基于STM32的智能家居系统方案.doc

基于STM32的智能家居系统方案 基于STM32的智能家居系统方案广州大学基于STM32的智能家居系统实验项目:基于STM32的智能家居系统姓名:涂锦明学号:1314100108指导教师:刘佐廉第1页第1页基于STM32的智能家居系统方案引言智能家居的产生是建立在住宅房屋的基础上的,并且以现在一些成熟的技术为依托建立起来的,这些技术比如网络通信、综合布线、安防、自控以及音视频技术等等。智能家庭可以完成家庭内部的一些常见任务,它是智能化时代所必有的产物,它的投产应用必然是一个质的变革。不但安全性有所提高,其它包括节能方面表现也是很出色的。同时,智能家居也是在互联网为基础的物联网技术上实现的。家庭中的各种各样的设备都是通过物联网进行连接在一起的,比如我们常见的音视频设备,家居照明系统、窗帘自动控制、空调控制、安全防范子系统、数字影院的智能控制和三表抄送等等。其还集控制、管理、服务于一身,致力提供便捷、快速、高效、舒适的人居环境。提供一个信息全方位的功能使人们能够合理的安排时间,并有一个安全的居家环境。同时智能家居在节约能源上面有定的效果。现在市面上大部分的智能家居产品形式结构比较单一,控制比较复杂,需要近距离进行操作,其操控性和便捷性已经不能适应现阶段人们对智能化的要求,智能家居不仅能给用户提供安全、健康和舒适的生活环境,而且用户能够远程监控自已的家居状态和控制家庭电器设备。2、目的设计一个智能家居方案,要求系统基于STM32单片机,能用手机APP远程控制家里空调和热水器的开关,窗帘能根据实时照度的大小自动开合,数据处理放在远程服务器端3、系统设计系统整体设计原则虽然智能家居到目前为止还没有一个统一的定义,构建一个安全、可靠、舒适美观的工作或生活环境。本系统依据了智能家居系统的基本原则,设计过程中遵循以下原则:安全:智能家居作为一种与用户日常工作和生活息息相关的产品,必须将用户的生命财产安全放在第一位,因此设计中系统自身的安全性是至关重要的。可靠:智能家居系统作为一种改善居住环境的系统,系统对用户操作和系统自身的触发事件,必须做出及时准确的响应,这就要求系统有绝对的可靠性,能够在长时间内对任意状况做出及时、准确无误的响应。舒适:智能家居的本质是改善用户的生活环境,使生活环境更加舒适,设计中注重对生活环境的自动调整和检测。方便:智能家居是一种方使用户生活,改善生活质量的一种设施,方便就成为了一个重要要求。美观:智能家居着急应用于用户的工作和生活环境,系统的美观、大方是必要的第2页第2页基于STM32的智能家居系统方案2、系统整体设计结构APP服务器W5100网络模块传感器匚今STM32F103机控制界面热水器冷气系统图1系统结构图整个控制系统根据功能可以分为智能控制中心和遥控部分。控制信号通过手机发送到控制单片机STM32,单片机接受信号将信号进行分析处理发出控制命令到各个开关并接收反馈信号将信息显示在人机控制界面上。控制中心由STM32F103微控制器、无线接收模块、开关、传感器等组成,是整个系统的核心。远程控制采用 android操作系统智能手实现控制的便捷性和通用性。信号控制流程:stm32通过红外遥控模块控制空调系统,12电机驱动的电动窗帘模块控制自动窗帘,和组建 Zigbee网络控制热水器节点四、主要芯片和模块3.1STM32是一种特殊的控制芯片,这种芯片的成本比较低、功耗也相对较小,而且性能比其它芯片要有一个很大的提升,一般情况,此芯片可以分为两种,一种为STM32F103,另一个是STM32F101。本系统采用STM32F103增强型系列中的STM32F103RBT6芯片如图,该芯片具有以下特性:芯片使用ARM32位 Cortex-M3内核,系统时钟可以通过倍颏到72MHz,运行速度挺快,为1.25 DMIPS/MHz。它还有一个很大的闪存空间,和一个不错的静态存储空间。里面已经集成了一个8M的振荡部分,还有一个32768hz的晶振,可以通过这个产生一个芯片内部的时钟,为产品设计提供一个时间。供电电压和输入输出接口都挺兼容,具有三种电压检测功能,是PDR、POR以及PVD。它的功率消耗还是比较低的,分为待机、睡眠以及停机几种模式,在以上功能基础上同时有RTC功能。这种芯片还具有二种方式进行程序的调试。一个是串行调试方法,还有就是JTAG方式。里面还有十二路DMA电路,时间设定器,AD、DA、同步接口、C接口以及串口等。其AD为十二位的转换器,而且还是十六通道的。电压测量最高位36V,许多芯片还有最多的壹第3页第3页基于STM32的智能家居系统方案佰壹拾贰个速度很快的IO接口。不包括模拟的接口下,这种芯片引脚承受五伏电压是没有问题的由于型号会不一样,所以它的1O口个数也是不一样的,分别是二十六、三十七、五十八十和壹佰壹拾贰个。定时器也是很多的,上限为十一个。定时器为四个。任意一个定时器里面都有一个计数器。其中有六个通道还可以产生PWM波,两个看门狗用的定时器其中有二个定时器可以对DA进行激活。该芯片含有五个串行口,两个IC接口以及两个IS重复使用的端口,CAN总线的一个接口,三个同步数据传输接口,SD卡读卡接口和USB的一个接口信己彐8可H5ASEA naEf3.2STM32最小系统STM32最小系统设计是本智能家居控制系统的核心部分,微控制器电路设计的好坏,将直接决定控制系统的稳定性。该控制系统使用的芯片型号为STM32F103RBT6,该芯片拥有49个GPIO口、3个 USART、最高处理速度可达72M、其封装为LQFP64,占用空间小、功能强大,用在本系统中恰到好处。在最小启动系统中,含有下面几个部分:为电源处理部分、接口部分、系统晶振部分、启动选择部分以及复位部分。其中复位电路中,当按键未按下时为高电平,系统正常工作,当按下按键时为低电平,系统复位BOOT1和BOOT0的电平直接决定芯片内部上电后运行的位置。启动模式在图给出启动模式选择引脚启动模式说明BOOT主闪存存储器启动区域改为主闪存存储器系统存储器启动区域变为系统存储器内置SRAM启动区域为内置SRAM4页第4页基于STM32的智能家居系统方案3.3继电器控制板电路智能家居控制系统,是通过手机进行远程控制的,由于系统是五伏供电,控制目标位220伏的交流电,我们这里就通过继电器实现相关的控制功能。通过ARM芯片的IO口的高低电平,可以使电路对应的三极管导通和截止,通过三极管的导通和关断来控制继电器线圈是否通电,当线圈有电时,电磁铁吸合,常开触点吸合,220V线路接通,此时相应的灯泡和家电就可以正常工作,反之则停止工作五、硬件模块1、STM32F103VCT6STM32F103VET6基于 ARM Cortex m332bt的RISC内核,工作频率最高可达72MHz,内置高速存储器(64KB的闪存和20KB的SRAM,丰富的增强IO端口和连接2APB总线的外设2、W5100模块w5100是一款多功能的单片网络接口芯片,内部集成有10/100以太网控制器,主要应用于高集成、高稳定、高性能和低成本的嵌入式系统中。使用W5100可以实现没有操作系统的 Internet链接。W5100内部集成了全硬件的、且经过多年市场验证的 TCP/IP协议栈以太网介质传输层(MAC)和物理层(PHY)。硬件TCPP协议支持TCP,UDP,IPV4,ARP,GMP和 PPPoE,这些协议已经在很多领域经过了多年的验证w5100内部还集成有16KB存储器用于数据传输。使用W5100不需要考虑以太网的控制,只需要进行简单的端口( Socket)编程。W5100提供3种接口:直接并行总线、间接并行总线和SPI总线。W5100与MCU接口非常简单,就像访问外部存储器一3、12V电机驱动的电动窗帘模块该模块使用T1公司的TSL230B来测量环境周围的光线强度,不需外接元件即可完成高分辨率的光硅光电照度频率转换。可将一定光谱的光转换成电流,再由电流/频率转换器转换成相应的脉冲频率。通过采集到的传感器数据,再根据季节的不同,白天和黑夜光照强度的不同,从而自动调节窗帘的打开面积4、红外遥控模块利用1838个用一体化红外接收头接收学习红外信息,然后由控制器软件解码,除去脉冲宽度调制或脉冲位置调制,红外信号贮存的按键信息。用户在上位机进行操作后,上位机发送指令下位机,下位机再通过重新编码由红外发射头输出,用户无需参与调节,但根据界面可以进行相关设置。5、3.2英寸TFT真彩触摸屏显示模块该模块功耗低,支持8bit、16bit总线接口,模拟o控制,彩屏模块上配置ADS7843触摸控制器,支持一个SD卡(SPI方式),支持一个SPI的 DAtA Flash,构成人机交互图形界面。6、 Android应用程序设计( Design of the Android Application)android监控平台的应用程序分为几个模块: Socket通信模块、登录模块、开关控制模第5页第5页基于STM32的智能家居系统方案块、温度控制模块等Socket通信模块在智能家居中,目前比较常用的传输协议为UDP、TCP协议。 android对UDP和TCP协议都有很好的支持,对于TCP协议, Android提供了类有 Socket和 Server Socket对于UDP协议, Android提供了 Datagram Socket和 Datagram Package。UDP是用户数据包协议,是一种非面向连接的传输层协议,UDP不提供数据包分组、组装和对数据排序的功能,无法获知发出的消息是否安全完整的被接收,适合一次传输数据较少的应用环境资源消耗小,传输速率高。TCP是一种面向连接的传输控制协议,TCP的传输需要建立连接、传输数据、释放连接三个过程,提供端到端全双工传输的通信方式。TCP和UDP相比具有面向连接、可靠性高、正确性强的优势,但是传输速率较慢、要求资源较多六、总结现在智能家居市场的产品种类已经比较丰富,与智能家居相关的技术也相继取得长足的进展,使得智能家居系统中的很多概念化的功能设想逐步变成现实。但是,作为一个新兴行业,智能家居行业尚且欠缺统一的标准,这一现象在我国尤为明显。这造成了很多问题各种智能家居产品之间的相互兼容性较差、相关软硬件和技术服务的成本居高不下、整个智能家居系统的稳定性和可靠性难以得到保证等等。因此,在形成统一行业标准方面,智能家居还有很长的路要走。除此之外,未来的智能家居系统发展方向还有:更高的智能化更低的能源消耗以及更有效的可再生能源利用效率。本文提出的基于STM单片机的智能家居设计方案,主要特点在于功能实用,操作简单,价格较为低