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基于嵌入式的智能家居系统设计.docx
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基于嵌入式的智能家居系统设计.docx
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摘 要
本文基于 STM32 控制进行的智能家居软件系统开发,通过对硬件的智能管理和通过
esp8266 Wi-Fi 模块接收到的控制指令对门禁、客厅卧室灯、窗帘、晾衣架等控制,或
通过 esp8266 Wi-Fi 模块获取相应的温湿度、可燃气体、火焰检测等信息。通过需求分
析以及查阅相关书籍,选取使用 STM32F407 作为硬件控制芯片、选取 SG90 作为晾衣架、
门控和窗帘控制的动力源、SW2812 作为客厅智能灯、esp8266 作为 Wi-Fi 通信模块。
采用模块化编程的思想,基于 C 语言编写的开源微控制实时操作系统 UCOSIII 编写
系统软件,每一个模块都会编写一个对应任务进行自我管理,任务与任务之间通过消息
队列、互斥锁等方法进行同步互斥或者数据交换,使得系统有效的运行。
关键词:STM32F407,智能家居,UCOSIII,esp8266
Design of Embedded Smart Home System
System development and program design
Abstract
This paper develops the smart home software system based on STM32 control. It controls
the access control, living room and bedroom lights, curtains and drying racks by intelligent
hardware management and the control instructions received through esp8266 wi-fi module, or
it obtains the corresponding temperature and humidity, combustible gas, flame detection and
other information through esp8266 wi-fi module. Through demand analysis and consulting
relevant books, STM32F407 was selected as the hardware control chip, SG90 as the power
source of drying rack, door control and curtain control, SW2812 as the living room smart lamp,
esp8266 as the wi-fi communication module.
By adopting the idea of modular programming, the software programing based on C
language and using the opensource Real-time operating system which is UCOSIII to
programing. each module has a corresponding task for self-management, through the message
queue between tasks and tasks, the mutex methods such as synchronous mutex or data exchange
which makes the system run effectively.
Keywords: STM32F407, smart home, UCOSIII, esp8266
目录
第一章 绪论 ..........................................................................1
1.1 课题研究背景 .................................................................2
1.2 课题研究意义和目的 ...........................................................2
1.3 智能家居国内外研究状况 .......................................................2
1.4 智能家居发展趋势 .............................................................2
1.4 课题研究内容及主要工作 .......................................................2
1.5 论文结构安排 .................................................................2
第二章 软件系统整体设计方案 ..........................................................1
2.1 系统软件整体架构设计 .........................................................1
2.2 软件开发流程 .................................................................3
2,3 通信协议 .....................................................................5
2.4UCOSIII 操作系统 ..............................................................6
2.5 本章小结 .....................................................................6
第三章 智能家居系统的软件实现 ........................................................7
3.1 开发工具与 MCU................................................................7
3.1.1 Keil MDK..................................................................7
3.1.2 STM32F407..................................................................7
3.2 智能照明控制模块 .............................................................7
3.3 无线 Wi-Fi 模块 ...............................................................9
3.4 窗帘模块 ....................................................................11
3.5 晾衣杆模块 ..................................................................12
3.6 环境检测模块 ................................................................13
3.7 安防模块 ....................................................................14
3.8 本章小结 ....................................................................16
第四章 软件调试分析 .................................................................18
4.1 模块编程调试 ................................................................18
4.2 结合实物调试 ................................................................18
4.3 本章小结 ....................................................................18
第五章 总结与展望 ...................................................................19
参考文献 ............................................................................20
谢 辞 ..............................................................................21
附录 1 程序 ..........................................................................22
附录 2 英文参考文献 ..................................................................55
附录 3 文献翻译 ......................................................................62
1
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
随着我国的经济发展不断提高,科学技术水平不断与世界一流水平接近,生活在信
息化社会的人们已逐渐意识到信息的重要性。随着生产技术的不断进步,各大企业都投
身于研究新产品,电子产品日渐丰富。丰富的电子产品无疑会给人们带来更多便利,以
及大大方便了人们的日常家居生活。因此,开发一套符合大众需求的、能完善以及安全
可靠的智能家居产品意义重大。在物质生活基本满足的生活水平下,现在的人们对于精
神需求远大于物质。关于居住环境,人们从以前单纯的关注家居住宿环境已经转变成精
神上更高层次的家居享受和体验,甚至是体验科技的体验。例如,家居照明控制不再仅
限于安装在墙壁上的灯控开关,而是希望通过无线的平板或者手机中的智能家居系统来
控制,并且还可以根据个人喜好来智能调节灯光的颜色和亮暗,甚至还具备各种各样的
情景模式;家居中的电器也不是一个个体,电器的控制也不再独立,而是作为智能家居
整体的一部份,进行系统控制。在信息化时代的在居住环境中,家居环境中的各种指数
已经越来越受到人们的重视
[1]
,例如 PM2.5 值、室内温湿度值、甲醛指标、光照强度等
等,智能家居甚至能通过检测这些环境变量以及结合用户的个人习惯而做出相应的设备
控制。从古至今家居生活都会存在的一个问题,就是安全与防盗,而智能设备能更好的
提高家居环境的安全性,通过科学技术的方式来对家居进行安全和防盗的升级,无疑是
最好的办法。
在现有产品方面,随着嵌入式技术、物联网技术和无线通信技术的发展,智能家居
大众化以不再是梦。很多的国内企业都研发出了各种各样的智能化设备,向小米、华为、
阿里等科技巨头都逐渐投身与智能家居设备研发行业,比如米家、天猫精灵等。各种电
商企业也不甘落后,例如智能电饭煲、智能冰箱等产品等。基本上每一个电商企业都具
备了独立研发智能家居设备的能力。但是大多数的厂家生产出来的不同产品也是相互独
立的,智能家居行业缺乏一个行业标准。随着物联网技术的出现,这一问题也得到了解
决,将智能家居设备接入互联网
[2]
,随时查看家居环境中的状态。因此,对于智能家居
统一标准具有重大的意义。
在智能家居技术方面,随着单片机技术、软件技术、无线技术以及射频的快速发展,
无疑为智能家居的研发提供了关键的技术支持。所以,基于 STM32 控制的家智能家居
控制、检测系统的研发具有很好的前景和很强的实用价值和商业价值。
1.2 课题研究意义和目的
智能家居主要意义是给家居生活带来便利,同时让人享受科技带来不一样的家居体
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