基于STM32微控制器的无线智能家居监控系统探析

桂静宜

摘  要：家居监控系统运行过程中，需要对家居环境中的天然气、煤气进行检测，但由于传统家居系统数据分析延时、控制装置灵活性不足，使得家居系统安全性能弱化。因此，文章对STM32微控制器在无线智能家居监控系统的具体应用展开研究，从而在该类控制器的应用中，提高无线智能家居监控系统的安全性能。

关键词：STM32;微控制器;无线;智能家居;监控系统

中图分类号：TU855         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）33-0036-02

Abstract： During the operation of the home monitoring system， it is necessary to detect the natural gas and the gas in the home environment. Due to the delay of data analysis of the traditional home system and the lack of flexibility of the control device， however， the safety performance of the home system is weakened. Therefore， this paper studies the specific application of STM32 microcontroller in wireless smart home monitoring system， so as to improve the safety performance of wireless smart home monitoring system in the application of this kind of controller.

Keywords： STM32; microcontroller; wireless; smart home; monitoring system

引言

现阶段，无线智能家居监控系统在应用中，仍存在数据分析延时、控制方法滞后的问题，导致家居系统无法为住户提供安全、高校的使用体验。STM32微控制器在无线智能家居监控系统的应用，可改变系统原有控制模式，重新组合系统网络编码，对增强系统安全控制功能意义重大。

1 STM32微控制器相关概述

在无线智能家居监控系统中，STM32微控制器凭借自身所架构的Cortex-M3内核，可满足系统实时应用、低功耗运行的基本要求，有助于增强智能家居安全性能，完善监控系统基本功能。具体来说，STM32微控制器用于无线智能家居系统的优势来源，主要集中在以下内容中。第一，STM32微控制器在设计、制作中，可嵌入电源监控装置，能够支撑系统电压检测、自带时钟等自我管理工作，减少系统对外部设备、软硬件的需求。比如该系列控制器可利用主晶振驱动USB、CPU等外设装置，自动为内部时钟筛选晶振，使系统在出厂前期确定主时钟源。第二，STM32微控制器中包含的周件库，其在作用时可为用户访问系统提供标准化外设，并通过集成各功能板块为监控系统提供全面的编程文档。第三，STM32微控制器在应用中，可兼容所有包含ARM内核的编译器，为监控系统构建全局编码向量，强化智能家居的安全控制力度[1]。

2 无线智能家居监控系统功能需求

信息时代中，居民生活模式产生较大改变，为改善人们生活质量，智能家居概念就此产生，监控系统作为智能家居重要组成部分，其功能设计与实现直接影响智能家居建设水平，以及居民对智能家居的满意度。因此，为打造安全、舒适的智能家居系统，相关人员在利用STM32微控制器建立智能家居监控系统时，应挖掘该控制器实践优势，综合分析监控系统使用要求，针对性完成智能家居监控系统功能设计工作。

首先，智能家居系统在为住户提供良好家居环境的基础上，还需保证住户财产安全，使用户能够远程控制室内温度、电气设备，提高家居生活便捷性。为此，相关人员需借助STM32微控制器在智能家居监控系统中，增设信息服务、远程控制等功能板块。其次，该监控系统运行时需准确检测家用电器使用状态、室内空气质量检测、天然气及煤气泄漏，并根据系统内相关数据，生成检测信息，便于住户有效处理室内险情。为此，智能家居监控系统应具有险情预测、控制的基本功能，但在传统智能家居内控机制中，其在险情预测中仍存在信息采集速率低、信息提醒延时等现象，使得智能家居监控系統价值难以凸显。最后，由于整体化的智能家居系统功能结构复杂，且家庭网络具体独立性特点，所以系统监控版块还应挖掘STM32微控制器应用潜能，使系统内各设备、装置具有独立控制功能。同时在无线网络技术实践中，解决传统家居系统布线复杂、电缆敷设难度大等问题[2]。

3 基于STM32微控制器的无线智能家居监控系统

3.1 实现原理

基于STM32微控制器的无线智能家居监控系统的实现原理，是通过监控系统内设有的传感器采集室内天然气浓度、温湿度、家居设备运行状态等基本信息，并且利用相关算法对应处理数据，使用户检测到更为全面、真实的家居环境，预防监控系统远程控制时产生的数据偏差。在此基础上，住户可凭借智能手机，操控家居设备，显示家居监控系统所监测的数据。另外，在STM32微控制器作用下，无线智能家居监控系统在实现中，可利用新型网络全局向量编码方案，改变传统触发控制、在线控制模式，同时在PID算法的应用中，系统可高效核查监控新型，调节误差信号，确保系统采集、输出数据的一致性，强化智能家居生活的可控性。

3.2 整体设计

无线智能家居监控系统无线接收、无线信号发射等控制终端组成，具体包括STM32微控制器、语音播报、视频、无线操作、语音识别等功能板块组成，其中无线操作板块是对室内信息的接收与处理，需由STM32单片机、自动避障、视频获取等子板块组成。首先，系统在无线板块支撑下，可组建数据传递平台，并将STM32微控制器作为系统主要控制装置，用于控制系统操作、数据处理工作，经各项指令完成后，可实现系统整体监控、预测、操作功能。其次，系统在视频版块作用时，可将接入设备连取系统专属无线网络，随后将根据家具设备运行专业切换视频画面，使监控系统能够根据住户要求显示室内区域。最后，为凸显智能家居监控系统的智能化，可增设语音版块，使住户在手术、平板电脑终端语音操控系统。另外，在无线智能家居系统持续优化中，确保系统视频上传的及时性，在该系统的整体设计中，相关人员还应挖掘STM32微控制器的嵌入优势，完善监控系统的人机交互功能[3]。

3.3 硬件设计

STM32微控制器的主芯片是无线智能监控系统的主要硬件支撑，能够联合系统基本电路成为系统核心控制设备。此外，STM32微控制器芯片具有数据运算效率高、处理优势明显等特点，且运行稳定、IO口资源丰富，可与系统内各板块装置相连接，满足系统数据交互需求。以电源板块、信号采集板块为例，基于STM32微控制器的无线智能监控系统的电源供电路，包含多个电位电压。为此，系统建立时，设计人员需结合各功能板块装置运行要求，针对性设计电源供电电路，使系统正常运转。比如STM32微控制器芯片、语音识别设备、语音数据分析板块应分别设计3.3V、3.3～5V、5V供电量。在信号采集板块中，需包含温度传感器、湿度传感器、可燃气体传感器等设备，便于系统获取室内温湿度、相关气体浓度。但是为确保系统数据信号转换的灵活性，设计人员可选用数字化温度传感器，以此利用该器件中测温、测湿元件中信号模数的可变性，为住户提供直观监控信息，而选用可燃性气体传感器时，可选择对常见可燃气体敏感度较高的传感器。比如MQ-5，该传感器所测可燃气体种类多样，同时对甲烷、丙烷等常见气体灵敏度高。

3.4 软件设计

无线智能家居监控系统的软件设计，直接关系着STM32微控制器数据传输速率、系统正常运行，以及各功能板块控制命令的下达。因此，相关人员在建立该系统时，其软件设计应根据监控系统特征、STM32微控制器运行要求，从无线发射、无线接收等控制端口、网络设计中分别完成程序设计。其一，无线发射端口程序可由无线模块、无线接入设备、STM32微控制器等内部程序组成。其二，无线接收控制端程序则由摄像头、电磁感应、STM32单片机组成。其三，系统网络设计中，可采用ZigBee通信技术，该技术适用于短距离、无线家居系统中，可在网络层中形成三种拓扑结构，满足不同住户的多样化需求。比如，基于该通信技术，住户可选择簇状、星型、网状等网络结构，适应小范围智能家居监控系统。另外，基于STM32微控制器的无线智能监控系统，其在软件设计时还应坚持模块化设计原则，并且在系统主程序、控制器驱动、显示等程序完成后，与STM32微控制器建立通信协议，匹配监控系统内的通信数据位、起始位、停止位，确保各设备间的数据交互工作顺利开展。再者，由于无线智能家居系统中同时包含无线发射、无线信号接收等终端，所以在软件设计时，还应在各板块地址编写结束后，对各引脚进行初始化，同时确立误码率低、操作流程较为简化的通信模式。

3.5 系统综合测试

综合测试是评估无线智能家居监控系统设计方案可行性的主要手段，但基于STM32微控制器的无线智能家居监控系统，其在软件、硬件组成中采用模块化设计模式。因此在系统测试时，需根据监控系统中语音识别、无线控制、人机对话、数据分析等板块功能设计，采取对应的测试试验，各子板块测试结束后，方可按照系统整体设计组建系统，并对系统进行整体测试。以人机对话测试试验为例，该板块的核心功能为语音识别，所以在测试时可对系统说出对应语言，判断系统反应。另外，该板块在设计中，所设计的语音识别指标包括音量、音色等内容，需要测试者在语言测试中注意记录相关指标产生的影响。经测试后，发现音量为人机对话板块运行效果的主要变量。为此，设计人员需通过程序设计中合理控制音量输入范围，并记录大量识别数据，便于后期对程序进行升级与优化。

4 结束语

综上所述，为在智能家居监控系统建立中，提高系統安全性能，减少家居环境检测误差，相关人员尝试将STM32微控制器用于系统组成中。STM32微控制器在智能家居监控系统中的应用，对优化系统功能板块设计，完善系统控制体系有着重大意义，但是在该系统的设计与实现中，相关人员还应准确评估系统功能需求，灵活选用数据算法、通信技术，提高系统控制精度。

参考文献：

[1]朱向庆，邓浩欣，李嘉宝，等.基于STM32和Android的智能家居系统设计[J].电子设计工程，2018（18）：185-189.

[2]周赛青，宋文璐，杨聪.基于STM32单片机智能家居音控系统硬件设计[J].科学技术创新，2019（06）：78-79.

[3]何世添，谢海昌.基于STM32和uCOS-Ⅲ的智能家居控制系统设计[J].轻工科技，2018（08）：100-102.

[4]彭银桥，吴吉.基于ZigBee技术的智能家居控制系统[J].电子技术与软件工程，2018（08）：66-67.