【文章內(nèi)容簡介】 于標(biāo)準(zhǔn)的不同而獨(dú)立工作，從系統(tǒng)的角度來看，他們都是扎亂無章的，并不是一個(gè)有機(jī)的、可協(xié)調(diào)工作的統(tǒng)一整體，作為家庭的主人面對這些各種各樣的電器，有各式各樣的遙控器，給個(gè)人 消耗的時(shí)間成本、管理成本、控制成本等帶來許多繁瑣的麻煩事，占用了許多閑暇的時(shí)光。 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要由軟硬件組成。本設(shè)計(jì)通過基于 PC 機(jī) /安卓系統(tǒng)的上位機(jī)軟件（網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手），該軟件主要用來接收和發(fā)送用戶發(fā)送的一些指令，即為串口數(shù)據(jù)交換界面。系統(tǒng)硬件則是以STM32F1xx 的 32 位 ARM 微控制器作為主控芯片， WIFI 無線串口收發(fā)器為通訊的一個(gè)智能家居控制系統(tǒng)。外圍硬件搭載 LCD1602 顯示器、 4*4 矩陣密碼鍵盤、繼電器、人體紅外感應(yīng)模塊、 MQ_2 氣體檢測、風(fēng)扇、蜂鳴器。 現(xiàn)階段智能家居原理及對比 智能家居 就是構(gòu)建一個(gè)智能化的家庭生活環(huán)境，即外加一些設(shè)備來自動(dòng)或手動(dòng)控制室內(nèi)要控制的設(shè)備。如遙控器、手機(jī)、電腦等來實(shí)現(xiàn)電視的控制、燈光的自動(dòng)控制等等。根據(jù)使用不同的控制傳輸介質(zhì)，可知道以下幾種方式。 基于 WIFI 的智能家居系統(tǒng) 5 1. 紅外技術(shù)，遙控器控制家電。紅外技術(shù)出現(xiàn)的年代較久，也比較成熟。但它是方向性控制，而且各遙控器地址編碼不一樣，控制起來各有差異，那就需要許多遙控器，面對家中眾多的電器，使用起來也比較麻煩。 2. 藍(lán)牙技術(shù)，一般可采用電腦或手機(jī)來控制。它較紅外技術(shù)優(yōu)勢在于傳輸距離較遠(yuǎn)、傳輸速度快、安全性高等。但是作為當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展高 速的 21 世紀(jì)，要想遠(yuǎn)距離跨地域控制就難以實(shí)現(xiàn)了。 3. GSM 技術(shù)，采用可安裝 SIM 卡的手機(jī)或者其他終端作為控制器。它是使用 GSM 協(xié)議來控制室內(nèi)物體，即通過控制終端向另一塊GSM 客戶端發(fā)送指定的控制指令來控制家中設(shè)備。但會(huì)產(chǎn)生一系列流量費(fèi)用以及短信或者通話費(fèi)用，給已經(jīng)花費(fèi)較大的系統(tǒng)帶來更大的昂貴開支。 4. WIFI 技術(shù)，它是最近幾年才興起的一種上網(wǎng)方式，一般的上網(wǎng)設(shè)備（比如手機(jī)、電腦等）通過無線網(wǎng)卡連接 WIFI 信號就可以實(shí)現(xiàn)無線上網(wǎng)。受控設(shè)備通過 WIFI 網(wǎng)關(guān)接入互聯(lián)網(wǎng)，再通過已連接互聯(lián)網(wǎng)的上網(wǎng)設(shè)備，向指定 IP 發(fā)送指令即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線控制，其不受地域限制。 綜述， WIFI 技術(shù)優(yōu)勢凸顯，相對于其他無線技術(shù)而言，具有成本低、使用方便、操作簡單、安全性高、開發(fā)方便、靈活性強(qiáng)。 智能家居系統(tǒng)功能簡介 該基于 WIFI 的智能家居系統(tǒng)中，各傳感器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集；STM32（以下簡稱 MCU）芯片負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理及分析，再通過分析結(jié)果做出相關(guān)響應(yīng)，一般緊急情況可以自行處理并報(bào)告給控制中心；WIFI 無線串口收發(fā)器實(shí)現(xiàn)控制中心（上位機(jī)）與 MCU 的相互通信，將采集到的數(shù)據(jù)提供給中心控制器（后臺(tái)推送），并且能將接收來自控制器的指令回 傳給 MCU；控制中心（上位機(jī)）負(fù)責(zé)將一切來自傳感器的數(shù)據(jù)接收，并且可以通過控制中心（上位機(jī)）來發(fā)送指令控制各個(gè)電器設(shè)備，實(shí)現(xiàn)住宅各服務(wù)、設(shè)備一體化； WIFI 網(wǎng)關(guān)則負(fù)責(zé)家庭內(nèi)外的信息交互，再則就是連通互聯(lián)網(wǎng)，使得用戶在任何地方都可以進(jìn)行客戶端的數(shù)據(jù)更新。主要的功能如下介紹。 基于 WIFI 的智能家居系統(tǒng) 6 安全觸發(fā)報(bào)警功能 本系統(tǒng)包含人體紅外感應(yīng)、 MQ_2 氣體檢測等安全隱患檢測模塊，通過這些傳感器，可以將住宅內(nèi)外發(fā)生的異常情況做出報(bào)警，并及時(shí)傳達(dá)到小區(qū)保安室以及用戶手機(jī)端推送窗口，以便對應(yīng)人員做出相應(yīng)處理。保證家庭的安全，讓用戶 更放心。 密碼門禁功能 該系統(tǒng)的門禁系統(tǒng)采用密碼驗(yàn)證，摒棄以往鑰匙開鎖的繁瑣。通過 4*4 矩陣鍵盤輸入密碼，比對成功后即可開門。 客戶端功能 （ PC/APP）客戶端可以提供用戶遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制家中設(shè)備，了解家中設(shè)備實(shí)時(shí)信息，比如家中傳感器的檢測信息。這樣用戶在任何地方都可以了解家中的一切狀況。 遠(yuǎn)程控制 1. 為了避免朋友到訪家中無人的尷尬，該系統(tǒng)編寫了遠(yuǎn)程控制門禁的功能，避免朋友吃“閉門羹”。用戶打開手機(jī) APP（客戶端）軟件（或者電腦客戶端），輸入指定指令即可打開房門，手機(jī) 端也可看到房門已打開的文字提醒。 2. 提供遠(yuǎn)程開啟與關(guān)閉風(fēng)扇、警報(bào)、紅外監(jiān)控等功能。 查詢功能 用戶可以通過 PC 端或 APP 管理軟件，連接指定 IP 及端口查看家中設(shè)備的用運(yùn)行狀況，讓用戶了解設(shè)備的相關(guān)情況。 基于 WIFI 的智能家居系統(tǒng) 7 系統(tǒng)工作原理框圖 圖 系統(tǒng)工作原理框圖 基于 WIFI 的智能家居系統(tǒng) 8 3 智能家居硬件設(shè)計(jì) 在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，充分考慮了該行業(yè)的實(shí)際情況，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成本、以及軟硬件應(yīng)用的可靠性和開發(fā)的兼容性，以便盡量有效的縮短系 統(tǒng)地開發(fā)周期。硬件設(shè)計(jì)如下： 控制中心 本系統(tǒng)中，由 PC 端 /APP 充當(dāng)整個(gè)智能家居的指令控制中心。個(gè)人電腦及手機(jī)如今已普遍存在，并且使用起來及其方便。 主控芯片 STM32F1XX 32 位 ARM 微控制器 方案中主控器件 STM32F103zet6 單片機(jī)使用的是 ARM 公司為要求性能高、成本低、功耗低的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的 32 位的ARMCortexM3 內(nèi)核。 ●基于 ARM CortexM3 核心的 32 位微控制器 ,LQFP144 封裝 . ● 512K 片內(nèi) FLASH（相當(dāng)于硬盤） ,64K 片內(nèi) RAM（相當(dāng)于內(nèi)存） ,片內(nèi) FLASH 支持在線編程 (IAP). ●高達(dá) 72M 的頻率 ,數(shù)據(jù) ,指令分別走不同的流水線 ,以確保 CPU運(yùn)行速度達(dá)到最大化 . ●通過片內(nèi) BOOT 區(qū) ,可實(shí)現(xiàn)串口下載程序 (ISP). ●片內(nèi)雙 RC 晶振 ,提供 8M 和 32K 的頻率 . ●支持片外高速晶振 (8M),和片外低速晶振 (32K).其中片外低速晶振可用于 CPU 的實(shí)時(shí)時(shí)鐘 ,帶后備電源引腳 ,用于掉電后的時(shí)鐘行走 . ● 42 個(gè) 16 位的后備寄存器 (可以理解為電池保存的 RAM),利用外置的紐扣電池 ,和實(shí)現(xiàn)掉電數(shù)據(jù)保存功能 . ●支持 JTAG,SWD 調(diào)試 .配合廉價(jià)的 JLINK,實(shí)現(xiàn)高速低成本的開發(fā)調(diào)試方案 . ●多達(dá) 112 個(gè)快速 IO 端口 (大部分兼容 5V 邏輯 ),4 個(gè)通用定時(shí)基于 WIFI 的智能家居系統(tǒng) 9 器 ,2 個(gè)高級定時(shí)器 ,2 個(gè)基本定時(shí)器 ,3 路 SPI 接口 ,2 路 I2S 接口 ,2 路I2C 接口 ,5 路 USART,一個(gè) USB 從設(shè)備接口 ,一個(gè) CAN 接口 ,SDIO 接口 ,可兼容 SRAM,NOR 和 NAND Flash 接口的 16 位總線 FSMC. ● 3 路共 16 通道的 12 位 AD 輸入 ,2 路共 2 通道的 12 位 DA 輸出 .支持片外獨(dú)立電壓基準(zhǔn) . ● CPU 操作電壓范圍 :. 綜上 STM32F103 的性能完全可以滿足本設(shè)計(jì)的所有控制需要，內(nèi)置 ADC 模塊可以直接用于模擬量的采集，豐富的 I/O 接口完全可以與 1602 顯示屏模塊的通信，并且采用 STM32F103 ARM 微控制器做為主控制器可以減少使用外圍器件（例如減少 ADC 模塊等），使得降低了成本以及電路的復(fù)雜程度。 基于 WIFI 的智能家居系統(tǒng) 10 PE2/TRACECK/FSMC_A231PE3/TRACED0/FSMC_A192PE4/TRACED1/FSMC_A203PE5/TRACED2/FSMC_A214PE6/TRACED3/FSMC_A225VBAT6PC13TAMPERRTC7PC14OSC32_IN8PC15OSC32_OUT9PF0/FSMC_A010PF1/FSMC_A111PF2/FSMC_A212PF3/FSMC_A313PF4/FSMC_A414PF5/FSMC_A515VSS16VDD17PF6/ADC3_IN4/FSMC_NIORD18PF7/ADC3_IN5/FSMC_NREG19PF8/ADC3_IN6/FSMC_NIOWR20PF9/ADC3_IN7/FSMC_CD21PF10/ADC3_IN8/FSMC_INTR22OSC_IN23OSC_OUT24NRST25PC0/ADC123_IN1026PC1/ADC123_IN1127PC2/ADC123_IN1228PC3/ADC123_IN1329VSSA30Vref31Vref+32VDDA33PA0WKUP/USART2_CTS/ADC123_IN0/TIM5_CH1/TIM2_CH1_ETR/TIM8_ETR34PA1/USART2_RTS/ADC123_IN1/TIM5_CH2/TIM2_CH235PA2/USART2_TX/ADC123_IN2/TIM5_CH3/TIM2_CH336PA3/USART2_RX/ADC123_IN3/TIM5_CH4/TIM2_CH437VSS38VDD39PA4/SPI1_NSS/DAC_OUT1/USART2_CK/ADC12_IN440PA5/SPI1_SCK/DAC_OUT2/ADC12_IN541PA6/SPI1_MISO/TIM8_BKIN/ADC12_IN6/TIM3_CH142PA7/SPI1_MOSI/TIM8_CH1N/ADC12_IN7/TIM3_CH243PC4/ADC12_IN1444PC5/ADC12_IN1545PB0/ADC12_IN8/TIM3_CH3/TIM8_CH2N46PB1/ADC12_IN9/TIM3_CH4/TIM8_CH3N47PB2/BOOT148PF11/FSMC_NIOS1649PF12/FSMC_A650VSS51VDD52PF13/FSMC_A753PF14/FSMC_A854PF15/FSMC_A955PG0/FSMC_A1056PG1/FSMC_A1157PE7/FSMC_D458PE8/FSMC_D559PE9/FSMC_D660VSS61VDD62PE10/FSMC_D763PE11/FSMC_D864PE12/FSMC_D965PE13/FSMC_D1066PE14/FSMC_D1167PE15/FSMC_D1268PB10/I2C2_SCL/USART3_TX69PB11/I2C2_SDA/USART3_RX70VSS71VDD72PB12/SPI2_NSS/I2S2_WS/I2C2_SMBAI/USART3_CK/TIM1BKIN73PB13/SPI2_SCK/I2S2_CK/USART3_CTS/TIM1_CH1N74PB14/SPI2_MISO/USART3_RTS/TIM1_CH2N75PB15/SPI2_MOSI/I2S2_SD/TIM1_CH3N76PD8/FSMC_D1377PD9/FSMC_D1478PD10/FSMC_D1579PD11/FSMC_A1680PD12/FSMC_A1781PD13/FSMC_A1882VSS83VDD84PD14/FSMC_D085PD15/FSMC_D186PG2/FSMC_A1287PG3/FSMC_A1388PG4/FSMC_A1489PG5/FSMC_A1590PG6/FSMC_INT291PG7/FSMC_INT392PG893VSS94VDD95PC6/I2S2_MCK/TIM8_CH1/SDIO_D696PC7/I2S3_MCK/TIM8_CH2/SDIO_D797PC8/TIM8_CH3/SDIO_D098PC9/TIM8_CH4/SDIO_D199PA8/USART1_CK/TIM1_CH1/MCO100PA9/USART1_TX/TIM1_CH2101PA10/USART1_RX/TIM1_CH3102PA11/USART1_CTS/CAN_RX/TIM1_CH4/USBDM103PA12/USART1_RTS/CAN_TX/TIM1_ETR/USBDP104PA13/JTMS_SWDIO105NC106VSS107VDD108PA14/JTCK_SWCLK109PA15/JTDI/SPI3_NSS/I2S3_WS110PC10/UART4_TX/SDIO_D2111PC11/UART4_RX/SDIO_D3112PC12/UART5_TX/SDIO_CK113PD0/FSMC_D2114PD1/FSMC_D3115PD2/TIM3_ETR/UART5_RX/SDIO_CMD116PD3/FSMC_CLK117PD4/FSMC_NOE118PD5/FSMC_NWE119VSS120VDD121PD6/FSMC_NWAIT122