STM32；智能家居；物联网；嵌入式

错误!未找到引用源。。使用库方式进行STM32开发，可以有效避免寄存器使用错误导致的程序异常，提高程序可靠性，缩短开发周期，节约开发和维护成本。一些开发人员认为使用寄存器方式开发，可以使得程序运行效率更高，占用系统资源少，片内节省空间。随着半导体技术和加工工艺的提高，硬件不再是制约电子行业发展的决定因素。以本设计所选用的STM32F103C8T6为例，它的主频率为72M，是8051的6倍。库开发方式带来的资源消耗，基本可以忽略不计。随着官方库的不断升级完善和开发理念的转变，使用库进行开发已经成为主流。因此，我们也将使用库来完成智能家居控制系统的软件。4.4模块软件实现方法4.4.1本地控制实现本地控制通过按键实现，设计使用了一个4X4矩阵按键。按键检测可分为逐行扫描和中断扫描两种实现方式。使用逐行扫描方式，一方面需要占用较多的单片机资源，频繁获取IO值以判断是否有按键按下，另一方面若按下按键时，STM32正在处理其他事件，则会导致此次按键无效，降低了检测的准确性和实时性。而中断检测方式，则能在第一时间识别按键动作并记录，让单片机在合适的时间再进行处理，有着很好的准确性和实时性。在设计中使用中断方式检测。只有在按键更新的时候才会在主程序里做出响应，否则不理睬，要求设计防抖动，只有两次检测为真时，才进行键值的更新4.4.2灯光调节实现为实现灯具的亮度调节。程序使用PWM输出来控制灯光。PWM并不是一种外设，简单来说，使用任意IO口规律输出高低电平即是PWM信号。PWM是一种脉冲宽度调制方法，通过单片机的IO输出控制脉冲的频率和占空比，来实现对模拟电路的控制。STM32通用定时器可以利用GPIO引脚进行脉冲输出。设置脉冲计数方式为向上计数，重载寄存器重载值为N，比较寄存器比较值为A。当前计数值X随着定时器时钟的变化不断累加。若当前计数值X大于比较寄存器比较值A，则IO电平翻转。若当前计数值X大于重载寄存器重载值N，则IO电平再次翻转，且当前计数值清0，重新开始计数。当比较寄存器比较值A变化时，PWM的占空比得到调节。而重载寄存器重载值N的变化，则对应PWM频率的调节。灯光分为level1、level2、level3三个亮度等级。当按下开关打开灯光后，默认亮度为level1。三秒钟内按下按键，亮度变为level2，三秒钟内再次按下按键，亮度变为level3等级，再次按键则关闭。不同亮度等级变化，通过调整占空比实现。灯光调节的程序流程如图4-3所示。4.4.3烟雾报警实现硬件部分提到，MQ-135气体传感器模块有AD和TTL两路信号输出，我们选用了TTL输出方式。查看模块用户手册可以看到，TTL输出模式下低电平有效。即未检测到异常气体超标时，输出高电平；当气体浓度异常时，输出低电平。为了能及时响应报警信号，我们使用中断方式监测TTL变化。将IO口配置为下降沿触中断模式，当空气中出现异常，IO口电平由高电平变为低电平，进入中断，触发声光报警机制，蜂鸣器鸣叫，LED闪烁。烟雾报警程序实现流程如图4-4所示。图4-3灯光调节程序流程图图4-4烟雾报警程序流程图在硬件设计部分，我们选用了一个无源蜂鸣器，与室内灯光的LED驱动方式相同，将蜂鸣器模块的控制IO接到定时器输出功能的IO，调整频率在2-5KHz控制蜂鸣器发声，调整占空比控制声音大小。此部分的LED使用普通IO口，通过翻转电平控制闪烁即可。4.4.4电机控制实现在硬件电路设计中，我们将用于控制步进电机的四个IO信号，直接接入到ULN2003驱动板的输入接口。我们选用的28BYJ48是一个四相八拍电机。对于该步进电机，有单相四拍、双相四拍以及双相八拍三种控制方式。其中单相四拍和双相四拍效果是完全相同的，一个循环可以控制外轴转动5.625/8度。双相八拍的一个循环虽然也是使转子转动5.625/8度，但这种驱动方式耗费的时间较长，转动速度只有四拍的一半。程序中我们使用单相四拍的方式控制步进电机转动。由于ULN2003是一个反向输出器，输出电平与输入电平信号相反。当检测到电机正转按键按下时，STM32会控制A-B-C-D四个控制信号依次输出高电平，为使电机能够连续持续转动，需要循环输出高电平。每当输出完成一次循环，步进电机的转子就转过一个齿距。要注意的是，当我们给某一相输入高电平信号时，其他三相需要重新置0。也就是说，在同一时刻只能有一个相保持高电平。电机控制程序流程如图4-5所示。图4-5电机程序流程图4.4.5远程控制实现GPRS短信模块内部电路相对复杂，且对外接口较多，在本设计中我们只需使用TTL电平的串行接口。STM32与短信模块依靠串口进行通信，而通信的内容是各种AT指令，短信模块需要使用AT指令进行控制。模块软件编程可分为串口驱动和AT指令实现两部分。串口驱动主要实现串口相关函数，用于串口的打开和关闭、串口数据的接收和发送。而AT指令实现主要是对具体AT指令进行封装，通过调用串口驱动函数，将AT指令发送给短信模块。本章小结本章对各模块的软件实现做了详细介绍。程序设计中使用模块化和分层思想，各模块之间驱动程序独立，使得程序更具可移植性。软件过程中应尽可能注意培养良好的编程习惯，在主流程及一些关键位置做好注释，使得程序更易读，既方便他人学习，也方便自己进行调试和更改。

第5章智能家居控制系统测试5.1功能测试根据任务书中的技术指标，对系统进行测试。使用两根USB线插入到笔记本的USB口，分别为STM32和GPRS短信模块进行供电。系统初始化时间约为5S，初始化成功后，STM32上的贴片式封装绿色LED会进行闪烁，此时方可进行操作。整个系统的测试，根据表5-1顺序进行并记录测试结果。表5-1智能家居控制系统测试结果表序号测试步骤观察结果测试结论1连续按下S1按键红灯点亮，亮度依次切换合格2间隔3S按下S1按键红灯熄灭合格3连续按下S2按键S2绿灯点亮，亮度依次切换合格4间隔3S按下S2按键绿灯熄灭合格5按下S5按键电机正转合格6按下S7按键电机停止合格7按下S5按键电机反转合格8按下S7按键电机停止合格9按下按键S6蜂鸣器持续鸣叫合格10向烟雾传感器吹烟蜂鸣器持续鸣叫合格黄色LED持续闪烁合格手机端收到报警信息合格11按下按键S9蜂鸣器停止鸣叫合格黄色LED停止闪烁合格12手机发送打开窗帘电机正转10S后停止合格13手机发送关闭窗帘电机反转10S后停止合格14手机发送打开红灯红灯点亮合格15手机发送关闭红灯红灯熄灭合格16手机发送打开绿灯绿灯点亮合格17手机发送关闭绿灯绿灯熄灭合格从测试结果表可以看出，通过本论文的设计研究，实现了本地和远程控制家庭灯具开关和窗帘升降，且能够实现对家庭火灾的有效监测。5.2稳定性测试根据实际使用中可能发生的一些情况，对系统进行测试。发现系统稳定性有待提高，主要存在以下几个问题：为了保证GPRS初始化的成功率，需要我们先为GPRS短信模块供电，待模块上的红色LED点亮后，再为STM32供电。按键频繁操作时，不能很好地识别，偶现按下按键无响应。短信模块收发信息不稳定，可能因模块天线信号不稳定等原因，造成明显的时间延迟。本章小结本章对主要是对设计所实现的智能家居控制系统进行测试。从测试结果可以看出，系统基本功能已经实现，但稳定性有待提高，程序有待进一步优化。

结论在本论文中，首先介绍了智能家居的研究背景和研究现状，接着对比智能家居系统实现的两种方案，确定使用集成模块完成设计。然后分别从硬件和软件角度，按照功能模块划分，详细描述了本文设计的智能家居系统的具体实现方法，最终完成了基于STM32的智能家居控制系统的设计。本文设计的智能家居系统，通过USB线外接5V电源，即可正常工作。一方面可通过矩阵按键实现本地控制灯光开关和亮度调节、窗帘升降以及烟雾报警。另一方面也可通过短信方式远程控制以及接收烟雾报警的警报通知。此次毕业设计题目的实现，使我对电子设计的一般步骤有了较为深入的理解。从需求提出，到方案论证和确定，再到硬件电路搭建、软件程序调试，环环相扣，缺一不可。而在基本功能指标满足后，还需考虑如何提高系统的稳定性和可靠性。设计过程中不仅要有扎实的理论基础，还有要很好的动手能力