基于WIFI的智能家居系统

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1、-基于WIFI的智能家居系统王*专业名称：信息工程指导教师： * 讲师 贾* 讲师. z-理工大学工程技术学院学位论文诚信承诺书本人慎重承诺和声明：1.本人已认真学习学位论文作假行为处理方法中华人民国教育部第34号令、理工大学工程技术学院学位论文作假行为处理实施细则试行成理工教发201330号文件并晓教育部、学院对论文作假行为处理的有关规定，知晓论文作假可能导致作假者被取消学位申请资格、注销学位证书、开除学籍甚至被追究法律责任等后果。2.本人已认真学习理工大学工程技术学院毕业设计指导手册，晓学院对论文撰写的容和格式要求。3.本人所提交的学位论文题目：基于WIFI的智能家居系统，是在指导教师指导

2、下独立完成，本人对该论文的真实性、原创性负责。假设论文按有关程序调查后被认定存在作假行为，本人自行承当相应的后果。承诺人学生签名： 20 年 月 日 注：学位论文指向我校申请学士学位所提交的本科学生毕业实习报告、毕业论文和毕业设计报告。. z-摘要随着互联网+的概念进入公众视线，以及无线技术的开展和高速宽带网络的普及，利用互联网来掌控传统一切的做法已为人们广泛承受。现在人们的生活条件大大改善，人们的物质文化追求也逐渐提高。用户翻开一款PC软件或手机APP，通过互联网接入到家庭的WIFI网关，向其发送指令即可控制家中的一切，反之亦可查看家中传感器状态，以此来掌控家中的一切情况。本文推出了一种基于

3、WIFI的智能家居系统，主要提供平安舒适的居家环境，采用MCU(STM32F103)作为主控芯片，通过WIFI无线网络技术将家中的局部电器或监测设备连接到一起，提供门禁系统控制、风扇自动控制、安防防盗报警、环境数据监测等。与传统的智能家居系统相比，无需布线，免去了安装过程中的布线繁多复杂，本钱高，以及使用3G网络作为传输的高额流量费用。有利于提升家庭生活的平安性、便利性、舒适性等，改变了传统的呆板生活方式，帮助人们有效的安排时间，另外也为家庭能源开支节约资金。关键词：智能家居 WIFI网关 STM32 物联网. z-AbstractWith the concept of Internet +

4、into the public eye, and the development of wireless technology and the popularity of high-speed broadband network, use the Internet to control all traditional approach has been widely accepted for the people. Now peoples living conditions greatly improved, peoples material and cultural pursuit also

5、 gradually improve. User opens a PC software or mobile phone APP, through WIFI Internet access to home gateway, to send mands to control everything in the home, and can also view the home state (sensor), in order to control all home situation.This paper introduced a kind of smart home system based o

6、n WIFI, mainly to provide a safe and fortable environment that occupy the home, using MCU (STM32F103) as the master control chip, through WIFI network technology will be part of the appliance in the home or monitoring equipment together, provide the entrance guard system control, fan automatic contr

7、ol, security alarm, environmental data monitoring, etc. pared with the traditional intelligent household system without wiring, removes the wiring installation process of ple*, high cost, and the use of 3 g network as a transport flow of high cost. Help enhance family life safety, convenience, fort,

8、 etc., has changed the traditional rigid lifestyle, helping people effectively arrange a time, while also saving money for home energy costs.Keywords: Smart Home, WIFI Gateway , STM32, Internet of things. z-目录摘要IAbstractII目录III前言11 绪论21.1 课题意义21.2 智能家居开展趋势32 智能家居系统原理42.1 系统原理概述42.2 现阶段智能家居原理及比照42.3

9、智能家居系统功能简介52.3.1 平安触发报警功能62.3.2 密码门禁功能62.3.3 客户端功能62.3.4 远程控制62.3.5 查询功能62.4 系统工作原理框图73 智能家居硬件设计83.1 控制中心83.2 主控芯片-STM32F1* 32位ARM微控制器83.3 无线传输-WIFI模块103.3.1 WIFI模块参数概述113.3.2 WIFI模块功能概述113.3.3 串口转WIFI AP模型113.3.4 WIFI模块主芯片引脚图123.3.5 芯片引脚123.4 LCD1602液晶显示屏133.4.1 LCD1602液晶显示屏概述133.4.2 LCD1602引脚接线图16

10、3.5 继电器173.5.1 继电器工作原理173.5.2 继电器技术参数183.5.3 继电器工作原理图193.6 热释电传感器人体红外感应193.6.1 工作原理及特性193.6.2 热释电传感器芯片引脚图203.6.3 热释电传感器引脚说明203.6.4 热释电传感器工作电路图213.7 MQ_2气体传感器233.7.1 MQ_2气体传感器工作原理233.7.2 外形构造233.7.3 引脚介绍243.7.4 气体传感器模块特色243.7.5 传感器工作电路图253.8 蜂鸣器253.8.1 蜂鸣器构造原理253.8.2 驱动方式及电路263.9 4*4 矩阵键盘263.9.1 矩阵键盘

11、原理图263.9.2 矩阵键盘工作原理274 软件系统设计294.1 编译软件294.1.1 MDK功能特点294.2 主程序设计294.3 中断程序设计315 系统调试325.1 系统硬件调试325.1.1 硬件调试工具335.1.2 硬件调试步骤及方法335.2 系统软件测试335.2.1 上位机软件配置345.2.2 红外监测测试345.2.3 MQ_2气体报警测试355.2.4 门禁系统测试375.2.5 WIFI客户端控制测试385.3 系统调试结论41总结42参考文献43致44附件1 WIFI串口配置及使用45A1.1 WIFI串口的配置AP模式45附件2 主程序代码47附件3 专

12、利59. z-前言现在人们的生活条件大大改善，人们的物质文化追求也逐渐提高。21世纪的人们变的懒惰，正是科技的迅猛开展让我们有了懒惰的资本，也正因为有懒惰的心里才使得我们开发更多智能化的产品。目前多种智能家居产品层出不穷，但在通信传输方面时，很多项选择择了3G无线网络作为传输手段，再或者就是根本无法远程通信。目前市场上的传统的智能家居产品大多是各种单个设备技术组合成一套的智能家居产品，各个设备之间不能实现通信数据交换，安装布线复杂，本钱高。使用STM32主控芯片与WIFI模块搭载可以较好的解决以上问题，免布线以及省去3G流量费用等，这正是选择基于WIFI的智能家居设计的主要原因及动机。. z-

13、1 绪论1.1课题意义智能家居作为一个新时期开展的智能化产品，处于一个初期与长期开展的临界点，现如今推入市场还比较困难，况且消费的观念还未形成，但从另一面来说，中国市场较大，随着智能家居市场推广乃至大围的普及，培育广阔消费者的智能产品使用习惯，智能家居市场的产业前景必然是巨大的。正因为如此，国各种从事智能设备的企业对智能家居行业的研究越发不可收拾，特别是对企业开展环境和客户需求改变的深入研究，这也成为了各大智能家居厂商的重点投入方向!智能家居从进入中国市场到现在已有十多年的开展，依稀记得进入时人们有着最初的梦想，到今天局部智能家居产品已实实在在的走入了我们的生活，期间经历了许多不为人知的困难过

14、程。2014年以来，中国各大生产及科研厂商已经开场快速的进军智能家居产业，从智能家居进入中国以来，从事该行业的厂商其实并没有特别成功的案例，但为此也很大的预示着物联网行业开展仍处于探索阶段，需要投入更多的厂商。当然，他们也开场涉足和参与，同时也感受到智能家居主宰未来的不可逆的。目前来看，从近几年智能家居的开展以及成效来看，有着很大的改变，几乎已处爆发前夜。智能产品开发的业人士认为，2015年随着合作企业不断增多，团队加大技术研究，这也即将进入成果的预产期，智能家居新品将如雨后春笋般出现，行业的新案例也会越来越多。随着电子科学技术在实际生活中的广泛应用，人们已经感受到电子产品为家庭以及生活所带来

15、的各种便利，尤其是在20世纪80年期间，智能家居的出现更为人们繁杂的生活提供了一个广阔的平台。智能家居，按照普遍通用的理解是以住宅为平台，搭载网络信息通信、信息交换家电和电器自动化等，集智能系统，效劳和管理为人性化居住环境的一体设备。它具有便利、平安、舒适、环保的根本功能的同时，还是具有智能化的现代工具。智能家居系统不仅能够给家庭提供各设备全方位的信息交互功能，还能帮助人们有效地安排时间、节约各种能源，实现了PC机以及手机端远程家电控制、温湿度检测、气体泄漏报警、照明控制、窗帘自控、非法入侵报警等功能。1.2智能家居开展趋势近年来，随着互联网Internet、物联网Internet of th

16、ings、云计算cloud puting、大数据mega data、人机交互Humanputer Interaction等现代高新技术的成熟与迅速开展，智能家居市场也得以从概念走向现实，而与此同时，行业竞争力也越发剧烈。据2010-2015年中国智能家居产业开展趋势与投资时机研究报告预测，2015年我国智能家居市场规模将达1240亿元,千亿级的蓝海市场吸引了众多厂商争先恐后地投入其中，无论是各大运营商还是号称互联网的巨头，不管是智能家居的新起厂商还是传统家电行业的老者，都想分到一些利润。虽然智能家居进入我国已有十多年的开展，但由于普遍的前期技术不成熟，大量的研究，并没有找准切入点也即是*一个着

17、力点，大多数厂商光打雷不下雨，没有做出实质性的产品，却一直在炒作概念，使得智能家居市场开展速度相当缓慢。就如上段所说，国厂商在智能家居行业的着力点各不一样，没有找到突出点，但在国外运营商市场，他们更注重智能家居的平安性，使得有所突破，有所特点。欧洲运营商巨头德国电信在2013年推出了自己的智能家居-Smart Home平台，支持智能插座、烟雾报警器、动态感应、门窗监控、智能插座、烟雾报警、暖气控制等多个模块。2014年10月，Vodafone推出一款名为Gigasetelements的智能家居套装。AT&T也不甘人后，推出DigitalLife，主要包括平安模块和动态传感模块两个模块，侧重于门

18、窗监控、监控摄像和车库监控。通过大量数据得知，智能家居行业乱象严重，以及不规，不兼容等问题任然存在，未来开展劲头十足，值得加大投入以及研发。. z-2 智能家居系统原理2.1 系统原理概述传统家居一般都是带来生活品质的提升，通过添置家庭的一些生活用品来提高生活质量，但这些都比较单一化，完全没有智能可言，也即没有到达互通互联。再则家居生活自动化是智能家居的特色以及提升所在，例如家庭部设备等发生故障等，该系统便可以自行处理，到达自动化的效果，并不需要人为的查找原因。最显著的变化就是智能、实用、可控、方便、易整合。每一个家庭必然都存在的各种各样的电器，一直以来由于标准的不同而独立工作，从系统的角度来

19、看，他们都是扎乱无章的，并不是一个有机的、可协调工作的统一整体，作为家庭的主人面对这些各种各样的电器，有各式各样的遥控器，给个人消耗的时间本钱、管理本钱、控制本钱等带来许多繁琐的麻烦事，占用了许多闲暇的时光。本系统设计主要由软硬件组成。本设计通过基于PC机/安卓系统的上位机软件网络调试助手，该软件主要用来接收和发送用户发送的一些指令，即为串口数据交换界面。系统硬件则是以STM32F1*的32位ARM微控制器作为主控芯片，WIFI无线串口收发器为通讯的一个智能家居控制系统。外围硬件搭载LCD1602显示器、4*4矩阵密码键盘、继电器、人体红外感应模块、MQ_2气体检测、风扇、蜂鸣器。2.2 现阶

20、段智能家居原理及比照智能家居就是构建一个智能化的家庭生活环境，即外加一些设备来自动或手动控制室要控制的设备。如遥控器、手机、电脑等来实现电视的控制、灯光的自动控制等等。根据使用不同的控制传输介质，可知道以下几种方式。1. 红外技术，遥控器控制家电。红外技术出现的年代较久，也比较成熟。但它是方向性控制，而且各遥控器地址编码不一样，控制起来各有差异，那就需要许多遥控器，面对家中众多的电器，使用起来也比较麻烦。2. 蓝牙技术，一般可采用电脑或手机来控制。它较红外技术优势在于传输距离较远、传输速度快、平安性高等。但是作为当今互联网开展高速的21世纪，要想远距离跨地域控制就难以实现了。3. GSM技术，

21、采用可安装SIM卡的手机或者其他终端作为控制器。它是使用GSM协议来控制室物体，即通过控制终端向另一块GSM客户端发送指定的控制指令来控制家中设备。但会产生一系列流量费用以及短信或者通话费用，给已经花费较大的系统带来更大的昂贵开支。4. WIFI技术，它是最近几年才兴起的一种上网方式，一般的上网设备比方手机、电脑等通过无线网卡连接WIFI信号就可以实现无线上网。受控设备通过WIFI网关接入互联网，再通过已连接互联网的上网设备，向指定IP发送指令即可实现远程无线控制，其不受地域限制。综述，WIFI技术优势凸显，相对于其他无线技术而言，具有本钱低、使用方便、操作简单、平安性高、开发方便、灵活性强。

22、2.3 智能家居系统功能简介该基于WIFI的智能家居系统中，各传感器负责数据采集；STM32以下简称MCU芯片负责数据处理及分析，再通过分析结果做出相关响应，一般紧急情况可以自行处理并报告给控制中心；WIFI无线串口收发器实现控制中心上位机与MCU的相互通信，将采集到的数据提供应中心控制器后台推送，并且能将接收来自控制器的指令回传给MCU；控制中心上位机负责将一切来自传感器的数据接收，并且可以通过控制中心上位机来发送指令控制各个电器设备，实现住宅各效劳、设备一体化；WIFI网关则负责家庭外的信息交互，再则就是连通互联网，使得用户在任何地方都可以进展客户端的数据更新。主要的功能如下介绍。 平安触

23、发报警功能本系统包含人体红外感应、MQ_2气体检测等平安隐患检测模块，通过这些传感器，可以将住宅外发生的异常情况做出报警，并及时传到达小区保安室以及用户手机端推送窗口，以便对应人员做出相应处理。保证家庭的平安，让用户更放心。 密码门禁功能该系统的门禁系统采用密码验证，摒弃以往钥匙开锁的繁琐。通过4*4矩阵键盘输入密码，比对成功后即可开门。 客户端功能PC/APP客户端可以提供用户远程实时控制家中设备，了解家中设备实时信息，比方家中传感器的检测信息。这样用户在任何地方都可以了解家中的一切状况。 远程控制1. 为了防止朋友到访家中无人的为难，该系统编写了远程控制门禁的功能，防止朋友吃闭门羹。用户翻

24、开手机APP客户端软件或者电脑客户端，输入指定指令即可翻开房门，手机端也可看到房门已翻开的文字提醒。2. 提供远程开启与关闭风扇、警报、红外监控等功能。 查询功能用户可以通过PC端或APP管理软件，连接指定IP及端口查看家中设备的用运行状况，让用户了解设备的相关情况。2.4 系统工作原理框图图2.4 系统工作原理框图3 智能家居硬件设计在系统设计过程中，充分考虑了该行业的实际情况，系统设计的本钱、以及软硬件应用的可靠性和开发的兼容性，以便尽量有效的缩短系统地开发周期。硬件设计如下：3.1 控制中心本系统中，由PC端/APP充当整个智能家居的指令控制中心。个人电脑及手机如今已普遍存在，并且使用起

25、来及其方便。3.2 主控芯片-STM32F1* 32位ARM微控制器方案中主控器件STM32F103zet6单片机使用的是ARM 公司为要求性能高、本钱低、功耗低的嵌入式应用专门设计的32位的ARMCorte*-M3核。基于ARM Corte*-M3核心的32 位微控制器,LQFP-144封装.512K 片FLASH相当于硬盘,64K片RAM相当于存 ,片FLASH 支持在线编程(IAP).高达72M 的频率,数据,指令分别走不同的流水线,以确保 CPU运行速度到达最大化 . 通过片BOOT区,可实现串口下载程序(ISP).片双RC 晶振,提供8M和32K 的频率.支持片外高速晶振(8M),和

26、片外低速晶振(32K).其中片外低速晶振可用于 CPU 的实时时钟,带后备电源引脚,用于掉电后的时钟行走.42个16位的后备存放器(可以理解为电池保存的RAM),利用外置的纽扣电池,和实现掉电数据保存功能.支持 JTAG,SWD调试.配合廉价的J-LINK,实现高速低本钱的开发调试方案.多达112个快速IO端口(大局部兼容5V逻辑),4个通用定时器,2个高级定时器,2个根本定时器,3路SPI接口,2路I2S 接口,2路I2C接口,5路USART,一个USB从设备接口,一个 CAN接口,SDIO接口,可兼容SRAM,NOR和NAND Flash 接口的16位总线-FSMC.3路共16通道的12位

27、AD输入,2路共2 通道的12位 DA 输出.支持片外独立电压基准.CPU操作电压围:2.0-3.6V.综上STM32F103的性能完全可以满足本设计的所有控制需要，置ADC模块可以直接用于模拟量的采集，丰富的I/O 接口完全可以与1602显示屏模块的通信，并且采用STM32F103 ARM微控制器做为主控制器可以减少使用外围器件例如减少ADC模块等，使得降低了本钱以及电路的复杂程度。图3.2 STM32F103ZET6芯片引脚及局部电路图3.3 无线传输-WIFI模块方案中采用的WIFI模块是*公司的低本钱高性能嵌入式串口-以太网-无线网模块，在本设计中只用串口转无线网模式。 WIFI模块参

28、数概述该模块采用IEEE802.11协议栈网络标准，无线传输速率最高可达150Mbps。信道个数可到达14个，频率围2.4-2.4835G，发射功率12-15DBM，2 个以太网口、2 个串口。它的系统配置管理采用远程Web 管理。串口波特率非常宽，在1200230400bps支持非标准波特率之间，工作温度：-20-70。该模块是基于通用的串行接口与无线或有线网络标准的模块，置TCP/IP 协议栈，能够实现用户串口和以太网和无线网WIFI3 个接口之间的相互转换。 WIFI模块功能概述模块功能分为4 大模式：串口转以太网和无线网络、串口转以太网、串口转WIFI客户端及串口转WIFI 热点。该方

29、案中采用串口转WIFI 热点模式辩论演示需要，该模式下用户通过手机或者电脑连接该WIFI模块发出的WIFI热点，即可控制。 串口转WIFI AP模型图 串口转WIFI AP 模型 WIFI模块主芯片引脚图图 HLK-RM04模块主芯片引脚图 芯片引脚WIFI芯片引脚定义如下表：表 WIFI芯片引脚定义功能方向说明1VCCPower In5V 电源输入2GNDGND电源地3WLAN_LED0WIFI 启动指示高电平有效4VDDPower Out3.3V 电源输出5LINK2O网口2 连接指示低电平有效6USB_PI/OUSB 信号+7USB_MI/OUSB 信号-8STA/GPIO_0I/O状态

30、指示/GPIO_0低电平有效9GPIO_1I/OGPIO_1 485总线收发控制引脚10ES/RSTI退出透传/恢复出厂值11T*OP2A网口2 T*-P12T*ON2A网口2 T*-N13R*IP1A网口1 R*-P14R*IN1A网口1 R*-N15R*IN2A网口2 R*-N16R*IP2A网口2 R*-P17T*ON1A网口1 T*-N18T*OP1A网口1 T*-P19RTS_N/GPIO_2I/O串口2 硬件流控RTS20UART_R*I串口1 R*21UART_T*O串口1 T*22R*D/GPIO_3I/O串口2 R*23LINK1I/O网口1 连接指示低电平有效24CTS_N

31、/GPIO_4O串口2 硬件流控CTS25WPS/RSTIWPS 按键/恢复出厂值26T*D/GPIO_5O串口2 T*27VDD_1_8Power Out网口1.8V 输出28VCCPower In5V 输入注： I/O 口电平电压为3.3V。3.4 LCD1602液晶显示屏工业型的LCD1602字符液晶显示屏，它能够同时显示2排16列即为32个字符。 LCD1602液晶显示屏概述本设计使用的lcd1602液晶为5V驱动，带蓝色背光，但可以同时显示两排字符，每排有16个字符，共32个字符，但其不能显示汉字字符，置128个字符的ASCII字符集库。1602液晶的引脚图如下图 lcd1602液晶

32、显示屏引脚图1. LCD1602液晶显示屏引脚说明表液晶引脚说明引脚编号符号功能说明引脚编号符号功能说明1VSS一般接地9D2双向数据总线 2位2VDD接电源+5V10D3双向数据总线 3位3V0比照度11D4双向数据总线 4位4RS存放器选择12D5双向数据总线 5位5RW读写信号线13D6双向数据总线 6位6E使能端14D7双向数据总线 7位7D0双向数据总线 0位15A背光电源正极8D1双向数据总线 1位16K背光电源负极注：V0：调整液晶显示器的显示比照度，接地时比照度最高，接正电源时比照度最低。但需注意的是完全接地时，会造成比照度过高，从而造成鬼影的产生，这种情况下，我们一般情况下采

33、用串接一个10K左右的电位器来调整其比照度，这样就可以防止鬼影的产生。RS：RS为存放器选择端口，当给该端口输入低电平0时，即为选择指令存放器。输入高电平1时，即为选择数据存放器；RW：RW为读写信号线端口，为该端口输入高电平(1)时进展读操作，输入低电平(0)时进展写操作。E：E端为使能端Enable，为其命令写操作时，下降沿使能。为其命令读操作时，Enable使能高电平有效。DB7：双向数据总线 7位最高位及忙检测位。2. 操作时序：表 操作时序说明RSR/W操作说明00写入指令码D0D701读取输出的D0D7状态字10写入数据D0D711从D0D7读取数据3. 指令集：1602初始化指令

34、小结：0*38 设置16*2显示，5*7点阵，8位数据接口0*01 清屏0*0F 开显示，显示光标，光标闪烁0*08 只开显示0*0e 开显示，显示光标，光标不闪烁0*0c 开显示，不显示光标0*06 地址加1，当写入数据的时候光标右移0*02 地址计数器AC=0;此时地址为0*80 光标归原点，但是DDRAM中断容不变0*18 光标和显示一起向左移动 LCD1602引脚接线图为防止液晶上电时烧坏背光灯，一般情况下在15脚A串接一个5欧姆左右的电阻来限流；液晶15A引脚为背光电源正、液晶16K引脚是背光电源地；1602液晶引脚3V0脚为比照度上下的调节端，串接一个10K的电位器来调节比照度；液

35、晶4RS引脚接MCU的PE2口；液晶5RW引脚接MCU的PE4口；液晶6E引脚接MCU的PE6口；液晶1VSS引脚为电源地、液晶2VDD引脚为正5V的电源正；具体电路图如图3-4-1所示：图3.4.1 1602引脚接线图3.5 继电器继电器relay是一种由电源电压来控制的器件，当其输入量的变化到达预先设定的要求时例如由0v变到3.3v，在电气输出电路中使被控制量发生预定变化的一种电器。它由主动控制电路又称输入回路局部和被动控制电路又称输出回路局部组成。一般被应用于工业化的自动控制系统电路中，它实际上就是用小电流去控制大电流运作的一种自动开关。因此在电路中起着自动控制、平安保护等作用。按继电器

36、按照动作原理可分类为：1. 电磁型2. 感应型3. 整流型4. 电子型5. 数字型等我们采用的是电磁继电器。 继电器工作原理电磁继电器Electromagnetic relay一般由铁芯Core、线圈Coil、衔铁armature、触点簧片Contact spring等组成的。只要在线圈电阻两端加上一定的电压，线圈电阻中就会流过一定的电流，因此而产生电磁效应Electromagnetic Induction，这样衔铁就会被电磁力吸引，克制返回弹簧的拉力反向，带动衔铁的可移动触点A movable contact和常开触点Normally open contact吸合。当线圈电阻断电后，电磁衔铁

37、Electromagnetic armature的吸引力也将随之消失，电磁衔铁Electromagnetic armature会被弹簧的反弹作用力返回到原来的位置，使可移动触点A movable contact与原来的常闭触点Normally closed contact释放。这样循环的吸合和释放，从而到达电器控制在电路中的导通和切断的目的。然而作为继电器的常开和常闭接触点Normally closed contact，我们可以这样来区分：继电器的线圈电阻未通电时处于断开状态的静触点，称为常闭触点Normally closed contact；处于接通状态的静触点称为常开触点Normally

38、open contact。继电器一般有两局部电路，一局部为低压控制电路Low-voltage control circuit，一局部高压工作电路High voltage operating circuit。低压局部Low-pressure part即为控制系统Control System需要控制的电路，高压局部High-pressure part为低压局部控制的后端。 继电器技术参数SRD-05VDC-SL-C继电器5引脚，三个引脚的这边两边的脚是线圈直流电阻，加5V直流电压，不区分正负方向，它由电压驱动。 继电器中间引脚是触点的公共端，与其一排的另两个脚，其中一个是常开最好用工具测试，另一个

39、是常闭。继电器引脚图如下图 继电器引脚图 继电器工作原理图图 继电器工作电路图3.6 热释电传感器人体红外感应BISS0001芯片是一款高性能的人体移动检测传感器，其由热释电红外传感器和少量元器件组成的被动式热释电红外开关。人体红外传感器可监控无需外人进入的场所，特别适用于企业、库房、家庭等制止外人进入的安保敏感区域，或用于平安区域的自动化电器开关报警系统等。 工作原理及特性BISS0001是由电压比较器 Voltage parator 、运算放大器Operational Amplifier 、状态控制器State Controller、延迟时间Delay time 定时器和等构封锁时间定时器

40、成的数模混合专用集成电路。1. 热释电红外传感器探头是以探测人体的辐射值为目标的。因此其探头必须对波长为10um左右的红外辐射非常敏感。 2. 在它的辐射检测面通常覆盖有特殊物质的菲泥尔滤光片，使干扰环境的外在因素得到明显的控制作用，这是为了对人体的红外辐射敏感。3. 被动的红外探头，它包含两个互相并联或串联的热释元器件。传感器的红外探头的两个电极化方向相反，这样无论环境的背景怎样变化，辐射对两个热释元器件都将产生不相上下的作用，则他们的效果就可以相互抵消，探头的输出端就无信号输出。 4. 当人体一旦进入探测围，红外传感器通过局部区域的镜面聚焦，被热释电元器件接收，但由于两片热释电元器件所处位

41、置完全不同，因此接收到的热值不同，热释电也不同，不能抵消，因此这样通过信号处理就可报警。 5. 菲泥尔滤光片有着自身特点，它们根据自身材料不同有着长短不一的感应距离，这样就可以完全的监控该场所，不会有遗漏的区域。 热释电传感器芯片引脚图图 BISS0001芯片引脚图 热释电传感器引脚说明表 热释电传感器引脚说明引脚名称I/O功能说明1AIRepeatable touch andTouch not repeatable当A为1时，Enable 重复触发；2V00控制signal输出端。由VS的上跳變沿觸發，使Vo输出从低电平跳變到高电平时视为有效觸發。在輸出延遲 時間T*之外和无VS的上跳變沿时

42、，Vo保持低電平狀態。3RR1-輸出延迟时间T*的調節端T* 49152R1C14RC1-輸出延迟时间T*的調節端T* 49152R1C15RC2-觸發封鎖时间Ti的調節端 TI 24R2C2。6RR2-觸發封鎖时间Ti的調節端 TI 24R2C2。7VSS-工作電源負端8VRFI参考電壓及重新輸入端。通常接VDD，当接0时可使計時器復位9VCI触发制止端。当VcVR时允许触发(VR0.2VDD)10IB-运算放大器Operational Amplifier偏置电流设置端11VDD-工作电源正端 122OUT0第二级运算放大器的输出端132IN-I第二级运算放大器的反相输入端141IN+I第一

43、级运算放大器的同相输入端151IN-I第一级运算放大器的反相输入端161OUT0第一级运算放大器的输出端 热释电传感器工作电路图图 热释电传感器工作电路图3.7 MQ_2气体传感器MQ-2气体传感器对液化气LPG、丙烷Propane、氢气Hydrogen的灵敏度高，对天然气Natural gas和其它可燃气体的检测也非常理想。这种传感器Transducer可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低本钱气体检测传感器。 MQ_2气体传感器工作原理MQ-2气体传感器所使用的气敏材料Sensitive material是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当气体传感器所在环境可燃气体浓度

44、超标时，传感器transducer的电导率随环境中的可燃气体浓度增加而增大。这样以来使用简单的电路就可以把它的变化量转化为ADC可采集的信号，及其方便。 外形构造图 外形构造图 引脚介绍表 引脚介绍图标号部件材料1气体敏感层二氧化锡2电极金Au3测量电极引线铂Pt4加热器镍锘合金Ni-Cr5瓷管三氧化二铝6防爆网100目双层不锈钢SUB3167卡环镀镍钢材Ni-Cu8基座胶木9针状管脚镀镍钢材Ni-Cu 气体传感器模块特色1. 具有电源亮灭指示灯和阀值超标的TTL信号输出指示灯；2. 具有阀值超标DO开关信号TTL输出引脚和气体检测的AO模拟信号输出引脚；3. TTL输出的阀值超标信号为低电平

45、。气体超过阀值时，模块的超标信号灯亮，即气体值超标。它可直接连接单片机或继电器模块4. 模拟量输出电压随浓度越高电压越高。5. 对液化气，天然气等可燃气体，烟雾有较好的灵敏度。6. 快速的响应恢复特性特别提醒：由于该传感器的材质是二氧化锡，要保证测量数据稳定，就必须给传感器通电后，预热20秒左右再测量。由于传感器部具有电热丝，一般发热属于正常现象，如果烫手就不正常。 传感器工作电路图图 传感器工作电路图3.8 蜂鸣器蜂鸣器是一种小巧玲珑的电子发声器，可采用直流电压直接驱动供电，广泛应用于PC机、报警器、电子玩具等电子产品中用作发声器。 蜂鸣器构造原理1. 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器Multi

46、vibrator、压电蜂鸣片The piezoelectric buzzer、阻抗匹配器Impedance matching及 共鸣腔Resonance chamber、外壳等组成。 多谐振荡器Multivibrator)由晶体管或者集成电路组建而成。接通电源后,自身的多谐振荡器Multivibrator发生振动, 产生出1.5到2.5k赫兹的有源声音信号，然后阻抗匹配控制器推动压电蜂鸣片发声。2.蜂鸣器电磁式构造是由振荡器oscillator、Magnet coil、磁铁Magnet、振动膜片和塑料外壳等组成。接通电源后，振荡器(Oscillator)产生的有源信号通过电磁线圈电阻使其产生磁

47、场。电磁线圈(Magnet coil)和磁铁的相互影响作用下，使得振动膜片规律性地发声。 驱动方式及电路自激蜂鸣器是完全由直流电压驱动的，完全不需要其他交流信号等来进展驱动，只需要直接对引脚驱动口输出一定电压即可，引脚连接着三极管放大器的基极，通过三极管即可使蜂鸣器发出声音。图 蜂鸣器驱动电路3.9 4*4 矩阵键盘矩阵键盘又称为行列式16位键盘，4条行线由单片机的4个IO口控制，另外4条列线由单片机另外4个IO口控制。4个行IO口线分别与每行按键的左端相连接，4个列的IO口分别与每一列的按键右端相连。这种以行列式键盘构造，仅仅使用到了8个IO口来接收16个信号，有效地提高单片机系统中I/O口

48、的利用率。 矩阵键盘原理图图为矩阵键盘电路图，行线接PE13/PE11/PE09/PE07，列线接PE14/PE12/PE10/PE08。图 矩阵键盘原理图 矩阵键盘工作原理图 按键排列先将列端PE14/PE12/PE10/PE08配置成浮空输入，可以检测上下电平。行端PE13/PE11/PE09/PE07配置成推挽输出。先从行端口输出高电平，再依次将其输出低电平，如此循环即可检测到*列端为低电平，即可得到该键入值。举例说明如何得到按键的特征编码：如果5键被按下，找出其所对应的行列号。从第一行输出低电平，第1、2、3、4列依次检测不到低电平，故第一行没有按键按下。从第二行输入低电平，第一列检测

49、不到电平变化，第二列检测到低电平，延时消抖后任然可检测到，故第二行第二列按键按下。4 软件系统设计系统软件的设计是系统控制的核心控制局部。其任务是在前期硬件设计的根底上，参加该系统的灵魂所在，确定程序构造，分配各局部工作容和顺序，经过仔细的模块划分后，即可进展主程序和各模块程序的设计，各局部先分开的程序设计，最后再将各模块程序连接起来成为一个完整的程序，与硬件所以局部相配合完成相应功能。4.1 编译软件MDK-ARM，MDK-ARM软件为基于Corte*-M、Corte*-R4、ARM7、ARM9处理器设备提供了一个完整的开发环境。 MDK-ARM专为微控制器应用而设计，不仅易学易用，而且功能

50、强大，能够满足大多数苛刻的嵌入式应用。 MDK功能特点l l完美支持Corte*-M、Corte*-R4、ARM7和ARM9系列器件。l l行业领先的ARM C/C+编译工具链l l确定的Keil RT* ，小封装实时操作系统带源码l lVision4 IDE集成开发环境，调试器和仿真环境l lTCP/IP网络套件提供多种的协议和各种应用l l提供带标准驱动类的USB 设备和USB 主机栈l l为带图形用户接口的嵌入式系统提供了完善的GUI库支持l l关于程序运行的完整代码覆盖率信息l l执行分析工具和性能分析器可使程序得到最优化l l符合CMSIS (Corte*微控制器软件接口标准)4.2

51、 主程序设计程序使用模块化编程方式。从以下流程图可以清楚的看到前期是各模块的初始化，由于模块较多例如按键模块，未列举在流程图中。再则是进入主程序的无限循环中，依次是ADC检测与处理、红外报警与处理、门禁系统。主程序代码见附件1。图4.1 主程序设计流程图4.3 中断程序设计由于考虑到单片机的程序顺序执行的弊端，因此引入中断来处理*些优先级别较高的外部触发。该系统中使用了一个外部中断0和一个定时为500ms的定时器中断3。外部中断0用来处理用户通过家庭主机查看环境状况的请求。定时器中断用来定时向用户客户端推送环境监测数值，以及自检门禁系统。图4.2 中断程序设计流程图5 系统调试基于WIFI的智

52、能家居系统经过系统化的软硬件设计开发，让它们严密结合即可运行。但如果编写好的程序或焊接好的电路板不能呈现预期的效果，则就需要我们自检，通常会出现一些硬件和软件上的错误，当然这也是开发系统经常遇见的，则就必须进展软硬件调试来解决问题。该系统的调试大致可分为硬件调试和软件调试。5.1 系统硬件调试实物系统设计实物图如下：图5.1 硬件实物图硬件实物图简介：序号1：气体监测序号2：继电器序号3：蜂鸣器序号4：风扇序号5：红外移动检测序号6：LCD1602显示屏序号7：STM32f103主控芯片序号8：矩阵键盘序号9：WIFI转串口模块 硬件调试工具1. 万用表一台2. 示波器一台3. 稳定电源3.3

53、V/5V/12V 硬件调试步骤及方法1、电路板线路检查：根据硬件电路原理设计图，使用万用表或示波器仔细检查实物电路板线路是否连接正确，并且仔细核对元器件的型号、规格和焊接位置是否符合要求等。2、通电检查：在确保电源稳定前提下，调节好所需电源大小。在回路中串接万用表，观察电流大小。另外随时注意元器件有无严重发烫或者冒烟，出现此情况及时断电反复检查。3、以上步骤做完无异常，即可完成硬件测试工作。5.2 系统软件测试准备如下设备：1. 带无线上网功能电脑一台2. WIFI上网手机一部3. 基于WIFI智能家居系统样机4. 所诉上网设备已安装网络调试助手软件 上位机软件配置1. 电脑翻开软件网络串口调

54、试助手.e*e。手机操作类似2. 配置为TCP客户端，ip为192.168.11.254，端口为8080.如下列图。WIFI网关的ip与端口配置详见附录。图 TCP客户端配置 红外监测测试如图5-1中标号5即为红外检测模块。1. 红外监测探头前7米，人体移动时，蜂蜜器鸣响现场演示。2. 人体移动时，客户端接收到外人闯入提醒。如下列图图客户端显示3. 人体离开后，蜂鸣器鸣响停顿现场演示。4. 主人归家，通过密码解锁后，主人在其监控围活动，不再报警和推送客户端消息现场演示。 MQ_2气体报警测试如图5.1中标号1即为红外气体检测模块。使用气体打火机对着传感器探头，释放气体时将出现以下几种现象：1.

55、 蜂鸣器鸣响现场演示。2. 1602显示屏显示气体超标值。如下列图.1图.1 lcd1602报警值显示3. 手机和PC端客户端接收到报警提醒。图.2 客户端显示 门禁系统测试1. 按键D，进入密码输入界面左上角显示数字及冒号，例如0:，停顿超时3s，界面退出第二排显示输入的密码。图.1 密码输入界面1602显示2. 再次按键D，进入密码输入界面(左上角显示数字及冒号，例如0:)后，再输入程序默认密码解锁，密码正确后，显示屏第一排显示Please e In!如下列图且门磁被翻开提示灯亮，大约3s后灭即自动上锁。图.2 密码正确界面1602显示3. 按键D，进入密码输入界面左上角显示数字及冒号，例

56、如0:，密码输入错误时，按键E即可退出。4. 按键D，进入密码输入界面左上角显示数字及冒号，例如0:，此时左上角显示的数字为奇数，则输入密码正确后即可解锁人体红外监控报警。偶数时，密码正确即可开启报警。为了防止主人在家活动时，红外监控误报 WIFI客户端控制测试1. 翻开网络调试助手，一定时间可循环看到系统监测的环境信息。图.1 客户端显示2. 向客户端发送指令HELPok(注意指令是以大写命令加小写ok确认指令组成)，即可查看指令。图5.2.5.2a 客户端显示图.2b 客户端显示接上图3. 向客户端发送指令ON01ok(注意指令是以大写命令加小写ok确认指令组成)，即可翻开房门实物中采用L

57、ED灯模拟。现象现场演示图.3 客户端显示4. 向客户端发送指令OF01ok(注意指令是以大写命令加小写ok确认指令组成)，即可关闭房门实物中采用LED灯模拟。现象现场演示图.4 客户端显示5. 向客户端发送其他指令都可执行相关操作，这里不一一列举，详见现场演示。5.3 系统调试结论硬件局部关系到所设计的电子产品好坏，稳定性等，因此要合理的安排以此提高系统的抗干扰性能。比方，使用外部晶振时，尽量让其靠近MCU,这样可以减少对其的干扰，防止程序跑飞等。因此硬件系统设计的好坏直接影响到整体设计系统的稳定性。由于这是电子设计，因此很大局部来源于经历，因此我们要有善于总结的好习惯。本硬件系统经过严格的

58、测试，未发现错误，到达了软件测试的要求。软件设计是核心局部，就像一个人的灵魂一样，躯壳具备了，就差灵魂。程序具有多样化，灵活性高等优点，使得许多硬件难以实现的功能得到了解决。要想全方位的写好代码，就要理解各指令的含义，比方STM32中有许多库函数，这就需要我们多多查阅库函数手册，理解每条函数的具体调用含义，这样才能更加熟练应用，32中有DMA功能，使用它就可以避开CPU的直接操作，减少CPU的工作量，但在本系统中，系统不是很复杂，故未有DMA操作。本系统程序，我采用模块化编程，因此调试起来也很简单，可以直接用MDK在线调试。经过全方面的软件和硬件测试，该系统符合以上全部指标，设计成功。总结在本

59、次毕业设计论文中，为了实现论文设计的要求，自学了STM32芯片、WIFI转串口模块等以前从未接触到的知识，经过自己的努力和指导教师的指导下，战胜了一些的困难，完成了基于WIFI的智能家居系统设计。也给今后就业增加了胜算，同时也感慨良多。在此之前，教师给予了一些相关资料，使我补充了一些智能家居的相关知识。使用传统的单片时机使我的设计比较烦杂，因为该系统的外围电路较多，使用的IO口较多，故传统的单片机不适用。因此我花了一局部时间和精力去学习STM32的相关知识，不懂的地方去请教教师，在他的耐心讲解下，使我对STM32有了进一步的掌握，这对我下一步的设计展开帮助很大。在一个就是WIFI串口模块，在教师的指导下和自己刻苦专研下，最终学会了使用它。通过本次毕业设计，使我对基于WIFI的智能家居系统有了更多的了解和掌握。在互联网飞速开展的今天，一切物体的智能化是未来科技开展的必然，也就是人工智能。作为智能控制在工业应用的代表性成果，它结合了程序与硬件的综合调控，提供了远程