摘要：设计了一款以单片机为控制核心的智能家居控制系统，解决了传统智能家居控制系统数据信息传输距离短、设备控制方法单一的缺点。系统以STM32单片机为控制核心，使用烟雾传感器、温度传感器、液位传感器、光照强度传感器等多种传感器实现对家居环境内部烟雾、温度、光照等环境参数的数据采集。通过ZigBee通信方式实现监测节点与STM32单片机终端模块的组网及监测节点与终端节点之间的数据传输。通过ESP8266 WiFi模块将终端节点收集到的数据信息上传到oneNET移动互联网平台，实现数据的远距离传输。支持移动互联网平台实时查看各项数值并直接控制相应的节点，操作继电器动作或改变各参数的动作阈值。针对所设计的系统开展了温度、烟雾、光照和液位试验，结果表明所设计的智能家居控制系统响应正确、性能稳定、控制精准度高、可扩展性强，能够满足人们对于家居环境实时监测的要求。

　　关键词：STM32；单片机；监测；oneNET；节点

　　Design of Smart Home Control System Based on Single-chip Microcomputer

　　Li Meng1，Cheng Zixia2，Song Zhaowei1

　　(1.Department of Electrical Engineering,Xingtai Polytechnic College,Xingtai,Hebei 054000,China;

　　2.School of Electrical Engineering,Zhengzhou University,Zhengzhou 450001,China)

　　Abstract:A smart home control system with a single chip microcomputer as the control core is design ed to solve the shortcomings of the

　　traditional smart home control system,such as short data transmission distance and single device control method.The system takes STM32

　　single chip microcomputer as the control core,integrates the smoke sensor,temperature sensor,liquid level sensor,light intensity sensor to

　　collect the data of smoke,temperature,light and other environmental parameters in the home environment.The monitoring node realizes

　　networking with STM32 MCU terminal module through ZigBee communication mode,and completes the data transmission between the terminal

　　node and the monitoring node.By uploading the data information collected by the terminal node to the oneNET mobile internet platform using

　　the ESP8266 WiFi module,long-distance data transmission is realized.The system supports various values checking in the home environment in real time on the mobile internet platform,and directly control the corresponding node to make its relay act or change the action threshold of each parameter.Experiments with temperature,smoke,light and water are carried out,and the results show that the intelligent home control system designed in this paper reacts correctly,works stably with high control accuracy and easy to expand,and can meet the requirements for real-time monitoring of the home environment.

　　Key words:STM32;single chip microcontroller;monitoring;oneNET;node

　　0引言

　　随着社会经济的快速发展，人们的生活水平也得到了大幅度提升。因此，人们对于自己居住环境的要求也在不断的提高。伴随着信息通信技术、微型计算机技术等先进技术的不断发展与融合，具有一定智能化的智能家居系统也在逐步替代传统家居系统出现在家庭生活环境中。

　　传统智能家居系统的信号传输往往采用蓝牙或WiFi进行数据传输，此类数据传输的方式能够连接的设备数量较少，设备的控制方式也比较单一。并且信号传输的距离也非常有限，无法实现远距离传输[1-2]。最后，不同品牌的传统智能家居系统往往需要单独下载App查看信息与控制，操作较为繁琐。

　　因此，本文提出了一种以STM32单片机为系统控制核心的智能家居控制系统[3]，支持用户根据自己实际环境合理配置设备的监测阀值，实现个性化的监测方案[4]。用户可通过oneNET平台实时监控家居环境内部的烟雾浓度、温度、光照强度和窗户开关状态等信息，还可以直接发送相关的命令去控制继电器的开关状态，以用来调节家居环境内部的相关参数。该智能家居控制系统能够极大提升人们家居环境的舒适度和可靠性[5]，从而提高人们的生活水平。

　　1智能家居控制系统的整体设计

　　目前，单片机技术工作性能稳定、体积较小，已经在多个行业得到了广泛应用[6-17]。不仅在小型家电和小型玩具上得到应用，在工业现场设备中也得到了广泛的使用。在历经数十年的发展后，单片机技术在开发的便利性和性能稳定性方面都具备了一定的优势。因此，本文采用STM32单片机为系统控制核心，设计智能家居控制系统。同时选择MQ-2烟雾传感器、DHT11温湿度传感器、液位传感器、感应开关和光照强度传感器作为整个系统的硬件传感器组成部分。其中，MQ-2烟雾传感器和DHT11温湿度传感器共同组成火灾监测报警模块，液位传感器和感应开关作为雨天提醒关窗模块，光照强度传感器作为窗帘开关模块。选择ESP8266无线传输模块实现系统数据的无线传输，利用oneNET平台实现智能家居控制系统的物联网功能，进而实现数据的远距离传输和设备的远距离控制。对于智能家居控制系统的整体组成如图1所示。

　　2智能家居控制系统硬件设计

　　智能家居控制系统硬件设备的质量是决定该系统能否稳定、可靠工作的关键和基础。在该基本前提下，本文主要选取了以下几种型号的硬件设备用于实现系统的功能。

　　2.1 STM32单片机

　　选用STM32单片机作为智能家居控制系统的核心控制器。相比51系列的单片机，其工作的主频更高，对于数据处理的速度也更快。并且，该型号单片机的I/O接口也远多于51系列的单片机，也具备更加完整的开发库资源，有利于后续进行程序开发和设备扩展。

　　2.2 ESP8266无线模块

　　ESP8266无线模块用来实现设备联网功能，支持采集接收来自物联网的数据信息并将采集到的数据上传到oneNET物联网平台。同时支持多种工作模式，具有现成的工具包可供程序编写时调用。

　　2.3火灾监测报警模块

　　对于智能家居控制系统的火灾监测报警模块由温度检测模块和烟雾检测模块共同组成。其中，温度检测模块选用DHT-11温度检测模块，该模块集成化芯片，采用直插式管脚的通信方式，可根据需要连接对应的管脚。烟雾检测模块选用的是MQ-2烟雾传感器，驱动电路简单，温度检测精度较高，检测灵敏度和工作可靠性也比较高。

　　2.4雨天提醒关窗模块

　　该模块主要是由液位传感器(Water Sensor)和感应开关共同组成的，其中，感应开关主要是用来给液位传感器供电的。当感应开关接通的时候，代表窗户是打开状态。此时，如果液位传感器检测到信号，则系统动作。如果，感应开关处于关闭状态，则系统不动作。液位传感器(Water Sensor)在进行工作的时候，功率消耗值比较低。对于数据的测量灵敏度比较高，能够适用于本设计的使用要求。

　　2.5窗帘控制信息采集模块

　　本文设计的智能家居控制系统的窗帘控制模块主要是以设备采集到的光照强度为判断依据[7,10]，选用的光照强度传感器的型号为MH-sensor-series光敏传感器。该型号的光照强度传感器采用直插式排针通信方式，在进行使用时，信号线焊接比较简单。在对光照强度数据进行采集的时候，仅需要完成相应的编程即可。

　　2.6 oneNET互联网平台设计

　　为了实现智能家居的远程控制，通过oneNET平台搭建了智能家居控制模块数据信息采集页面，工作状态信息和设备智能控制窗口。并且，oneNET平台能够支持多种通信模式，在进行数据通信时，平台工作的稳定性也非常高。因此，能够满足使用要求。通过利用oneNET平台搭建的智能家居管理页面如图2所示。

　　在对页面进行设计的时候，通过利用折线图来体现传感器采集到的物理量的变化趋势。继电器连接的是对应的工作设备，当采集到的数据达到预设阀值时，相对应的继电器导通。也可以通过右下角的命令框来实现阀值修改的功能。

　　智能家居控制系统的设备实物如图3所示。在实物图中，最左边为光照强度采集模块，左二为烟雾浓度和温度采集模块，右二为液位采集模块，最右边为STM32单片机，WIFI模块和GSM模块。

　　3智能家居系统的软件设计

　　物联网技术快速发展并已经广泛的应用于各行各业中[9]。将物联网技术应用于智能家居控制系统中能够实现对于家居环境内部信息的远距离监控。物联网包括感知层、网络层和应用层3个层次。其中感知层由各类传感器组成，实现数据的采集。网络层由数据通信模块组成，连接系统的感知层和应用层进行通信。应用层接收到来自网络层的相关数据进行数据处理，提供人际交互界面。本文设计的智能家居控制系统的感知层主要包括烟雾传感器、温度传感器、液位传感器和光照强度传感器。网络层通过ESP8266WiFi模块实现，应用层使用了稳定、简便的oneNET互联网平台。

　　系统核心控制部件为STM32单片机。采用KEIL5软件C语言编写程序，将智能家居控制系统的功能划分为火灾报警模块，窗帘控制模块和雨天提醒关窗模块，分别进行程序编写，然后在主函数调用各个子程序[11,12]。

　　系统运行时，首先初始化整个系统，设定各个传感器的报警阈值，并登陆oneNET平台查看设备的远程数据采集的完整性。设备运行期间可以通过oneNET平台实时查看设备的运行状态，并且可以对相应的控制部件发送命令。整个系统的控制流程如图4所示。

　　4试验验证

　　4.1火灾监测报警试验

　　智能家居控制系统通过利用温度传感器和烟雾传感器来完成对相关数据的采集。试验时利用吹风机的热风来模拟温度升高，当温度升高至预设阈值时继电器通电，设备发出相应指令接通报警设备进行报警。采用烟雾发生器产生烟雾测试设备。当MQ-2接收到的烟雾浓度达到或超过预定阀值时，相对应的继电器通电，从而接通报警设备进行报警。本次试验中，温度或烟雾单个影响因素仅仅会引起设备的报警，2种参数同时超标时会发出火灾报警信号。实际操作中可以根据不同的使用环境通过oneNET平台修改报警阀值，满足不同的使用要求。如图5~7所示。

　　4.2光照强度试验

　　智能家居控制系统利用光照强度去控制电动窗帘的开合。当光照强度高于上限或低于下限时，控制电动窗帘电机的继电器动作[13]。在进行试验时，采用发光电源模拟强光状态；采用将光敏电阻放置在黑暗处模拟午夜状态。当光照强度大于800 Lux的时候，继电器吸合，关闭窗帘。通过观测oneNET平台继电器三的动作状态得出电动窗帘电机是否动作。当继电器三闭合时，oneNET平台上，继电器对应的开关会变成绿色，说明继电器吸合。当继电器对应的位置变成橙色时，说明继电器断开。如图8所示。

　　4.3液位监测试验

　　通过液位检测器监测窗户，当液位传感器检测到液位高低变化，继电器四控制的设备工作。但是，如果感应开关是打开状态，液位传感器处于断电状态，该模块不再工作。在进行组态的时候，利用液位检测的状态来表示是否下雨，当液位检测显示正常的时候，说明没有下雨。当液位检测显示下雨警告的时候，说明此时液位传感器已经检测到了液位，继电器四动作。为了方便实验，直接将液位传感器放置到水中，用来实现液位的检测[15]。在oneNET平台得到的试验结果如图9所示。

　　5结束语

　　针对传统的智能家居控制系统存在数据传输距离较短、控制方式单一等缺点，本文设计了一款基于STM32单片机的智能家居控制系统。该系统由STM32单片机，MQ-2烟雾传感器，DHT-11温度传感器，ESP8266WIFI模块等设备组成，能够实时监控家居环境内部的烟雾浓度，温度，光照强度和窗户处的液位高低等数据信息，根据采集到的信息进一步控制对应继电器的动作状态。用户可以通过oneNET平台远距离的访问该系统，并且远距离控制相应继电器的动作状态。

　　最后，对所设计的系统进行了功能性测试，检查oneNET平台上的信息显示和设备的实际工作状态发现，所设计的系统能够满足预期使用要求。因此，该系统能够极大地提升人们的生活质量，实现对家居环境更好的管理。

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