)寄存器是“應(yīng)用程序中斷及復(fù)位控制寄存器”，它里面有一個(gè)位段名為“優(yōu)先級(jí)組”。中斷配置的基礎(chǔ)：使能與除能寄存器，懸起與解懸寄存器，優(yōu)先級(jí)寄存器，活動(dòng)狀態(tài)寄存器，異