基于 STM32 的智能家居系统设计
摘要：智能家居技术是在电子信息技术和无线通信技术还有软件技术等技术领域不断
发展而产生的新兴技术，这种技术不仅能改变人们日常的生活方式，还能将居住环境
变得更舒适。本文的研究设计正是通过上述技术提出一种以无线通信技术为基础实现
对室内家居环境进行实时监测、预警、控制的智能家居系统方案。该方案以 WiFi 技术
为核心，使用性价比较高的 STM32F1 芯片，对装置上的一氧化碳(简称
𝐶𝑂
)气体传感器、
甲烷(
𝐶
𝐻
4
)气体传感器 、温湿度传感器、光照传感器人体感应模块进行定期数据采集
处理，并发送到系统屏幕和云平台上，云平台扮演数据传输中的数据库和服务器环境。
使用云服务器搭建的 WEB 站点通过向云平台发送指令或接收数据，最终实现了数据在
硬件装置上与 WEB 站点上以云平台为中间件的连接通路，实现智能家居系统的远程查
看和智能化控制。
关键词：智能家居；无线通信；环境监测；web 技术；传感器；处理器；
Design of intelligent home system based on
STM32
Abstract: Smart home technology is an emerging technology that has been developed in the
fields of electronic information technology, wireless communication technology and software
technology, which can not only change people's daily life style but also make the living
environment more comfortable. The research design of this paper is to propose a smart home
system solution based on wireless communication technology to realize real-time monitoring,
warning and control of indoor home environment through the above technology. The program
uses WiFi technology as the core, and uses the cost-effective STM32F1 chip to regularly
collect and process data from the carbon monoxide (CO) gas sensor, methane (CH_4) gas
sensor, temperature and humidity sensor, and light sensor human sensor module on the
device, and send it to the system screen and cloud platform, which plays the role of database
and server in data transmission environment. The WEB site built using the cloud server sends
instructions or receives data to the cloud platform, and finally realizes the connection path
between the data on the hardware device and the WEB site with the cloud platform as the
middleware to realize remote viewing and intelligent control of the smart home system.
Key words: Intelligent Home System; Wireless Communication; Web-technology; sensor; processor;
目 录
第 1 章 绪 论 ..............................................................1
1.1 概述...............................................................1
1.2 国内外研究现状.....................................................1
1.3 研究目标和内容.....................................................2
第 2 章 功能设计和方案选择 .................................................4
2.1 整体方案设计分析...................................................4
2.2 无线数据传输方案选型...............................................4
2.2.1 无线通信技术 .................................................4
2.2.3 服务器、数据库实现方式 .......................................5
2.3 硬件方案选型.......................................................5
2.3.1 硬件总体设计 .................................................5
2.3.2 控制器选型 ...................................................6
2.3.3 硬件显示屏选型 ...............................................6
2.3.4 Wifi 模块选型 ................................................7
2.3.5 烟雾传感器选型 ...............................................7
2.3.6 温湿度传感器选型 .............................................8
2.3.7 光照传感器选型 ...............................................8
2.3.8 人体感应模块 HC-SR501 ........................................8
2.4 本章小结...........................................................9
第 3 章 硬件电路设计 ......................................................10
3.1 硬件结构设计......................................................10
3.2 硬件原理图设计....................................................11
3.2.1 电源电路 ....................................................11
3.2.2 TFT 模块显示电路 ............................................11
3.2.3 ESP8266-01S 应用电路 ........................................12
3.2.4 STM32F103C8T6 核心板电路 ....................................12
3.2.5 蜂鸣器报警电路 ..............................................13
3.2.6 RGB 控制电路 ................................................13
3.2.7 步进电机控制电路 ............................................13
3.2.8 DHT22 传感器电路 ............................................14
3.2.9 MQ4 传感器电路 ..............................................14
3.2.10 BH1750 传感器电路 ..........................................15
3.3 本章小结..........................................................16
第 4 章 软件设计 ..........................................................17
4.1 软件设计分析......................................................17
4.1.1 硬件装置应用程序结构分析 ....................................17
4.1.2 网站终端展示程序结构分析 ....................................18
4.2 硬件应用程序设计..................................................18
4.2.1 初始化程序设计 ..............................................18
4.2.2 OneNET 云平台简介 ...........................................20
4.2.3 MQTT 协议简介 ...............................................21
4.2.4 MQTT 协议数据包格式 .........................................22
4.2.5 云平台通信程序设计 ..........................................24
4.2.6 云平台上传与接收程序设计 ....................................24
4.3 网站程序设计......................................................24
4.3.1 搭建服务器环境 ..............................................24
4.3.2 VUE 框架简介 ................................................25
4.3.3 VUE-CLI 创建 VUE 工程 ........................................25
4.3.4 网站布局设计 ................................................26
4.4 本章总结..........................................................27
第 5 章 结果分析 ..........................................................28
5.1 设计指标测试......................................................28
5.2 调试过程中遇到的问题..............................................28
第 6 章 总结与展望 ........................................................30
6.1 本文总结..........................................................30
6.2 工作展望..........................................................30
致谢 .....................................................................32
参考文献 .................................................................33
5
第 1 章 绪 论
1.1 概述
随着近年来科学技术的快速发展，进一步加快了社会的信息化深入发展，信息化
赋能正在向人们生活的每个角落涌去，科技无时无刻不在以一种崭新的面貌出现在人
们的视野中，试图改变人们的观念。无论房屋大小，现在人们在居住时都会考虑更多
舒适性、安全性，人们希望在严寒的冬天不用起身下床就能关掉头顶的灯，希望厨房
的天然气和浴室的热水器不会出现有害气体超标的情况，希望自己不在家时能实时了
解室内情况，所以拥有远程控制以及智能化两大特点
[1]
的智能家居作为一种能直接改善
人们居家生活质量的技术一经出现就备受人们的关注。现今不断发展、创新的互联网
技术带动了有线、无线通信技术还有软件技术、大数据等相关技术学科向相互融合的
方向发展
[2]
。这些学科的相互融合与人们的不断实践也使得智能家居从单薄的概念逐渐
走向丰满和清晰。智能家居的兴起，无疑会带给人们更加全面、细致且舒适、安全的
居家体验。
目前，作为一门新兴的科学技术，智能家居技术及其行业发展都还处于初级阶段，
提出的很多方案都只是一种尝试性地前行，尚存在很多缺点和不足，如很多都缺乏实
质性的产品和内容、采用的技术较为复杂且成本较高、行业内没有指定一个标准和规
范，各家厂商都是使用的自己的规范和标准，普通消费者会出现难以选择和比较的窘
境。
1.2 国内外研究现状
20 世纪的八十年代，智能家居的概念是在欧美国家最先提出，并且一提出就引起
了各国电器公司、相关学者们的关注和讨论
[9]
。并且在 20 世纪八十年代，美国就出现
了世界上最早的智能房屋设计
[3]
，其他公司也都看准智能家居前景，纷纷开始了对于智
能家居技术的研究，美国、加拿大、德国、日本等发达国家都开始大力推行智能家居
概念。
每个国家由于其国情都不相同，所以智能家居落地的解决方案往往也都大相径庭。
比如美国、加拿大，地广人稀，人们基本上是一户一栋，即独立式别墅，所以当地的
智能家居公司所提供的解决方案会更多考虑整个房子的布局，且由于枪支私有化，所
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