论文总字数：35411字

摘 要

伴随着目前互联网和移动通信科技水平的迅猛发展，尤其是在即将到来的5G时代，更加智能，智慧化的家居系统将变成常态，走入普通大众的生活里，此次设计最重要的是要解决在居室和居民远距离分开时，依然可以对家居，房屋居室的环境实现控制和情况了解，同时在有可能的危险发生之前可以进行预警管理，或拨打相关人员的电话或者直接能够通知房屋或户主的所有人员，达到减轻可能的灾害程度，减少城市中的普遍影响到居民生命财产安全的灾难发生的次数。

此时设计采用的是普中科技的STM32F103开发板，因为其强大的主控芯片性能使得在搭建各个模块时得心应手，同时在软件的设计上使用了开发板自带的固件库，和固件库函数来进行实现，完成了针对室内家具环境中部分参数的检测和可视化，以及报警等等。

关键词：智能家居；stm32；嵌入式系统；

Abstract

With the rapid development of the current Internet and mobile communication technology levels, especially in the upcoming 5G era, smarter and smarter home systems will become the norm and enter the lives of ordinary people. The most important thing in this design is To solve the problem that when the living room and the residents are separated at a long distance, the environment of the home and the living room can still be controlled and understood. At the same time, early warning management can be carried out before a possible danger occurs, or the relevant personnel can be called or directly notified to the house Or all the personnel of the head of the household, to reduce the degree of possible disasters, and reduce the number of disasters in the city that generally affect the safety of residents ’lives and property.
     At this time, the STM32F103 development board of Puzhong Technology is used in the design. Because of its powerful main control chip performance, it is handy when building each module. At the same time, the firmware library and firmware library functions provided by the development board are used in the design of the software. To achieve, complete the detection and visualization of some parameters in the indoor furniture environment, as well as alarms and so on.

Keywords: smart home; stm32; embedded system

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 选题背景 1

1.2 国内外发展概况 1

第2章 开发工具与MCU简介 2

2.1 STM32F10XX 2

2.2 KEIL MDK 4

第3章 系统分析与设计 5

3.1 方案分析 5

3.1.1 整体系统方案分析 5

3.1.2 数据采集方案设计 5

3.1.3 数据存储方案分析 6

3.1.4 显示方案分析 7

3.2 功能设计 7

第4章 详细设计与实现 9

4.1 界面设计 9

4.2 原理图设计 9

4.2.1 数据采集模块 10

4.2.2 温湿度传感器模块 11

4.2.3 烟雾传感模块 12

4.2.4 液晶显示电路设计 13

4.2.5 报警电路的设计 16

4.2.6 时钟模块 16

4.3 业务处理模块设计 17

4.3.1 界面显示任务 17

4.3.2 AD采样及数据处理 18

4.3.3 烟雾传感器 24

4.3.4 温湿度传感器 26

4.4.5 灯光控制与光照检测 27

第5章 结果分析 29

5.1 硬件设计的结果分析 30

5.1.1 温湿度模块的分析 30

5.1.2 光照模块的分析 30

5.1.3 烟雾检测 31

5.1.4 硬件综合测试 31

5.2 软件设计的结果分析 31

第6章 结论 33

参考文献 34

附录 35

致谢 55

第1章 绪论

1.1 选题背景

随着社会的发展以及煤气，家用电器等的大量普及，人们更多的面对有害气体泄漏，火灾，能源浪费等等情况，个人家庭远程监控系统的应用可以有效的减少这些情况的发生。

家庭消防安全是社会的永恒话题，现在越来越高，越来越密集的住宅楼更需要杜绝火灾隐患，这要求家庭监控系统对于有害气体和温度的探测必须灵敏而且能快速联动提醒。家庭远程监控系统通过借助自身优势可以较易实现家用电器设备的无线，智能化操控，完全可以减少火灾以及有害气体泄漏（煤气等）带来的损失，提升家庭环境的安全性。

人们关于居家环境的舒适度的要求越来越高，湿度，温度，空气微粒指数等等都要求维持在一个较为适宜的范围，尤其针对于抵抗力较差的老人和孩子来说则愈加重要。监控系统对这些参数进行监测，自动调整室内空调，加湿器等工作状态，不仅可以营造舒适的生活环境，同时也能够实现低碳环保的指标。这些监控功能对于室内的养殖场，种植园也非常的具有实用性。

目前虽有很多新型的设施出现在智能家居市场以此来满足人们的生活需求，然而仍然有不尽善尽美的地方，主要在于规范不统一以及权威产品的不足。科学技术的日新月异提高了人们的生活水平，人们也更加憧憬智能化的生活方式。研究开发家居智能化控制的是必然趋势。

1.2 国内外发展概况

现今快速发展的电子通信技术已然成为了强大的技术支持用于建设智慧，安全。国家的预防火灾规范中明确的要求了家庭用的防范火灾标准，但目前建设成本较高，在现实生活中还不能普及到基层中。智能家庭监控系统具有防窃、防意外失火等功能，在可能发生潜在危险时还能做到提前通知报警。自主监测是代表由一至多种探测器实现对住宅内的各种模拟信号(温湿度，空气有害成分等)进行自动监测，运用复合式传感器的目标是增强可靠性同时简化设施。自主报警是指系统能够在监测到风险的情况下自动拨打户主或相干部门的电话，发出求救信息。

第2章 开发工具与设计微控制单元简介

2.1 普中STM32F103ZET6开发工具

普中科技的STM32系列单片机开发板是由意法半导体公司设计制造的32位微控制器具有M3内核，采用ARMv7-M架构。

由于其功能多且齐备，材料丰富，技术成熟，十分适合目前的智能家居研发。

目前适合使用的开发板型号包括用于小规模集成开发的基本型开发板，主要用于微小型组件，用于中型系统的增强型组件，同时还有用于大型或多项任务功能需求的高度联合型组件。结合家居控制系统的对于系统性能的设计需求，最终选择的是增强型组件。

两款组件的性能各有不同，其中增强型系列的正常系统时钟频率为72兆赫兹，但是可以略超频进行运转，而基本型组件的时钟频率仅仅为36兆赫兹。考虑到对于组件的性能和成本的综合情况，对于智能家居项目来说，可能会加载更多模块，因此更偏向于选择增强型的组件。除此以外这几款开发板对于程序的存储能力也有所差异，例如增强型的静态随机存储器可以达到32K到128K，而且当系统处于最高速率运转时，还可以选择用存取更快的闪存来运转程序，两款开发组件在功耗方面都较为节能功率为36mA，与同型号相比，更加适合在日常的家居环境中使用。

图2.1 STM32F10XX功能框图

内核方面。芯片主要采用的是32位的高性能ARM Cortex-M3处理器解决方案，同时系统时钟为72兆赫兹，当现实需要更高频时，可以选择超频使用。对于外界的干扰和噪音有很好的抵抗能力。

芯片在内存方面配置有容量为512K的闪存以及64K的静态随机存储器（SRAM）

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