基于STM32-的家居环境检测和家电控制系统—设计文档

软件详细设计报告Error！ notextofspecifiedstyleindocument。孝感定原电子科技有限公司文件编号产品版本密级产品名称：家庭环境检查和家电控制软件所有页软件设计书目录摘要31详细设计31 .1软件概要31 .2软件功能说明41 .3温度检测和显示模块设计61 .4以太网模块101 .5语音合成模块111 .6传感器模块132编程协议152 .1操作系统152 .2调试工具152 .3编译链接工具15摘要随着信息时代的到来和迅速发展，电子产品在日常生活中的应用给人们带来的便利和快速是可见的。 为人类开发更舒适、方便、安全、高效的产品，成为信息社会发展的强大动力。 在公共场所和职场环境不断改善的情况下，家庭居住环境也逐渐列入生活质量清单。 现在人们的追求不仅仅是物质，对精神世界的追求也在增加。 对于住宅，人们不仅关注房子的大小、外观、安全性，还要求更高水平的体验和享受。 例如，看书的时候即使不起床，也可以在光线变弱的时候打开电灯等智能控制。 在日常生活中，有时会在外出前忘记关闭电器电源，有时会发生电器自然起火引起火灾的突发情况，不仅是物质上的损失，还发生了心灵的阴影和伤害。 如何通过发展的网络设备和通信设施实现家庭智能化，已成为目前科技领域努力的方向。 智能家庭具有家庭安全、舒适、信息交流和通信能力。 这些依赖家庭智能管理系统。家庭生活是人们日常生活中的重要部分。 近年来，智能家居的出现垄断了传统住宅概念，给人们带来了不同的家庭体验。 使用智能家庭，人们在能简单控制家电的同时也能获得安全。 本课题根据目前的市场需求，设计了使用以太网进行互联网通信的家庭环境检测和家电控制系统，通过Android应用实现了最终的检测和远程控制，实现了中继控制家电、红外线学习控制系统、语音指南和温度、湿度、照度测量等功能。关键词。环境监测智能家居1详细设计1 .1软件概要本课题以32位微处理器STM32F107为硬件设计的核心，具有小型、性价比高等特征。 内置在该相互连接芯片中的媒体访问控制和专用的DMA控制器能够容易地实现以太网传送控制，并基于现有的网络设备实现可靠的网络通信。 本系统提供各种各样的监视和控制的前端：通过继电器和红外线学习模块实现家用电器的控制，通过提供温湿度和照度的环境监视的声音合成模块进行提示和警报。1 .2软件功能的说明1 .2.1软件功能的介绍驱动部在配置了主控制芯片STM32的电源参数和时钟系统之后，进行各模块的驱动设计。 其中使用RS232串行通信、ADC模数转换、I2C总线通信等。 为了节省数据端口的使用，以太网模块被设置为RMII通信模式。语音合成模块和红外线学习模块有自己的命令帧格式，通过串行连接到STM32。 本设计采用MAX3232实现RS232通信的继电器可以直接通过GPIO端口操作，传感器模块的温度传感器有特定的工作定时，湿度传感器采用ADC收集，光传感器采用I2C通信协议。 系统整体框架如图1所示。1 .2.2软件基本框架信号调整部采用了模拟比较器输入的结构，下图是本软件的基本帧图和主流程图。图1基本框架图信号通过利用高速传输建立的模拟比较器，并且经由STM32F417的数模转换器供给比较器的比较电压，在作出噪声收集、阈值自适应以用于初始化以去除通道中存在的噪声。接通电源检测到串行发送指令后，程序就切换为USART串行收发模式，可以进行参数设定和数据的导出操作。信号通过模拟比较器得到标准的方波信号，方波信号被输入到复用器模块以切换频道。系统以c和汇编语言为编程语言。 该系统通过传感器测量室内环境条件，将测量数据传输到单片机，单片机处理数据，并采取相应的措施。 系统程序的流程如图3所示。 系统启动后，首先进行初始化操作，为了能立即显示温度和非法入侵警报，系统采用中断技术，使用单片机定时中断TO，每500 ms中断一次。 一旦插入中断，系统就开始工作，当有人进来的时候，系统就会调用GSM邮件发送程序，发出蜂鸣器警报，将警报时间延迟2分钟，以使警报产生效果。 GSM发送邮件程序的设计流程图如图4所示。图2主程序的流程图1 .3温度检测和显示模块设计温度检测和显示模块使用数字温度传感器DS18B20、DS18B20的数字温度计布线方便，封装后适用于各种场合，耐磨损性、抗冲击性、体积小、使用方便，且具有非常稳定性和优异的灵敏度。 温度检测电路如图2所示。1 .3.1程序的流程图1 .3.2在设备侧实现为了确保采样精度，并行地使用两条ADC以使采样率为4.8MHz，并且即使在500kHz的噪声频带中也确保10倍的采样率。在收集到噪声之后，利用DMA发送线8192点的噪声信号来计算噪声的幅度，根据噪声的最大值和均方根值确定比较器的电压幅度阈值，并且通过DAC将阈值电压信号输出到比较器，以形成电压阈值。搭载了单频率脉冲的被测量信号通过模拟比较器成为方波信号，方波信号进入微控制器芯片的检测侧，该信号通过触发中断开始记录信号的脉冲数和信号的脉冲长度，可以通过脉冲长和脉冲数的商获得信号的频率、脉冲宽度。 如果两个信号脉冲的间隔小于预设区间或者大于预设区间，则确定为无效脉冲或噪声脉冲，并且信号的虚警报概率会减小。1 .4以太网模块以太网模块中，本课题除了初始化设定之外，还需要通信收发数据包的函数。 在此之前，需要注意两点。 首先，在4.3节中，统一配置了包含以太网模块的管脚，但是在此，需要将管脚的再映射功能(将通常的GPIO管脚映射到以太网管脚)使用，使其在程序中发挥功能，不发挥功能： gpio _ pinremapco 的双曲馀弦值。1 .4.1程序的流程图v1 .4.2在设备侧实现系统会通过模式设定函数选择以太网通信接口. 设定这两项后，开始以太网的初始化，软件流程如图4-5所示。 其中配置参数环节，设定和选择以太网的自动模式、速度、工作模式、是否重发、是否接收广播帧等。 DMA接收和发送高速缓存存储上次的工作数据，在使用之前必须清除。本模块的收发数据包直接调用STM32附带的以太网开发库函数，主要用DMA读取和发送高速缓存内的数据。 此开发库还包含其他以太网寄存器的读取函数。的。 DP83848符合IEEE802.3标准，并且STM32可以通过读写PHY内部寄存器来实现以太网状态查询和控制35。 PHY最多可以定义32个16位寄存器，其中015中定义的功能其馀部分可以由制造商定义并扩展。 这些寄存器不仅可以理解以太网的工作状态，而且还可以在以太网调试时检测问题。 其中常用的是0地址控制寄存器的14位： LOOPBACK和1地址状态寄存器的2位Link Status。 如果以太网端口无法正常工作，通常使用LOOPBACK来诊断问题。 LOOPBACK可以解释为“环回”，在此位置1，PHY和外部逻辑连接断开。 换言之，当主控制芯片将数据发送到网络时，数据不被发送，并且返回到PHY的接收区域。 在此模式中，表示如果可以接收到所发送的数据，则MAC和PHY没有问题。如果可以检测到RJ45或网络电缆，则问题存在于MAC、PHY之间，并且还可以利用MAC的环回功能来定位问题该方法在本系统的调试过程中起到了重要的作用。1 .5语音合成模块类似于红外线学习模块，语音合成模块经由串行RS232与STM32通信，命令是区分不同的功能，并且命令参数以相同的功能选择方案。 图4图6表示语音合成功能的命令结构图，该功能的命令字为0x01。 另外，命令语后面的参数是编码形式，决定用哪个汉字标准输出合成的文本。1 .5.1程序的流程图1 .5.2在设备侧实现当系统合成语音时，直接复盖(如果当前存在新的语音合成指令)，并执行此指令。 模块的第7脚代表状态硬件端子，低电平代表空闲，高电平代表忙碌。 在设计过程中，本课题通过判断该引脚的状态，来判断是否继续下一个指令合成。 具体的软件流程如图4-7所示。 主控制器在发送合成命令之前检测语音模块是否是空闲的，如果空闲，则在串行端口上发送合成参数和文本，而如果忙，则等待模块组合前一命令，然后组合当前文本。 此外，还可以通过查询命令来获取模块的状态。 如果STM32收到“0x4F”反馈，则表示模块空闲的反馈信息为“0x4E”，则模块忙。1 .6传感器模块DS18B20是一总线数字型的温度传感器38，为了提高传输可靠性，简化外围电路，该传感器信号仅在测试点被数字化。 DS18B20的温度测量范围为-55125，以12位存储温度。 其中，bit010存储温度的数值，bit1115存储正值和负值。 如果软件设计涉及到准确的时机，则本设计由SysTick实现。 systicktick计时器是Cortex-M3内部的24位简单计数器，计数范围在2的24次方以下。 SysTick的配置主要分为初始化这三个步骤。 设定触发时间。 因为DS18B20的时间是微秒电平，所以在本设计中，将SysTick的触发时间设定为1s，设定语句使设为sy stick _ config (systemcoreclock/100000 )的节拍定时器有效。 尽量不要在初始化时启用SysTick。 否则，容易出现异常，根据需要打开设定中断函数。 在本设计中，因为延迟函数使用了SysTick，所以SysTick中断函数从1中减去延迟参数。 在完成后建立延迟函数，并且在延迟函数中判断延迟参数是否为零可以获得延迟参数的数目s的时间。 的双曲正切值。1 .6.1子程序流程图1 .6.2在设备侧实现HIH4000-003是高精度的相对湿度传感器，适用于低功耗系统。 该传感器具有良好的线性输出特性，相对湿度几乎与输出电压值成正比。 通过在ADC通道读取输出电压值，并进行线性变换，可以获得相对湿度值。 STM32具有3个12比特的内部ADC转换器，总共有21个