基于STM32的家庭智能家居设计

许华春+朱宗玖

摘 要：目前，物联网技术[1]的不断发展使物联网逐渐成为当今世界最为关注和研究的热点。网络通信让智能家居得到了更好的创新和进步。文章介绍了智能家居系统实现的重要性和智能家居发展的历程，对硬件设计做了详细介绍。家庭智能系统的硬件设计与实现是以STM32单片机为基础进行的，硬件设计方案的完整性和合理性是家居系统的重中之重。

关键词：物联网技术;智能家居;硬件设计

中图分类号： TP277            文献标识码： A            文章编号： 1673-1069（2017）01-150-2

0  引言

在人类科技发展的历史上，互联网的出现促使人们的生活向着信息化、网络化发展，电子信息技术的进步更加推动了社会的信息化，也使人们的日常生活、学习不再局限于传统的方式。随着生活方式的逐步改变，人们对家居环境的追求也在不断提高，对传统家居提出了新的挑战。智能家居是在通信技术、电子技术、自动化技术的基础上进行研究，从而实现智能化操作与管理家庭设备，这样一个舒适、便捷、智能、人性化的生活环境才是人类生活舒适化的最大追求，最初是由美国人提出。与传统的家居环境相比，智能家居无疑将会使人们的生活质量有很大的提高，家庭内的设备将会被赋予智能，他们能够主动监测家庭环境的变化，并同其他设备合作共同完成对家庭设备状态的改变，以使家庭环境对人体更加适宜，使人们生活在一个更加艺术、更加人性化的环境中。

在人类经济不断正常的过程中，人们掌握了越来越多的经济与社会资源。由于越来越多的资金积累，人们对生活的舒适性，便捷化、智能化、和人性化等方面提出了要求，出于对丰富的社会资源和先进的科学技术的利用，人们在通信技术、电子技术和计算机网络技术的基础上，研究了一套解决家庭生活智能化的统筹系统。系统通过人这一核心对家庭的各种小系统进行有机整合，从而促使生活环境更加舒适、便捷、安全。

采用了智能家居系统后，人们对家电产品的控制不再局限于传统的近距离的控制方式，不论主人身处何地，只需一部手机或一台电脑就能随时随地查看家用设备的状态并能对其进行远程控制。

1  家居系统的构成

家居系统通过互联网与家庭成员之间的联系，合理安排了人、网络、硬件结构和家庭设备之间的相互关系，虽然由于个人的差异性导致结构的复杂程度大小不一，但是从大的方面来说，家居系统的目的和整体结构是一致的。都是为了建立一个集家庭安全防护系统、网络反馈系统和家庭可调系统于一体的家庭综合服务系统，为家庭提供可调节、可控制和自动化的人性化家居服务。在图1中，将家居系统分为以下几个方面：电源模块部分、信息采集部分、人机互动部分、开关控制部分、安防报警部分、信息存储部分和控制器控制管理部分。这7个部分以控制器为核心相互联系，实现了信息采集、处理、存储的一体化过程，满足了家庭对安全、舒适、便捷的需求，方便了后续产品的升级更新。图1为家居系统结构示意图。

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图1  家居系统结构示意图

2  智能家居模块设计

智能家居系统的模块组成主要有控制器模块、电源供给模块、开关控制模块和人机互动模块。图2中控制器模块是核心模块，负责信息的采集、处理、交换以及和人之前的互动。整个家居系统进行正常工作需要电源模块提供所需的对应电压。开关模块有助于控制模块实现家庭电器的通断，保证了主人在外时家庭的电力安全问题。人机互动是家居系统极为重要的一部分，它是家居系统智能的体现。

2.1 控制器模块

控制器能够实现外部数据的采集、处理、存储和通信交换等功能，是整个系统中最为关键的一环，它是系统智能化的决定性因素。为了更好地统筹资源与优化电路，控制器的型号选择也极为重要。STM32F103C8T6是32位嵌入式微控制器，工作频率打到72MHz，电源要求是2-3.6V，内部的FLASH程序存储空间为512KB，运行内存RAM的容量为160KB。STM32F103C8T6强大的功能为家居系统的设计提供了高性能、高效率、低功耗的便利。

2.2 电源供给模块

各个模块的工作正常和维持都依靠电源模块有效的电源输入，这是家居系统有序工作的基础部分。电源供给电路的设计是模块高效、低干扰、低损耗的最佳保证。

图2为电源输入部分。

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图2 电源输入部分

2.3 开关控制模块

开关控制模块在整体系统中相当于人的四肢与大脑的延伸和支持，模块会根据来自控制器STM32F1038T6给出的信息命令进行家庭电器的导通和关断操作。开关控制模块需要对控制器传输的高低电平有极高的辨识度，设计了以三极管为响应的开始部分。当低电平信号输入时，三极管T1截止导致三极管T2截止，所以DO11、DO12都处于断开状态;当高电平信号输入时，三极管T1饱和导致三极管T2导通，这样DO11、DO12将处于通电状态。

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图3 开关控制模块电路图

2.4 人机互动模块

为了让主人能够对家庭的电器使用状况进行详细地了解，在家居系统中添加了互动功能。通过GSM无线传输技术（全球移动通信技术）与信号接收器来帮助个人或者多人了解即时家庭电源通断信息和更进一步的命令输入通断控制。GSM无线通信技术作为第二代移动通信技术，研发的目的是让全球共同分享一个移动电话网络标准，避免不同差异的移动通话标准之间的有差对接，增强了了通信信息的正确性和信息对接的方便性。这样只要用户拥有一部可插入GSM卡的移动手机就可以在全球范围内进行信息的交流沟通。我国最早是在20世纪90年代引用了GSM无线通信技术标准，并在2001年关闭了之前一直使用的模拟移动网络，进入了数字移动网络的大家庭中。GSM无线通信技术的广泛应用，加强了人们在对遥远的家庭的控制管理。

3  结论

本文所设计的家庭智能安防控制系统，成功地应用了STM32F1038T6微处理器的强大功能、2.4GHz射频通信和GPRS移动通信的优质传输性能，充分利用了计算机网络技术、GSM无线通信技术和自动化控制技术，具有实时性好、可靠性高、功耗低、扩展方便等优点。该控制系统实现了家庭门禁控制、室内环境参数检测、防盗报警、家用电器控制等功能，为普通家庭的安全防护控制提供了有效途径。智能家居系统的不断发展是人类对生活环境优越性的追求，是对科学技术的完美应用。随着社会生活的发展和科学技术的发展，有理由相信家居系统会越来越智能化、舒适化和便捷化。

参 考 文 献

[1] 李伟强.物联网技术成引擎为智能家居添动力[J].中国公共安全（综合版），2012.

[2] 杨伟.基于STM32F103C8T6单片机的LCD显示系统设计[J].微型机与应用，2014.

[3] 王芳.基于GSM短消息无线通信系统的研究[D].河海大学，2006.