【RT-Thread作品秀】桌面式智能家居控制系统-电路方案

开发背景 随着显示器件的多样化，人机交互界面也在不断地进行着变更，如今在TFT显示屏上进行图标化的功能管理已成为一种趋势，为此以ART-Pi STM32H750开发板为硬件平台，来构建一个以图标界面进行功能管理的桌面式智能家居控制系统，该系统的主要功能如图1所示，整体构成如图2所示。 图1 功能结构图 图2 整体构成图 功能规划: RTC: 利用MCU内部的RTC实现电子时钟的计时功能，可用于定时控制固态继电器来驱动家用电器的开关。 ADC: 利用MCU内部的A/D转换器对外部的模拟量进行采集，并可绘制出数据波形图。在连接土壤湿度传感器的情况下，可对家庭养植的绿色植物进行补水控制，当然这需要小型水泵的配合。 PWM调光:利用MCU内部的定时器通过占空比的设置来控制光源的明亮程度，也可利用亮度强弱变化的呼吸灯效果来辅助睡眠。 环境温湿度检测: 使用数字式温湿度传感器DHT22对家居的温湿度状态进行检测，若配置2个DHT22的情况下，还可将2个DHT22分别放置在居室内外，以检测冬季供暖与墙体的保温性能。 环境光照度检测: 使用数字式光照度传感器BH1750对居室的日照状态进行检测，从而对日照采光情况提供一个可靠的依据。 乐曲播放: 利用MCU内部的UART向MP3功能模块来发送指令，从而对播放的乐曲加以选择。受板载按键只有一个的制约，这里只采用单键控制，若对按键加以扩展，则可实现双向的选择处理及音量的调控。 开关控制: 利用MCU的GPIO口，在连接固态继电器的情况下，可通过按键来控制家居的小电器进行开关控制，也可与RTC计时器相配合来进行定时控制电器的开关。 图像显示: 该功能要依托W25Q16之类的FLASH存储器件或是TF卡来辅助存储图片数据，受时间的制约该功能只预备了一个功能调用的接口，具体的功能实现有待于辅助存储功能的实现。 2.硬件设计 该系统的整体硬件结构如图3所示，主要由显示模块、语音模块、继电控制模块及传感器模块等组成。 图3 原理构成图 1）显示部分 显示部分是通过SPI接口的TFT屏来实现的，这样比较节省GPIO资源，其连接关系如图4所示。 图4 TFT显示电路原理图 2）音频播放部分 音频播放是通过MP3播放模块来实现，这样有利于节省MCU资源并可形成并行的处理关系。MP3播放模块是采用通讯方式来控制MP3播放模块。除连接5V电源外，只需将MP3播放模块的RX引脚与PA9连接。 图5 MP3播放模块引脚图 3）控制部分 为了进行电器的控制，使用带光隔的继电器模块以防止继电器对MCU的干扰，对稍大功率的电器，则使用固态继电器来控制。 4）传感器部分 为了进行物理信号的检测，可选取不同类型的传感器，例如对绿植的管控是采用土壤湿度传感器，属模拟量的传感器，相应的接口电路如图6和图7所示。此外，对数字式的传感器的使用，则可省去数值标度的麻烦，DHT22和BH1750就属于这一类型。 图6 土壤湿度检测模块接口 图7 土壤湿度传感器 5）按键部分 按键是人机交互的主要器件，为便于控制所用的是开发板上用户USER，若增添更多的处理，则需要自行扩展更多的按键。 3. 软件设计 1）界面设计 操作界面是人机交互的窗口，系统的主界面如图8所示，主要以图标的形式来标识功能，并通过文字的反显来指示待选的功能，主菜单下的相关界面如图8~图10所示。 图8 主界面 图9 RTC计时 图10 MP3播放选择 2）功能实现 在功能管理方面，是采用模块化的设计方法并通过功能函数调用来实现。在功能设计中，既涉及到外部功能模块的使用，也涉及到MCU内部的RTC、A/D、UART、GPIO等。 界面生成程序: void jm(void) { LCD_Clear(WHITE); show_tbh(20,240,0); showhanzi16h(80,280,3,1); showhanzi16h(80,264,4,1); show_tbh(20,180,1); show_tbh(20,120,2); show_tbh(20,60,3); showhanzi16h(80,100,5,1); showhanzi16h(80,84,6,1); show_tbh(120,60,4); show_tbh(120,120,5); show_tbh(120,180,6); show_tbh(120,240,7); showhanzi16h(180,280,13,1); showhanzi16h(180,264,14,1); showhanzi16h(180,220,11,1); showhanzi16h(180,204,12,1); showhanzi16h(180,160,9,1); showhanzi16h(180,144,10,1); showhanzi