[15]，充分利用了RT-ThreadStudio集成開(kāi)發(fā)環(huán)境的優(yōu)勢(shì)。該系統(tǒng)選用了技術(shù)成熟、性能穩(wěn)定的硬件器材，確保了系統(tǒng)的正常運(yùn)行和安全使用。在設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程中，特別注重產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，力求為用戶提供一個(gè)穩(wěn)定、可靠的解決方案。（2）系統(tǒng)特點(diǎn)：1、穩(wěn)定性強(qiáng)：采用技術(shù)成熟的硬件器材，確保系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。2、界面友好：簡(jiǎn)潔直觀的操作界面，方便用戶快速上手。3、功能全面：提供多種實(shí)用功能，滿足用戶的不同需求。4、易于學(xué)習(xí)：無(wú)需復(fù)雜操作，易于輕松學(xué)習(xí)和掌握使用方法?？傊?，本系統(tǒng)是一款基于C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)、使用RT-ThreadStudio集成開(kāi)發(fā)環(huán)境、選用成熟器材的嵌入式系統(tǒng)，旨在為用戶提供優(yōu)質(zhì)的使用體驗(yàn)。1.5本章小結(jié)本章概述了智能家居選題背景、課題意義、國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況及指導(dǎo)思想。隨著科技與生活品質(zhì)的提升，智能家居成為現(xiàn)代家居生活的必然趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)外智能家居行業(yè)發(fā)展迅速，但也面臨諸多挑戰(zhàn)。本設(shè)計(jì)基于C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，利用RT-ThreadStudio集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，選用成熟硬件器材，致力于為用戶提供穩(wěn)定、可靠且功能全面的智能家居解決方案。通過(guò)本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，將進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)智能家居的智能化水平，為人們的生活帶來(lái)更多便利和舒適。

2開(kāi)發(fā)工具與方案分析2.1開(kāi)發(fā)硬件分析2.1.1開(kāi)發(fā)硬件STM32單片機(jī)，特別針對(duì)高性能、低成本和低功耗的嵌入式應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，本論文采用STM32F103“增強(qiáng)型”系列單片機(jī)作為核心控制單元。如圖2-1所示，本論文所選的STM32F103C8T6微控制器，是基于ARMCortex-M內(nèi)核的32位型號(hào)。擁有64KB的程序存儲(chǔ)器容量，供電電壓需求在2V至3.6V之間，工作溫度在-40°C至85°C。圖2-1STM32F103C8T6實(shí)物圖2.1.2硬件的技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)：（1）內(nèi)存與存儲(chǔ)：STM32F1系列單片機(jī)提供從32K到128K的內(nèi)置閃存，滿足不同的存儲(chǔ)需求。同時(shí)，SRAM的最大容量和外設(shè)接口的差異也為開(kāi)發(fā)者提供了更多的選擇。（2）低功耗：STM32系列單片機(jī)以低功耗為特點(diǎn)，尤其在STM32F1系列中表現(xiàn)尤為突出。其36mA的功耗使其成為市場(chǎng)上同類(lèi)產(chǎn)品中功耗最低的單片機(jī)之一。（3）軟件開(kāi)發(fā)支持：STM32系列單片機(jī)與多種軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境兼容，為開(kāi)發(fā)者提供了便捷的開(kāi)發(fā)和調(diào)試體驗(yàn)。（4）處理器核心：STM32F103C8T6內(nèi)置高性能、低功耗的32位ARMCortex-M3RISC處理器。適用于嵌入式系統(tǒng)。（5）時(shí)鐘速度：它可以工作在不同的時(shí)鐘速度，最高主頻可達(dá)72MHz。（6）存儲(chǔ)器：包括64KB的Flash程序存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)程序代碼，以及20KB的SRAM用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和變量。（7）電源管理：STM32F103C8T6集成了多種電源管理功能，可以有效地管理功耗，延長(zhǎng)電池壽命。（8）封裝：它通常以LQFP（LowProfileQuadFlatPackage）封裝形式提供。（9）外設(shè)：該芯片提供了豐富的外設(shè)接口，包括GPIO（通用輸入/輸出）、USART（串口通信）、SPI（串行外設(shè)接口）、I2C（I2C總線）、定時(shí)器、PWM控制器、ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）等，如圖2-2所示。圖2-2STM32F103C8T6功能電路圖2.2方案分析經(jīng)過(guò)對(duì)市場(chǎng)上智能家居產(chǎn)品的深入研究和對(duì)用戶需求的細(xì)致分析，本設(shè)計(jì)旨在為用戶提供一個(gè)全面、智能且舒適的室內(nèi)環(huán)境管理方案。具體設(shè)計(jì)內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：智能化的濕度自動(dòng)調(diào)節(jié)：通過(guò)先進(jìn)的濕度傳感器，能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)室內(nèi)的濕度水平，并自動(dòng)觸發(fā)加濕器工作，從而確保室內(nèi)濕度始終維持在人體感覺(jué)最為舒適的范圍內(nèi)。溫度檢測(cè)與直觀顯示：利用溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫度，并通過(guò)高清的OLED屏幕將溫濕度數(shù)據(jù)清晰呈現(xiàn)給用戶。室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)：配備專(zhuān)業(yè)的空氣質(zhì)量傳感器，能夠準(zhǔn)確檢測(cè)室內(nèi)空氣中的污染物含量，如煙霧、氨氣、氮氧化合物等。當(dāng)空氣質(zhì)量低于預(yù)設(shè)的安全標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)空氣凈化或通風(fēng)換氣功能，確保室內(nèi)空氣清新。智能通風(fēng)換氣系統(tǒng)：根據(jù)空氣質(zhì)量傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，智能通風(fēng)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)判斷是否需要進(jìn)行通風(fēng)換氣。當(dāng)室內(nèi)空氣質(zhì)量不佳時(shí)，系統(tǒng)將啟動(dòng)自動(dòng)通風(fēng)，確保室內(nèi)空氣流通。智能語(yǔ)音助手集成：結(jié)合先進(jìn)的語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，用戶可以通過(guò)簡(jiǎn)單的語(yǔ)音指令來(lái)控制智能家居設(shè)備，如打開(kāi)加濕器、啟動(dòng)通風(fēng)系統(tǒng)等。綜上所述，本設(shè)計(jì)力求通過(guò)智能化的環(huán)境調(diào)控手段與人性化的交互模式，為用戶締造一個(gè)既舒適又健康的智能化室內(nèi)生活空間。2.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖2.3.1智能語(yǔ)音模塊流程1、使用USB數(shù)據(jù)線給測(cè)試底板供電，外接喇叭、麥克風(fēng)，通電后模塊初始化。如圖2-3所示。2、輸入語(yǔ)言指令，使用命令詞“打開(kāi)自動(dòng)通風(fēng)”，底板LED2點(diǎn)亮，新風(fēng)系統(tǒng)模塊工作，使用命令詞“關(guān)閉自動(dòng)通風(fēng)”，LED2燈熄滅，新風(fēng)系統(tǒng)模塊結(jié)束工作。3、輸入語(yǔ)言指令，使用命令詞“打開(kāi)自動(dòng)加濕”，底板LED3點(diǎn)亮，加濕器模塊工作，使用命令詞“關(guān)閉自動(dòng)加濕”，LED3燈熄滅，加濕器模塊結(jié)束工作。圖2-3智能語(yǔ)音模塊流程圖2.3.2新風(fēng)系統(tǒng)模塊流程1、模塊通電后進(jìn)行初始化，本流程還用到LED模塊、空氣質(zhì)量傳感器模塊。如圖2-4所示。2、空氣質(zhì)量傳感器模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)室內(nèi)空氣質(zhì)量，并將當(dāng)前室內(nèi)空氣質(zhì)量數(shù)值在OLED顯示屏上顯示，當(dāng)空氣質(zhì)量正常時(shí)，新風(fēng)系統(tǒng)模塊處于待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)空氣質(zhì)量傳感器模塊檢測(cè)到室內(nèi)空氣質(zhì)量異常時(shí)，會(huì)立即將啟動(dòng)信號(hào)發(fā)送給新風(fēng)系統(tǒng)模塊，新風(fēng)系統(tǒng)接收到啟動(dòng)命令，開(kāi)始啟動(dòng)新風(fēng)系統(tǒng)模塊，直至室內(nèi)空氣質(zhì)量恢復(fù)正常。圖2-4空氣質(zhì)量檢測(cè)模塊流程圖2.3.3溫濕度檢測(cè)模塊流程1、模塊通電后進(jìn)行初始化。本流程還用到LED模塊、溫濕度檢測(cè)傳感器模塊。如圖2-5所示。2、溫濕度模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)室內(nèi)溫濕度變化，并將當(dāng)前室內(nèi)溫濕度數(shù)值在OLED顯示屏上顯示，當(dāng)室內(nèi)溫濕度正常適宜時(shí)，系統(tǒng)加濕器模塊處于待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)溫濕度模塊檢測(cè)到室內(nèi)溫度異?；驖穸鹊陀?0時(shí)，會(huì)立即將啟動(dòng)信號(hào)發(fā)送給系統(tǒng)加濕器模塊，系統(tǒng)加濕器模塊接收到啟動(dòng)命令，開(kāi)始啟動(dòng)加濕器模塊，直至室內(nèi)溫濕度恢復(fù)正常。圖2-5溫濕度檢測(cè)模塊流程圖2.4本章小結(jié)本章對(duì)STM32F103C8T6單片機(jī)進(jìn)行了全面的介紹，詳細(xì)闡述了其技術(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)，包括高性能、低功耗、豐富的外設(shè)接口等。同時(shí)，結(jié)合智能家居設(shè)計(jì)的需求，提出了基于該單片機(jī)的室內(nèi)環(huán)境管理方案，包括濕度自動(dòng)調(diào)節(jié)、溫度檢測(cè)與顯示空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)、智能通風(fēng)換氣以及智能語(yǔ)音助手集成等功能。通過(guò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖，展示了各模塊的工作流程和交互方式。綜上所述，本章為后續(xù)的智能家居設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)提供了理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持，為打造一個(gè)舒適、健康且智能的室內(nèi)生活環(huán)境奠定了基礎(chǔ)。

3詳細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.1界面設(shè)計(jì)3.1.1溫濕度顯示界面如圖3-1所示，本論文設(shè)計(jì)采用了AHT10溫濕度傳感器和一塊0.96英寸的OLED顯示屏，溫濕度傳感器將檢測(cè)到的相關(guān)數(shù)據(jù)經(jīng)由控制器處理，發(fā)送到OLED模塊，進(jìn)行顯示處理，實(shí)現(xiàn)居住環(huán)境溫度、濕度、空氣質(zhì)量的可視化。圖3-1溫濕度顯示界面3.2系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)本智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為空氣質(zhì)量傳感器模塊、溫濕度模塊、語(yǔ)音模塊、OLED顯示屏模塊、新風(fēng)系統(tǒng)模塊、加濕器模塊和STM32主控板模塊等7部分組成。其連接原理圖如圖3-2所示，各個(gè)模塊通過(guò)對(duì)應(yīng)引腳的線路連接進(jìn)行關(guān)聯(lián)。圖3-2系統(tǒng)模塊連接圖3.2.1空氣質(zhì)量傳感器模塊—MQ135（1）模塊特性敏感氣體煙霧、氨氣、氮氧化合物、醇類(lèi)、芳族化合物、硫化物升壓芯片PT1301工作電壓2.5V-5.0V產(chǎn)品尺寸40.0mm*21.0mm固定孔尺寸2.0mm（2）模塊原理MQ135氣體傳感器采用低電導(dǎo)率二氧化錫作為氣敏材料。在污染氣體環(huán)境中，其電導(dǎo)率隨氣體濃度增加而增大。該傳感器對(duì)氨氣、硫化物、苯系蒸汽等敏感，同時(shí)能監(jiān)測(cè)煙霧和其他有害氣體，適用于多種低成本應(yīng)用。（3）主要用途：室內(nèi)室外空氣質(zhì)量檢測(cè)。（4）模塊連接，下面，以接入我們的主控板為例。模塊與主控板連接如圖3-3，3-4所示。圖3-3空氣質(zhì)量傳感器模塊圖3-4主控板圖（5）MQ135模塊以5V驅(qū)動(dòng)，DO數(shù)字信號(hào)輸出，AO模擬信號(hào)輸出。DO輸出:就視為一個(gè)開(kāi)關(guān)控制源，當(dāng)氣體濃度達(dá)到預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，它會(huì)發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)變，若要構(gòu)建一個(gè)氣體濃度上限報(bào)警裝置，此時(shí)可以使用DO引腳。AO輸出:進(jìn)行模擬量輸出。如圖3-5所示。圖3-5產(chǎn)品接線圖（6）AOUT引腳負(fù)責(zé)輸出模擬信號(hào)，可直接連接到STM32的ADC輸入端。ADC隨后將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。在無(wú)被測(cè)氣體的正常環(huán)境中，我們?cè)O(shè)定傳感器的輸出電壓為參考電壓，此時(shí)AOUT端的電壓約為1V。當(dāng)傳感器檢測(cè)到被測(cè)氣體時(shí)，每增加0.1V的電壓，表示被測(cè)氣體的濃度上升了20ppm?；谶@一參數(shù)，我們能在單片機(jī)內(nèi)將測(cè)得的模擬電壓值轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的濃度值，如圖3-6所示。圖3-6空氣質(zhì)量檢測(cè)傳感器原理圖根據(jù)以上資料得出，傳感器作為檢測(cè)工具，檢測(cè)到被測(cè)氣體經(jīng)由傳感器內(nèi)部處理后直接輸出模擬電壓信號(hào)，需要對(duì)相應(yīng)接口接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化處理。程序如下：（1）啟動(dòng)ADC轉(zhuǎn)換，捕捉并將空氣質(zhì)量傳感器檢測(cè)到的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。（2）If語(yǔ)句，如果得到傳輸過(guò)來(lái)的信號(hào)，將進(jìn)行步驟3。（3）將檢測(cè)信號(hào)傳輸給air_adc變量，并在下一行進(jìn)行右移八位傳輸給空氣質(zhì)量變量air_value。語(yǔ)句>>8在程序語(yǔ)言中表示二進(jìn)制數(shù)右移八位，此處應(yīng)作為數(shù)據(jù)處理的方法。3.2.2溫濕度模塊-AHT10（1）模塊特性AHT10溫濕度傳感器作為新一代產(chǎn)品，它采用了回流焊兼容的雙列扁平無(wú)引腳SMD封裝，小巧的尺寸（底面4x5mm，高度1.6mm）使其易于集成。傳感器輸出的信號(hào)已經(jīng)過(guò)標(biāo)定，以標(biāo)準(zhǔn)的I2C格式呈現(xiàn)，大大簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)處理過(guò)程。AHT10的核心在于其全新設(shè)計(jì)的ASIC專(zhuān)用芯片、改進(jìn)的MEMS半導(dǎo)體電容式濕度傳感元件以及標(biāo)準(zhǔn)的片上溫度傳感元件，不僅提升了傳感器的性能，還使其可靠性遠(yuǎn)超前代產(chǎn)品。在惡劣環(huán)境下，AHT10性能更加穩(wěn)定。運(yùn)行模式也確保了更低的能耗。（2）模塊優(yōu)勢(shì)?完全標(biāo)定?數(shù)字輸出，I2C接口?優(yōu)異的長(zhǎng)期穩(wěn)定性?采用SMD封裝適于回流焊?響應(yīng)迅速、抗干擾能力強(qiáng)（3）應(yīng)用范圍暖通空調(diào)、除濕器、測(cè)試及檢測(cè)設(shè)備、消費(fèi)品、汽車(chē)、自動(dòng)控制、數(shù)據(jù)記錄器、氣象站、家電、濕度調(diào)節(jié)、醫(yī)療及其他相關(guān)溫濕度檢測(cè)控制。（4）模塊連接測(cè)量氣體濕度時(shí)，受溫度影響較大。為確保測(cè)量準(zhǔn)確，需確保所有測(cè)量同一濕度的傳感器在相同溫度下工作。測(cè)試時(shí)，被測(cè)傳感器與參考傳感器應(yīng)在同一溫度下比較濕度讀數(shù)。AHT10供電范圍為1.8-3.6V，推薦電壓3.3V。SCL用于微處理器與AHT10通訊同步，SDA引腳負(fù)責(zé)傳感器數(shù)據(jù)輸入輸出。模塊與主控板連接如圖3-7，3-8所示。圖3-7溫濕度模塊圖3-8主控板圖程序如下：（1）定義溫度和濕度變量，用于傳遞數(shù)值（2）初始化溫濕度傳感器模塊函數(shù)，為下一步啟動(dòng)做準(zhǔn)備（3）啟動(dòng)溫濕度傳感器模塊函數(shù)（4）If語(yǔ)句，如果讀取到相關(guān)信息，將讀取的數(shù)據(jù)傳輸?shù)讲襟E1中創(chuàng)建的變量中（5）運(yùn)行refresh_value函數(shù)，進(jìn)行溫濕度數(shù)值顯示，下圖框中變量為步驟4處的變量負(fù)責(zé)刷新屏幕數(shù)據(jù)由上圖程序所示，在這里通過(guò)溫濕度模塊和空氣質(zhì)量模塊，讀取出來(lái)的溫度、濕度、空氣質(zhì)量傳到前面的air_value和humi_value變量，在這里進(jìn)行大于小于判斷，室內(nèi)空氣質(zhì)量達(dá)到大于100的時(shí)候開(kāi)啟自動(dòng)通風(fēng),室內(nèi)濕度低于40的時(shí)候開(kāi)啟自動(dòng)加濕，高于40停止自動(dòng)加濕，來(lái)控制自動(dòng)加濕和通風(fēng)。3.2.3語(yǔ)音模塊—HLK-V20（1）模塊特性HLK-V20模塊擁有32位RISC架構(gòu)內(nèi)核，特別集成了DSP指令集，優(yōu)化信號(hào)處理和語(yǔ)音識(shí)別功能。同時(shí)，它支持浮點(diǎn)運(yùn)算的FPU單元以及FFT加速器，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行音頻信號(hào)的訓(xùn)練學(xué)習(xí)，從而提升語(yǔ)音信號(hào)的識(shí)別精確度。HLK-V20支持多達(dá)150條本地指令的離線識(shí)別功能，這款模塊允許用戶自由定制喚醒詞、命令詞和應(yīng)答播報(bào)詞，具有多樣化的外圍接口。（2）語(yǔ)音指令控制1、使用USB數(shù)據(jù)線給測(cè)試底板供電，外接喇叭、麥克風(fēng)。2、模塊喚醒后，使用命令詞“開(kāi)燈”，底板LED1燈點(diǎn)亮，“關(guān)燈”，LED1燈熄滅。3、使用命令詞“打開(kāi)通風(fēng)”，通風(fēng)模塊進(jìn)行工作，“關(guān)閉通風(fēng)”，通風(fēng)模塊結(jié)束工作。4、使用命令詞“打開(kāi)加濕”，加濕模塊進(jìn)行工作，“關(guān)閉加濕”加濕模塊結(jié)束工作5、使用命令詞“打開(kāi)自動(dòng)通風(fēng)”，底板LED2點(diǎn)亮，新風(fēng)系統(tǒng)模塊工作，“關(guān)閉自動(dòng)通風(fēng)”，LED2燈熄滅，新風(fēng)系統(tǒng)模塊結(jié)束工作。6、使用命令詞“打開(kāi)自動(dòng)加濕”，底板LED3點(diǎn)亮，加濕器模塊工作，“關(guān)閉自動(dòng)加濕”，LED3燈熄滅，加濕器模塊結(jié)束工作。（3）模塊連接模塊能夠與MCU的串口對(duì)接，一旦語(yǔ)音模塊識(shí)別到語(yǔ)音指令，它會(huì)立即通過(guò)串口輸出相應(yīng)的協(xié)議數(shù)據(jù)。MCU端的串口接收到這些數(shù)據(jù)后，會(huì)進(jìn)一步處理這些語(yǔ)音指令數(shù)據(jù)。模塊與主控板連接如圖3-9，3-10所示。圖3-9語(yǔ)音模塊圖3-10主控板圖程序如下：1、第一行：串口DMA模式接受，第二行：串口使能，相當(dāng)于開(kāi)啟條件打開(kāi)的意思。2、紅框二中涉及應(yīng)該是語(yǔ)音信息，設(shè)計(jì)者將指令"water:1"、"water:3"、"light:1"、"fun:1"、"fun:9"等與人聲語(yǔ)音進(jìn)行匹配，從而人聲說(shuō)出的話可以觸發(fā)相應(yīng)指令。3.2.4OLED顯示屏模塊-HS96L03本設(shè)計(jì)采用了一塊0.96英寸的OLED顯示屏，用于顯示相關(guān)的提示信息和數(shù)據(jù)的輸出。模塊參數(shù)：（1）無(wú)需背光，顯示單元能自發(fā)光（2）分辨率：128*64（3）寬電壓：支持3V-5V直流（4）工作溫度：-40℃—+70℃（5）IO口占用少，采用SPI或IIC通信模塊與主控板連接如圖3-11，3-12所示。圖3-11空氣質(zhì)量傳感器模塊圖3-12主控板圖程序如下：屏幕顯示3.2.5新風(fēng)系統(tǒng)模塊—L9110為方便演示和驗(yàn)證，使用L9110模塊（包括：五葉螺旋槳+小型直流電機(jī)+L9110兩路電機(jī)驅(qū)動(dòng)板）作為新風(fēng)系統(tǒng)模塊。模塊與主控板連接如圖3-13，3-14所示。圖3-13新風(fēng)系統(tǒng)模塊圖3-14主控板圖程序如下：3.2.6加濕器模塊—超聲波霧化加濕控制器為方便演示和驗(yàn)證，使用超聲波霧化加濕控制器模塊（包括：mos驅(qū)動(dòng)板+霧化驅(qū)動(dòng)板+霧化片+霧化支架）作為加濕器系統(tǒng)模塊。（1）模塊原理微孔霧化片結(jié)合了金屬微孔片與壓電陶瓷片，通過(guò)電能信號(hào)驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷片振動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)金屬微孔片振動(dòng)。這種振動(dòng)將液體細(xì)化成水霧，實(shí)現(xiàn)霧化效果。霧化效果的好壞直接受金屬微孔片性能影響，其中微孔的大小決定了水霧顆粒的精細(xì)度，而金屬材質(zhì)和微孔結(jié)構(gòu)則決定了水霧的噴射高度。壓電陶瓷片受到電能信號(hào)激勵(lì)后，會(huì)產(chǎn)生高頻振動(dòng)，使水被拋射并自然霧化，無(wú)需額外加熱或添加化學(xué)劑。這種水霧富含負(fù)離子，能提升空氣濕度并凈化空氣，為你帶來(lái)如自然般清新濕潤(rùn)的呼吸體驗(yàn)。（2）微孔霧化片特點(diǎn)：1、噴霧顆粒極為細(xì)膩，霧化效果卓越，不僅霧量充足，而且能夠達(dá)到較高的霧化高度，霧化的過(guò)程不會(huì)使桌面濕潤(rùn)。2、驅(qū)動(dòng)電壓較低，功率消耗小，阻抗值低，確保了波形的穩(wěn)定性，有高效的能量轉(zhuǎn)換率。3、介電損耗低、發(fā)熱量小、耐腐蝕、耐酸堿、使用壽命長(zhǎng)。4、圓環(huán)形設(shè)計(jì)，中心噴霧，具備5um超細(xì)孔徑和740個(gè)密集噴霧孔，實(shí)現(xiàn)高效霧化。微孔超聲波霧化驅(qū)動(dòng)板：驅(qū)動(dòng)板工作電壓DC5V，電流300mA，功率2W，頻率108KHz，采用定頻霧化片專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片。供電、低壓起振、低功耗、效果好。模塊與主控板連接如圖3-15，3-16所示。圖3-15加濕器模塊圖3-16主控板圖程序如下：3.3本章小結(jié)本章對(duì)第二章中的方案分析進(jìn)行了選型處理，使用MQ-135空氣質(zhì)量傳感器模塊、AHT10溫濕度模塊、HLK-V20語(yǔ)音模塊、HS96L03顯示屏模塊以及L9110新風(fēng)系統(tǒng)模塊等，并且對(duì)各個(gè)模塊的參數(shù)特性、工作原理以及電路接線進(jìn)行了描述。同時(shí)，按照第二章各模塊流程圖的設(shè)計(jì)，進(jìn)行相應(yīng)的代碼設(shè)計(jì)。既實(shí)現(xiàn)了在檢測(cè)到空氣質(zhì)量大于100的條件下，開(kāi)啟自動(dòng)通風(fēng)功能；在檢測(cè)到濕度小于40的條件下，開(kāi)啟自動(dòng)加濕功能。也滿足了通過(guò)語(yǔ)音輸入對(duì)加濕器模塊、新風(fēng)系統(tǒng)模塊的單機(jī)控制，在不受檢測(cè)限制的條件下進(jìn)行開(kāi)啟和關(guān)閉。

4系統(tǒng)調(diào)試4.1硬件調(diào)試4.1.1空氣質(zhì)量傳感器模塊（1）調(diào)試接線MQ135氣體傳感器如圖4-1所示，模塊通常含四個(gè)引腳：Vcc（+5V供電）、地（0V）、數(shù)字輸出（經(jīng)差分比較器處理）和模擬輸出（直接取自MQ-6引腳）。通過(guò)這些引腳，傳感器可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的氣體檢測(cè)。（2）調(diào)試步驟①將預(yù)先準(zhǔn)備好的程序?qū)氲竭m配的開(kāi)發(fā)板中。②將串口線和傳感器模塊與開(kāi)發(fā)板進(jìn)行連接，并為開(kāi)發(fā)板提供電源。③需確保傳感器預(yù)熱一分鐘，以確保其處于最佳工作狀態(tài)。④將預(yù)熱好的傳感器置于含有目標(biāo)敏感氣體的裝置中，此時(shí)應(yīng)觀察到模塊上的信號(hào)指示燈亮起。⑤將傳感器從敏感氣體裝置中移出，應(yīng)觀察到模塊上的信號(hào)指示燈隨之熄滅。（3）調(diào)試注意事項(xiàng)在實(shí)際調(diào)試過(guò)程中，外部繼電器驅(qū)動(dòng)程序可能對(duì)模塊的輸出沒(méi)有響應(yīng)，由于配置問(wèn)題導(dǎo)致的，配置一個(gè)帶有比較器輸出引腳的上拉電阻，重新測(cè)試。此外，繼電器響應(yīng)的正確性，確保其在通電時(shí)保持正確的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，并在傳感器檢測(cè)到氣體時(shí)能夠正確動(dòng)作。圖4-1空氣質(zhì)量傳感器模塊4.1.2溫濕度模塊（1）調(diào)試接線AHT10溫濕度模塊如圖4-2所示。在調(diào)試過(guò)程中，AHT10模塊的接口配置。AHT10模塊會(huì)提供串行時(shí)鐘線（SCL）、串行數(shù)據(jù)線（SDA）等接口，用于與微控制器進(jìn)行通信。接口的配置需要正確無(wú)誤，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸。AHT10模塊通常采用I2C通信協(xié)議，包括時(shí)序、指令以及狀態(tài)位等。通過(guò)正確配置微控制器的I2C接口，并發(fā)送正確的指令，就可以從AHT10模塊讀取溫濕度數(shù)據(jù)。圖4-2溫濕度模塊4.1.3語(yǔ)音模塊（1）調(diào)試接線HLK-V20語(yǔ)音模塊如圖4-3所示。檢查模塊的電源輸入接口是否連接正確，供電電壓是否符合模塊的要求。HLK-V20語(yǔ)音模塊具有串口、I/O口、MIC輸入、音頻輸出等接口，這些接口正確連接到主控制器或相應(yīng)的外設(shè)上。HLK-V20語(yǔ)音模塊具備語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音合成、語(yǔ)音播放等功能。調(diào)試過(guò)程中，可以通過(guò)發(fā)送語(yǔ)音指令并觀察模塊的響應(yīng)來(lái)驗(yàn)證語(yǔ)音識(shí)別功能。圖4-3語(yǔ)音模塊4.1.4顯示屏模塊OLED屏幕上顯示溫濕度以及空氣質(zhì)量。確保模塊的電源供應(yīng)穩(wěn)定，正確連接到HS96L03模塊。驗(yàn)證主控制器與HS96L03模塊之間的通信協(xié)議是否匹配，并且通信是否正常。在不同溫度和濕度條件下測(cè)試模塊的性能穩(wěn)定性，如圖4-4所示。圖4-4顯示屏模塊4.1.5新風(fēng)系統(tǒng)模塊（1）模塊調(diào)試驗(yàn)證L9110模塊與主控制器之間的通信協(xié)議是否匹配，測(cè)試它們之間的通信是否正常。可以通過(guò)發(fā)送測(cè)試指令并觀察模塊的響應(yīng)來(lái)驗(yàn)證通信的可靠性。逐一測(cè)試L9110模塊的各項(xiàng)功能，如風(fēng)速控制、空氣質(zhì)量檢測(cè)，確保每個(gè)功能都能正常工作。L9110模塊集成了空氣質(zhì)量傳感器，如空氣質(zhì)量傳感器或溫濕度傳感器，需要進(jìn)行校準(zhǔn)以確保其測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。檢查與L9110模塊相連的執(zhí)行器是否能夠正常響應(yīng)模塊的指令。通過(guò)發(fā)送控制指令，觀察執(zhí)行器的動(dòng)作是否準(zhǔn)確、迅速，如圖4-5所示。圖4-5新風(fēng)系統(tǒng)模塊4.1.6加濕器模塊（1）模塊調(diào)試確保海綿棒正確安裝在加濕器模塊中，與水源和霧化器之間的連接緊密，沒(méi)有漏水現(xiàn)象。在加濕器模塊通電后，觀察海綿棒對(duì)水分的釋放速度和均勻度。海綿棒應(yīng)能夠?qū)⑺志鶆蜥尫诺届F化器中，產(chǎn)生細(xì)膩的霧氣，如圖4-6所示。圖4-6加濕器模塊4.2軟件調(diào)試RT-ThreadStudio軟件調(diào)試的分析調(diào)試環(huán)境搭建：需要安裝RT-ThreadStudio集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，以便進(jìn)行后續(xù)的軟件開(kāi)發(fā)和調(diào)試工作。配置調(diào)試器：連接調(diào)試器到嵌入式系統(tǒng)，并在RT-ThreadStudio中配置相應(yīng)的調(diào)試參數(shù)。調(diào)試過(guò)程：代碼編譯：在RT-ThreadStudio中編寫(xiě)和編譯嵌入式系統(tǒng)的代碼。調(diào)試啟動(dòng)：通過(guò)調(diào)試器啟動(dòng)嵌入式系統(tǒng)的調(diào)試會(huì)話。斷點(diǎn)設(shè)置：在代碼中設(shè)置斷點(diǎn)，以便在特定位置暫停程序的執(zhí)行。變量查看與修改：在調(diào)試過(guò)程中，查看和修改程序中的變量值，以便分析程序的行為。單步執(zhí)行：逐步執(zhí)行程序，觀察程序的執(zhí)行流程。調(diào)試技巧：日志輸出：利用RT-Thread的日志系統(tǒng)，輸出調(diào)試信息，幫助定位問(wèn)題。內(nèi)存檢查：使用內(nèi)存檢查工具，檢測(cè)內(nèi)存泄漏和越界訪問(wèn)等問(wèn)題。性能分析：利用性能分析工具，分析程序的執(zhí)行效率，找出性能瓶頸。綜上所述，基于嵌入式系統(tǒng)的智能家居設(shè)計(jì)需要綜合考慮硬件選擇、軟件架構(gòu)、功能實(shí)現(xiàn)和性能優(yōu)化等方面。而RT-ThreadStudio作為一款功能成熟的嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境，為調(diào)試過(guò)程提供了豐富的功能和技巧，有助于快速定位和解決問(wèn)題。4.3整體調(diào)試基于嵌入式系統(tǒng)的智能家居設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)涉及硬件選型、軟件開(kāi)發(fā)、系統(tǒng)集成及整體調(diào)試等多個(gè)環(huán)節(jié)。在整體調(diào)試階段，需確保各模塊間通信穩(wěn)定、數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確，同時(shí)驗(yàn)證系統(tǒng)響應(yīng)速度及穩(wěn)定性。通過(guò)模擬實(shí)際使用場(chǎng)景，不斷調(diào)整參數(shù)，以提升用戶體驗(yàn)。此外，還需關(guān)注系統(tǒng)安全性，確保數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)的保密性。整體調(diào)試分析是確保智能家居系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵步驟，通過(guò)科學(xué)的方法與手段，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高效、安全、可靠運(yùn)行。4.4本章小結(jié)智能家居系統(tǒng)整體調(diào)試是確保其功能完善、性能穩(wěn)定的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。通過(guò)模擬實(shí)際場(chǎng)景，對(duì)空氣質(zhì)量傳感器、溫濕度模塊、語(yǔ)音模塊、顯示屏、新風(fēng)系統(tǒng)以及加濕器模塊進(jìn)行細(xì)致的功能與性能驗(yàn)證，確保各模塊間的通信穩(wěn)定、數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確。同時(shí)，對(duì)軟件進(jìn)行優(yōu)化，提升系統(tǒng)響應(yīng)速度與穩(wěn)定性。此外，注重系統(tǒng)安全性，為智能家居系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障，為用戶的居家生活帶來(lái)了便利與舒適。

5結(jié)論該智能家居系統(tǒng)使用了STM32F103C8T6單片機(jī)，STM32嵌入式系統(tǒng)具有高性能、低功耗和易于編程等特點(diǎn)，非常適合用于智能家居領(lǐng)域?？梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)家居設(shè)備的智能控制和管理，提高家居生活的舒適性和便利性?；赟TM32的智能家居系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多種功能和應(yīng)用場(chǎng)景,通過(guò)STM32嵌入式系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、語(yǔ)音控制、場(chǎng)景設(shè)置等功能，方便用戶隨時(shí)隨地控制家居設(shè)備。在智能家居系統(tǒng)中，STM32嵌入式系統(tǒng)與其他傳感器、執(zhí)行器等設(shè)備的集成非常重要。通過(guò)合理的硬件設(shè)計(jì)和軟件編程，可以實(shí)現(xiàn)各種傳感器和執(zhí)行器與STM32嵌入式系統(tǒng)的無(wú)縫連接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)家居環(huán)境的智能感知和控制。在設(shè)計(jì)智能家居系統(tǒng)時(shí)，需要充分考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，減少故障和誤操作的發(fā)生。同時(shí)，還需要加強(qiáng)數(shù)據(jù)保護(hù)和隱私保護(hù)，確保用戶數(shù)據(jù)的安全和隱私。智能家居系統(tǒng)還可以與社區(qū)管理、健康醫(yī)療等領(lǐng)域進(jìn)行深度融合，為用戶提供更加全面、便捷的服務(wù)。

參考文獻(xiàn)王素麗.基于嵌入式系統(tǒng)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].信息與電腦(理論版),2023