河北理工大學信息學院 摘要 ix2功能與設(shè)計方案2.1系統(tǒng)功能要求基于對智能家居系統(tǒng)的實際應用需求分析，本系統(tǒng)應具備以下功能：環(huán)境參數(shù)監(jiān)測功能：實時監(jiān)測并顯示室內(nèi)溫度、濕度、光照強度、PM2.5濃度及當前時間，為環(huán)境控制提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。自動控制功能：根據(jù)預設(shè)閾值自動控制相關(guān)設(shè)備，當檢測參數(shù)超出設(shè)定范圍時自動啟動相應設(shè)備：光照不足時開啟補光燈；濕度低時啟動加濕器；溫度過高時開啟降溫風扇；PM2.5濃度超標時啟動通風系統(tǒng)。手動控制功能：通過按鍵模塊實現(xiàn)對燈光開關(guān)與亮度、加濕器開關(guān)、門窗開關(guān)、通風系統(tǒng)的手動控制。語音交互功能：支持語音指令控制系統(tǒng)各項功能，包括燈光控制、加濕器控制、門窗控制等；能夠響應環(huán)境參數(shù)查詢指令，如詢問時間、溫度、濕度等；具備語音反饋功能，對執(zhí)行的操作進行語音確認。遠程控制功能：通過無線通信模塊連接互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)移動應用程序?qū)ο到y(tǒng)的遠程監(jiān)控和控制，使用戶能夠隨時隨地掌握家居環(huán)境狀況并進行調(diào)整。參數(shù)設(shè)置功能：允許用戶設(shè)置各環(huán)境參數(shù)的閾值，根據(jù)個人需求自定義控制策略。系統(tǒng)狀態(tài)顯示功能：通過OLED顯示屏實時顯示各環(huán)境參數(shù)及設(shè)備工作狀態(tài)，提供直觀的用戶界面。2.2系統(tǒng)設(shè)計方案根據(jù)系統(tǒng)功能要求，本設(shè)計將系統(tǒng)分為核心控制模塊、傳感器模塊、執(zhí)行模塊、顯示模塊、交互模塊和通信模塊六個部分。核心控制模塊采用STM32F103單片機作為系統(tǒng)控制中心，負責數(shù)據(jù)采集、處理、存儲及控制策略的執(zhí)行。該單片機具有豐富的外設(shè)資源和較高的處理性能，能夠滿足多任務并行處理的需求。傳感器模塊包括DHT11溫濕度傳感器、5516光敏電阻、GP2Y1014AUPM2.5傳感器和DS1302時鐘模塊，用于采集環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)。執(zhí)行模塊包括繼電器控制的加濕器、降溫風扇、通風風扇，以及SG90舵機控制的門窗和補光燈，負責對環(huán)境進行調(diào)節(jié)控制。顯示模塊采用OLED顯示屏，實時顯示環(huán)境參數(shù)和系統(tǒng)工作狀態(tài)，提供直觀的信息反饋。交互模塊包括SU-03T語音識別模塊和8個獨立按鍵，實現(xiàn)語音和按鍵雙重交互方式，提高系統(tǒng)操作便捷性。通信模塊采用ESP8266無線模塊，實現(xiàn)系統(tǒng)與移動應用程序的無線連接，支持遠程數(shù)據(jù)傳輸和控制。圖2.1系統(tǒng)硬件模塊工作框圖2.3系統(tǒng)設(shè)計原則與方法本系統(tǒng)設(shè)計圍繞模塊化、實時響應、可靠性、用戶友好和低功耗五大核心原則展開，采用將復雜系統(tǒng)分解為管理簡單模塊的策略，既提高了開發(fā)效率，又便于后期維護與升級。在模塊化設(shè)計中，我們將系統(tǒng)功能劃分為核心控制、傳感器采集、執(zhí)行控制、人機交互和無線通信五個相對獨立的功能塊，模塊間通過標準化接口進行數(shù)據(jù)交換和協(xié)同工作；實時響應方面，系統(tǒng)通過優(yōu)化中斷處理機制和任務調(diào)度策略，確保對環(huán)境變化和用戶指令的響應時間控制在300ms以內(nèi)，特別是語音識別和安全相關(guān)功能；可靠性設(shè)計方面，引入了軟硬件冗余設(shè)計和異常處理機制，針對電源波動、傳感器失效等可能的故障狀況提供容錯能力，確保系統(tǒng)在各種環(huán)境條件下穩(wěn)定運行；用戶友好性體現(xiàn)在多樣化的交互方式設(shè)計上，同時支持語音控制、按鍵操作和遠程APP控制，適應不同用戶群體的使用習慣和能力水平；低功耗設(shè)計則通過器件選型優(yōu)化、休眠模式管理和任務執(zhí)行策略優(yōu)化，在滿足功能需求的前提下降低系統(tǒng)整體功耗，延長電池供電設(shè)備的使用壽命。2.3.1設(shè)計思路與流程本系統(tǒng)采用自頂向下的設(shè)計思路和迭代開發(fā)流程，從需求分析到實現(xiàn)驗證形成一套完整的工程實踐過程。在需求分析階段，通過用戶調(diào)研和場景分析，明確了系統(tǒng)的七大功能需求，建立了詳細的需求規(guī)格說明；進入概要設(shè)計階段，確定了基于STM32F103的系統(tǒng)架構(gòu)、六大模塊劃分和模塊間接口定義，繪制了系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖和模塊交互圖；詳細設(shè)計階段進一步細化了各功能模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，設(shè)計了溫濕度檢測、語音交互、無線通信等核心算法；在編碼實現(xiàn)階段，基于Keil5開發(fā)環(huán)境，使用C語言編寫了底層驅(qū)動程序和應用層功能模塊；測試驗證階段針對各單元模塊和整體系統(tǒng)進行了功能測試、性能測試和穩(wěn)定性測試，驗證系統(tǒng)是否滿足設(shè)計要求；最后在優(yōu)化迭代階段，根據(jù)測試結(jié)果對系統(tǒng)進行優(yōu)化，提高了傳感器數(shù)據(jù)穩(wěn)定性、語音識別率和無線通信可靠性，并根據(jù)用戶反饋增加了部分便捷功能。整個開發(fā)過程遵循工程化管理方式，確保了系統(tǒng)質(zhì)量和開發(fā)效率。2.3.2系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸與處理本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸與處理構(gòu)建了一個從環(huán)境感知到控制執(zhí)行的閉環(huán)控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了物理環(huán)境與控制系統(tǒng)的有效連接。環(huán)境數(shù)據(jù)采集流從各傳感器始發(fā)，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)字濾波處理后存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)區(qū)，并分流至顯示模塊、控制決策模塊和無線通信模塊；控制指令流則可以源自三個不同途徑：本地按鍵操作、語音識別命令和遠程APP控制指令，這三類指令經(jīng)過解析處理，轉(zhuǎn)換為標準化的系統(tǒng)控制命令，驅(qū)動相應執(zhí)行器動作；狀態(tài)反饋流通過OLED顯示、語音合成播報和無線上傳三種方式，將系統(tǒng)執(zhí)行結(jié)果和當前狀態(tài)反饋給用戶，形成完整的信息閉環(huán)；網(wǎng)絡通信流則通過ESP8266模塊，實現(xiàn)系統(tǒng)與移動終端之間的數(shù)據(jù)交換，支持遠程監(jiān)控和控制功能。系統(tǒng)對所有關(guān)鍵數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計了校驗和異常處理機制，確保數(shù)據(jù)傳輸和處理的準確性。這種多層次、多通道的數(shù)據(jù)處理設(shè)計，使系統(tǒng)具備了環(huán)境感知能力、靈活的交互控制方式和穩(wěn)定的通信能力，滿足了智能家居場景下的基本需求。2.3.3用戶場景分析本系統(tǒng)設(shè)計針對四類典型用戶場景進行了深入分析和優(yōu)化，確保系統(tǒng)能夠有效滿足實際應用需求。日常環(huán)境調(diào)節(jié)場景中，系統(tǒng)通過多種傳感器實時監(jiān)測室內(nèi)溫濕度、光照和空氣質(zhì)量，采用設(shè)定閾值與滯回區(qū)間相結(jié)合的控制策略，自動調(diào)節(jié)加濕器、降溫風扇、補光燈和通風設(shè)備的工作狀態(tài)，避免設(shè)備頻繁啟停，在保障舒適環(huán)境的同時延長設(shè)備使用壽命；遠程監(jiān)控場景通過無線通信模塊和移動應用程序，實現(xiàn)用戶隨時隨地查看家中環(huán)境狀況和控制家電設(shè)備的功能，系統(tǒng)不僅提供實時數(shù)據(jù)，還支持歷史數(shù)據(jù)查詢和趨勢圖顯示，幫助用戶掌握環(huán)境變化規(guī)律；特殊人群輔助場景專門針對老年人、兒童和行動不便人士設(shè)計，通過直觀的語音交互界面和智能控制策略，簡化操作流程，提高家居環(huán)境的可訪問性，使這些特殊群體能夠便捷地控制家居環(huán)境和設(shè)備；能源管理場景則結(jié)合傳感器數(shù)據(jù)和使用習慣分析，智能控制家電設(shè)備的工作狀態(tài)，如根據(jù)實時光照強度自動調(diào)節(jié)補光燈亮度，根據(jù)室內(nèi)PM2.5濃度控制通風設(shè)備的開關(guān)和運行時間，實現(xiàn)精細化能源管理，既節(jié)約資源，又降低使用成本，通過對這四類典型場景的全面考慮和優(yōu)化設(shè)計，系統(tǒng)能夠適應多樣化的使用環(huán)境和用戶需求，提供智能、便捷、高效的家居環(huán)境管理解決方案。2.4本章小結(jié)本章確定了系統(tǒng)的七大功能需求：環(huán)境監(jiān)測、自動控制、手動控制、語音交互、遠程控制、參數(shù)設(shè)置和狀態(tài)顯示，并將系統(tǒng)分為六個功能模塊。通過對比分析，選擇STM32F103作為控制器，ESP8266作為通信模塊，OLED作為顯示模塊，構(gòu)建了系統(tǒng)的整體架構(gòu)，為后續(xù)實現(xiàn)提供了設(shè)計基礎(chǔ)。在功能模塊設(shè)計過程中，我們采用了自頂向下的設(shè)計思想和模塊化的實現(xiàn)方法，確保各功能單元間的接口清晰，便于獨立開發(fā)和測試。對關(guān)鍵器件的選型進行了多維度對比，不僅考慮了技術(shù)指標和功能特性，還兼顧了成本效益和市場可獲得性，以及未來擴展的可能性。特別是在控制器選型中，STM32F103相比STC89C52具有處理性能更強、外設(shè)資源更豐富的優(yōu)勢；在通信模塊選型上，ESP8266相比HC-05模塊的Wi-Fi連接能力能夠更好地滿足遠程控制需求；在顯示模塊選型方面，OLED的高對比度和點陣顯示能力優(yōu)于LCD1602，能更好地展示復雜信息。這些選擇為后續(xù)系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和功能實現(xiàn)奠定了堅實基礎(chǔ)。3系統(tǒng)的硬件設(shè)計3系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1硬件選型對比3.1.1主控器的選擇智能家居系統(tǒng)的核心控制單元選擇直接決定了整個系統(tǒng)的性能、擴展性和穩(wěn)定性。合適的主控器能夠高效協(xié)調(diào)各個模塊工作，實現(xiàn)功能需求，同時兼顧成本效益。本節(jié)通過對STC89C52和STM32F103兩種常用單片機的多維度比較，確定最適合本系統(tǒng)的主控方案。方案一：STC89C52STC89C52是8051系列單片機的增強型產(chǎn)品，具有速度快、功耗低、抗干擾能力強等特點。該單片機內(nèi)部集成了8K字節(jié)Flash程序存儲器，512字節(jié)RAM，32個I/O口，3個16位定時器/計數(shù)器，7個中斷源和一個全雙工串行通信口[11]。由于采用了改進的高速CPU內(nèi)核，STC89C52的指令執(zhí)行速度比傳統(tǒng)8051快8-10倍，在時鐘頻率為12MHz時，大多數(shù)指令僅需1個機器周期即可執(zhí)行完成，這使得它在處理簡單任務時具有較好的實時性。然而，STC89C52作為早期單片機產(chǎn)品，存在多方面的局限性。方案二：STM32F103STM32F103是基于ARMCortex-M3內(nèi)核的32位微控制器，具有高性能、低功耗和豐富的外設(shè)資源等優(yōu)勢。該單片機提供多種型號，F(xiàn)lash容量從32KB到512KB不等，RAM從10KB到64KB不等，可根據(jù)實際應用需求靈活選擇。STM32F103工作頻率最高可達72MHz[12]，大約是STC89C52的6倍，指令執(zhí)行效率也顯著提高，DMIPS(DhrystoneMillionInstructionsPerSecond)性能可達90，這為處理復雜計算任務提供了充足的計算能力。STM32F103的外設(shè)資源極其豐富[16]，包括多達3個SPI接口、2個I2C接口、5個USART接口、1個USB接口、多達80個通用I/O口、12位ADC、PWM定時器等，能夠輕松滿足本系統(tǒng)中多種傳感器和執(zhí)行器的連接需求。綜合比較兩種方案，考慮到本系統(tǒng)需要同時處理溫濕度檢測、光照檢測、PM2.5檢測、時鐘顯示、語音識別、無線通信等多種功能，且需要驅(qū)動OLED顯示屏、繼電器、舵機等多種執(zhí)行器，因此需要單片機具備足夠的計算能力、豐富的外設(shè)接口以及較大的存儲空間。STM32F103在這些方面均具有明顯優(yōu)勢，能夠滿足系統(tǒng)復雜功能的實現(xiàn)需求，并為未來系統(tǒng)擴展預留了空間。因此，本設(shè)計最終選擇STM32F103作為系統(tǒng)的核心控制器。表2-1單片機性能對比比較項STC89C52STM32F103優(yōu)勢方案處理器架構(gòu)8051系列ARMCortex-M3STM32F103工作頻率12MHz最高72MHzSTM32F103Flash容量8KB32KB-512KBSTM32F103RAM容量512字節(jié)10KB-64KBSTM32F103I/O接口數(shù)量32個最多80個STM32F103定時器/計數(shù)器3個16位多種高級定時器STM32F103通信接口1個串口最多5個USART、3個SPI、2個I2C、1個USBSTM32F103ADC無內(nèi)置12位ADCSTM32F103PWM有限豐富的PWM輸出STM32F103性能指標(DMIPS)較低90STM32F103擴展性有限優(yōu)秀STM32F1033.1.2通信模塊的選型無線通信模塊是智能家居系統(tǒng)實現(xiàn)遠程控制與數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵組件，其選擇直接影響系統(tǒng)的連接方式、通信距離和互聯(lián)網(wǎng)接入能力。本節(jié)對比分析HC-05藍牙模塊和ESP8266Wi-Fi模塊兩種方案，以確定最適合系統(tǒng)需求的通信方式。方案一：HC-05HC-05是一款基于藍牙2.0協(xié)議的串口透明傳輸模塊，工作在2.4GHzISM頻段，采用CSRBlueCore4芯片，支持藍牙串口通信協(xié)議，提供簡單易用的無線串口通信功能[17]。HC-05模塊采用3.3V單電源供電，工作電流約為40mA，通信距離在開闊環(huán)境下可達10米左右[13]。該模塊支持主從一體模式，可通過AT指令進行參數(shù)配置，如波特率、設(shè)備名稱、配對密碼等，使用靈活方便。方案二：ESP8266ESP8266是一款高度集成的Wi-FiSoC芯片，內(nèi)置TensilicaL10632位微處理器，運行頻率可調(diào)整在80MHz-160MHz之間，同時集成了Wi-FiMAC/BB/RF/PA/LNA等無線通信組件，提供完整的TCP/IP協(xié)議棧支持。ESP8266模塊支持IEEE802.11b/g/n標準，工作在2.4GHz頻段，傳輸速率最高可達72.2Mbps，通信距離在開闊環(huán)境下可達100米以上[14]。ESP8266模塊集成度高，除了Wi-Fi功能外，還包含多個GPIO口、ADC、I2C、SPI、UART等接口，可直接連接傳感器和執(zhí)行器，甚至可以作為系統(tǒng)的主控芯片。模塊支持OTA(Over-The-Air)固件升級功能，便于遠程維護和功能更新。在開發(fā)支持方面，ESP8266擁有完善的開發(fā)工具鏈和豐富的開源社區(qū)資源，包括ArduinoIDE支持、NodeMCU等開發(fā)平臺，降低了開發(fā)難度[19]。綜合比較兩種方案，考慮到本系統(tǒng)需要實現(xiàn)遠程監(jiān)控和控制功能，支持移動應用程序的連接，ESP8266的Wi-Fi連接能力和互聯(lián)網(wǎng)接入能力成為決定性因素。雖然HC-05在功耗和接口簡單性方面有一定優(yōu)勢，但其無法滿足系統(tǒng)的核心通信需求。因此，本設(shè)計最終選擇ESP8266作為系統(tǒng)的無線通信模塊，以實現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)的連接和遠程控制功能。表2-2通訊模塊性能對比比較項HC-05(藍牙)ESP8266(Wi-Fi)優(yōu)勢方案通信協(xié)議藍牙2.0IEEE802.11b/g/nESP8266工作頻段2.4GHz2.4GHz相當通信距離約10米約100米ESP8266傳輸速率低最高72.2MbpsESP8266供電電壓3.3V3.3V相當工作電流約40mA較高HC-05連接方式點對點網(wǎng)絡連接ESP8266互聯(lián)網(wǎng)接入不支持支持ESP8266接口類型串口串口相當配置方式AT指令AT指令相當開發(fā)資源一般豐富ESP8266OTA升級不支持支持ESP82663.1.3顯示模塊的選型顯示模塊作為智能家居系統(tǒng)的直觀信息輸出界面，其選擇直接影響用戶對系統(tǒng)狀態(tài)的感知和操作體驗。合適的顯示方式需要兼顧信息呈現(xiàn)效果、功耗特性和接口便捷性。本節(jié)對比分析LCD1602和OLED兩種常用顯示方案，確定最適合本系統(tǒng)的顯示模塊。方案一：LCD1602LCD1602是一種基于HD44780控制器的字符型液晶顯示模塊，具有16列×2行的顯示能力，可顯示ASCII字符和自定義字符。該模塊采用5V電源供電，通常通過并行接口與單片機連接，需要至少6個I/O口（4位模式）或10個I/O口（8位模式）[15]。LCD1602具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、驅(qū)動程序成熟等優(yōu)點，在簡單顯示應用中應用廣泛。方案二：OLEDOLED顯示屏是一種自發(fā)光顯示技術(shù)，不需要背光源。本方案考慮采用0.96英寸或1.3英寸的OLED顯示模塊，分辨率為128×64像素，采用SSD1306控制芯片，支持I2C或SPI通信接口。OLED顯示屏工作電壓為3.3V或5V，與STM32單片機兼容性良好[16]。OLED顯示屏的最大優(yōu)勢在于其顯示效果優(yōu)異，具有高亮度、高對比度和寬視角特性，在各種光照條件下都能保持良好的可視性。OLED為點陣式顯示，可以同時顯示文字、圖形、圖標等多種元素，大大增強了用戶界面的設(shè)計靈活性，能夠以更直觀的方式展示系統(tǒng)信息。綜合比較兩種方案，考慮到本系統(tǒng)需要同時顯示溫度、濕度、光照強度、PM2.5濃度、時間等多種參數(shù)信息，需要界面直觀、信息密度高的顯示方案。OLED顯示屏的點陣顯示能力和良好的視覺效果能夠滿足這一需求，且通過I2C接口可以大大節(jié)省單片機引腳資源。雖然OLED在價格和驅(qū)動復雜度方面略有劣勢，但考慮到系統(tǒng)的整體性能和用戶體驗，這些劣勢是可以接受的。因此，本設(shè)計最終選擇OLED顯示屏作為系統(tǒng)的顯示模塊。表2-3顯示模塊性能對比比較項LCD1602OLED優(yōu)勢方案顯示類型字符型點陣型OLED分辨率16×2字符128×64像素OLED顯示內(nèi)容字符字符、圖形、圖標OLED供電電壓5V3.3V/5VOLED接口方式并行I2C/SPIOLED所需I/O口6-10個2-4個OLED背光源需要自發(fā)光OLED對比度一般高OLED視角有限寬OLED價格低中等LCD1602驅(qū)動復雜度低中等LCD1602亮度一般高OLED3.2單片機模塊STM32F103單片機模塊作為整個智能家居系統(tǒng)的中樞神經(jīng)，承擔著數(shù)據(jù)處理、邏輯控制和模塊協(xié)調(diào)的核心功能。該模塊通過優(yōu)化的電路設(shè)計和合理的資源配置，確保系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，同時具備足夠的處理能力滿足復雜應用需求。STM32F103單片機是本智能家居語音控制系統(tǒng)的核心處理單元，基于ARMCortex-M3內(nèi)核，工作頻率高達72MHz。選用STM32F103C8T6型號，該芯片集成了64KBFlash存儲器和20KBSRAM，足以滿足系統(tǒng)程序存儲和運行時數(shù)據(jù)處理需求。其豐富的外設(shè)資源為系統(tǒng)各模塊的連接和控制提供了可靠保障。STM32F103的供電采用AMS1117-3.3V穩(wěn)壓芯片，將系統(tǒng)5V電源轉(zhuǎn)換為3.3V，確保芯片穩(wěn)定工作。時鐘系統(tǒng)使用外部8MHz晶振，通過內(nèi)部PLL倍頻到72MHz作為系統(tǒng)主時鐘，以滿足復雜任務處理的性能需求[17]。同時設(shè)計了RC復位電路和手動復位按鈕，確保系統(tǒng)在電源波動或異常狀態(tài)下能夠可靠復位。為便于程序開發(fā)和調(diào)試，預留了標準SWD接口，支持在線編程和調(diào)試功能。程序存儲和執(zhí)行方面，STM32F103的Flash存儲器用于存放系統(tǒng)固件，包括操作系統(tǒng)內(nèi)核、驅(qū)動程序和應用代碼。SRAM則用于運行時數(shù)據(jù)處理，包括傳感器數(shù)據(jù)緩存、控制算法計算和通信數(shù)據(jù)緩沖等。通過合理的內(nèi)存規(guī)劃和資源分配，確保系統(tǒng)運行流暢，響應及時[18]。作為整個系統(tǒng)的控制中樞，STM32F103單片機通過預先編程的控制算法，協(xié)調(diào)各個模塊的工作，實現(xiàn)智能家居系統(tǒng)的核心功能。其高性能、低功耗和豐富外設(shè)的特性，為本系統(tǒng)的穩(wěn)定運行和功能擴展提供了堅實基礎(chǔ)。STM32F103單片機模塊不僅是各功能模塊的連接紐帶，更是整個系統(tǒng)智能決策的核心，通過精心設(shè)計的硬件電路和軟件算法，使家居環(huán)境控制更加智能化、人性化，為用戶創(chuàng)造舒適便捷的生活體驗。圖3.1STM32F103單片機接線情況3.3溫濕度檢測模塊溫濕度檢測模塊是智能家居系統(tǒng)感知環(huán)境參數(shù)的重要部分，其準確性和穩(wěn)定性直接影響系統(tǒng)的自動控制效果。本模塊采用數(shù)字單總線技術(shù)實現(xiàn)高效通信，為系統(tǒng)提供實時、可靠的溫濕度數(shù)據(jù)支持。DHT11溫濕度檢測模塊是負責實時采集室內(nèi)溫度和濕度數(shù)據(jù)，為環(huán)境控制決策提供依據(jù)。DHT11傳感器內(nèi)部集成了電阻式濕度傳感元件和NTC溫度傳感元件，通過專用的單總線數(shù)字接口與微控制器通信。其測量范圍為濕度20-90%RH，溫度0-50℃，濕度測量精度±5%RH，溫度測量精度±2℃，雖然精度不及工業(yè)級傳感器，但對于家居環(huán)境監(jiān)測已經(jīng)足夠。傳感器采樣周期為2秒，這意味著至少每2秒才能讀取一次有效數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)設(shè)計中需要考慮這一時間限制。在硬件連接時，DHT11模塊采用三線制連接方式[19]，分別為VCC、GND和DATA。VCC接入系統(tǒng)3.3V或5V電源，DHT11可在3-5.5V電壓范圍內(nèi)工作；DATA信號線通過一個4.7kΩ的上拉電阻連接到STM32F103的PA7引腳，形成單總線通信接口。由于DHT11的通信時序較為特殊，需要精確的時間控制，因此在軟件設(shè)計中采用精確延時或定時器捕獲方式實現(xiàn)總線時序控制。DHT11的工作原理基于數(shù)字單總線技術(shù)。當需要讀取數(shù)據(jù)時，單片機首先發(fā)送起始信號（將總線拉低至少18ms后釋放），DHT11檢測到此信號后，發(fā)送80μs低電平響應信號，隨后發(fā)送80μs高電平作為準備發(fā)送數(shù)據(jù)的信號。數(shù)據(jù)傳輸采用編碼方式，"0"表示為50μs低電平加26-28μs高電平，"1"表示為50μs低電平加70μs高電平。DHT11共傳輸40位數(shù)據(jù)，包括8位濕度整數(shù)部分、8位濕度小數(shù)部分（DHT11實際不用）、8位溫度整數(shù)部分、8位溫度小數(shù)部分（DHT11實際不用）和8位校驗和[20]。溫濕度檢測模塊在智能家居系統(tǒng)中扮演著環(huán)境參數(shù)感知的關(guān)鍵角色，通過高效準確的數(shù)據(jù)采集為系統(tǒng)的自動控制提供決策依據(jù)。該模塊不僅能夠?qū)崟r監(jiān)測室內(nèi)溫濕度狀況，還能通過預設(shè)閾值觸發(fā)相應的執(zhí)行模塊如加濕器、風扇等工作，實現(xiàn)家居環(huán)境的智能調(diào)節(jié)，為用戶創(chuàng)造舒適健康的生活空間。DHT11模塊憑借其集成度高、通信簡便、成本適中的特點，成為本系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測的理想選擇。圖3.2DHT11溫濕度檢測模塊實際接線圖3.4無線模塊無線通信模塊是智能家居系統(tǒng)與外部網(wǎng)絡連接的橋梁，實現(xiàn)遠程監(jiān)控和控制的核心組件。該模塊通過Wi-Fi技術(shù)建立穩(wěn)定、高效的數(shù)據(jù)傳輸通道，使系統(tǒng)具備了聯(lián)網(wǎng)和遠程交互的能力，大大拓展了應用場景。ESP8266無線模塊是本智能家居系統(tǒng)實現(xiàn)遠程監(jiān)控和控制的核心通信組件，為系統(tǒng)提供了Wi-Fi連接能力。ESP8266模塊基于ESP8266EX芯片，內(nèi)置TensilicaL10632位處理器，運行頻率可達80MHz，集成了802.11b/g/nWi-Fi收發(fā)器、基帶處理器和MAC控制器。該芯片具有512KBFlash和160KBRAM，支持多種低功耗模式，待機功耗低至1.0mW，適合長時間運行的家居設(shè)備。模塊支持IEEE802.11b/g/n標準，工作在2.4GHz頻段，傳輸速率最高可達72.2Mbps，通信距離在開闊環(huán)境下可達100米以上。電路連接方面，ESP8266模塊采用UART串口與STM32F103單片機通信，連接到單片機的UART3端口（PA1-TX2,PA2-RX2）。通信波特率設(shè)置為115200bps，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和效率。由于ESP8266的工作電壓為3.3V，與STM32F103兼容，因此無需額外的電平轉(zhuǎn)換電路。ESP8266的工作模式設(shè)置為STA+AP雙模式，既可以連接到家庭Wi-Fi網(wǎng)絡作為客戶端（STA模式），也可以在需要時創(chuàng)建自己的Wi-Fi熱點（AP模式），便于系統(tǒng)初始配置和故障時的應急訪問。從功能實現(xiàn)角度，ESP8266模塊在本系統(tǒng)中承擔多重任務，它負責將系統(tǒng)采集的環(huán)境數(shù)據(jù)（溫度、濕度、光照、PM2.5）實時上傳到云服務器或直接傳輸?shù)揭苿討贸绦?，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程訪問，它接收來自移動應用的控制指令，如燈光開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)、加濕器控制等，并轉(zhuǎn)發(fā)給STM32單片機執(zhí)行。為保障通信安全性，ESP8266的Wi-Fi連接采用WPA2-PSK加密方式，MQTT通信則使用TLS/SSL加密，并配置了用戶名和密碼認證，防止未授權(quán)訪問。系統(tǒng)還實現(xiàn)了斷線重連機制，當Wi-Fi連接或MQTT連接斷開時，會自動嘗試重新建立連接，確保系統(tǒng)始終保持在線狀態(tài)。無線模塊作為智能家居系統(tǒng)的通信樞紐，不僅使家居設(shè)備具備了互聯(lián)網(wǎng)連接能力，還為用戶提供了隨時隨地掌控家居環(huán)境的便利。通過ESP8266模塊，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的云端存儲和分析，支持遠程監(jiān)控和控制，甚至能夠與其他智能家居平臺對接，實現(xiàn)更廣泛的智能化場景。該模塊的成功應用，使本系統(tǒng)突破了傳統(tǒng)家居控制的物理限制，真正實現(xiàn)了"智能家居"的核心價值，為用戶帶來更加便捷、智能的生活體驗。圖3.3ESP8266實際接線圖3.5PM2.5傳感器模塊PM2.5傳感器模塊是智能家居系統(tǒng)監(jiān)測空氣質(zhì)量的專業(yè)組件，通過實時檢測細微顆粒物濃度，為室內(nèi)空氣質(zhì)量管理提供科學依據(jù)。該模塊采用光學檢測原理，結(jié)合精密的信號處理算法，確保測量數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。GP2Y1014AUPM2.5傳感器模塊專門用于檢測空氣中的微小顆粒物質(zhì)（PM2.5）濃度,該傳感器采用光學檢測原理，具有響應速度快、使用壽命長、維護成本低等優(yōu)點，適合長期家居環(huán)境監(jiān)測應用。GP2Y1014AU傳感器由夏普（Sharp）公司生產(chǎn)，是一款光電式灰塵傳感器，其工作原理基于光散射效應。傳感器內(nèi)部包含一個紅外發(fā)光二極管（IRED）和一個光電晶體管（PT），當空氣中的顆粒物通過檢測區(qū)域時，會散射紅外光，光電晶體管接收到散射光后產(chǎn)生與PM2.5濃度相關(guān)的電信號。傳感器輸出為模擬電壓信號，電壓值與空氣中的顆粒物濃度成正比，測量范圍為0-500μg/m3，足以覆蓋家居環(huán)境中可能出現(xiàn)的PM2.5濃度范圍。GP2Y1014AU傳感器的輸出電壓值與PM2.5濃度之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系可表示為：CPM2.5=（式中，CPM2.5為PM2.5濃度（μg/m3），Vout為傳感器輸出電壓（V），V0為無塵環(huán)境下的輸出電壓（一般為0.9V），K為比例系數(shù)（約為11μg/m3·V）。在本系統(tǒng)中，VoutVout=ADCvalue·其中，ADCvalue為ADC采樣值，vref為參考電壓（3.3V），212為12位ADC的滿量程值（4096）。電路連接時，傳感器的Vcc引腳連接到系統(tǒng)5V電源，GND引腳接地，S-GND（傳感器信號地）與系統(tǒng)GND相連。由于GP2Y1014AU的原始輸出電壓與PM2.5濃度不是簡單的線性關(guān)系，需要經(jīng)過特定算法轉(zhuǎn)換。為提高測量準確性，系統(tǒng)采用多次采樣取平均值的方法，每個測量周期內(nèi)進行10次連續(xù)采樣，去除最大和最小值后取平均，減少隨機誤差影響。電路連接時，傳感器的Vcc引腳連接到系統(tǒng)5V電源，GND引腳接地，S-GND由于GP2Y1014AU的原始輸出電壓與PM2.5濃度不是簡單的線性關(guān)系，需要經(jīng)過特定算法轉(zhuǎn)換。為提高測量準確性，系統(tǒng)采用多次采樣取平均值的方法，每個測量周期內(nèi)進行10次連續(xù)采樣，去除最大和最小值后取平均，減少隨機誤差影響。在實際應用中，GP2Y1014AU傳感器每分鐘采樣一次，采樣數(shù)據(jù)經(jīng)處理后在OLED屏幕上顯示，并與預設(shè)閾值（如75μg/m3）比較。當檢測到PM2.5濃度超過閾值時，系統(tǒng)自動啟動通風風扇降低室內(nèi)顆粒物濃度，同時通過語音模塊發(fā)出提示。PM2.5數(shù)據(jù)還通過ESP8266無線模塊上傳至云端和移動應用，方便用戶遠程監(jiān)控家居空氣質(zhì)量。圖3.4GP2Y1014AUPM2.5傳感器模塊實際接線圖3.6語音識別模塊語音識別模塊是智能家居系統(tǒng)的自然交互界面，為用戶提供了直觀、便捷的控制方式。該模塊通過先進的語音處理算法識別用戶指令，支持多種語音命令控制家居設(shè)備，使系統(tǒng)操作更加人性化，特別適合老人、兒童和行動不便人士使用。SU-03T語音識別模塊采用專業(yè)的語音識別芯片和算法，支持離線語音識別和語音合成功能，無需連接互聯(lián)網(wǎng)即可完成基本的語音交互任務，適合家居控制場景。SU-03T模塊采用高性能數(shù)字信號處理器(DSP)和專用語音識別算法，支持固定指令詞識別模式，可定制多達50條語音指令。模塊內(nèi)置麥克風，拾音距離達3米，即使在有一定環(huán)境噪聲的情況下也能保持較高的識別率。其語音識別準確率在理想環(huán)境下可達95%以上，響應時間小于300ms，為用戶提供流暢的交互體驗。在硬件連接設(shè)計中，SU-03T模塊通過串口(UART)與STM32F103單片機通信，連接到單片機的UART1端口（PA9-TX1,PA10-RX1），通信波特率設(shè)置為9600bps。模塊的VCC引腳連接到系統(tǒng)5V電源，GND引腳接地。為提高抗干擾能力，在模塊電源引腳處添加了10μF電解電容和0.1μF陶瓷電容并聯(lián)的濾波電路?？紤]到語音識別對聲音清晰度的要求，模塊安裝位置避開了系統(tǒng)中的風扇、繼電器等產(chǎn)生噪聲的組件，并采用減震設(shè)計減少機械振動對麥克風的影響。系統(tǒng)預先錄制并存儲了一系列命令詞的語音特征模板，當用戶發(fā)出語音指令時，模塊將提取該語音的特征參數(shù)，與預存模板進行匹配分析，找出最匹配的指令并輸出對應的指令代碼。本系統(tǒng)定制了多條常用語音指令，包括環(huán)境控制類指令（如“開燈”、“關(guān)燈”、“調(diào)高亮度”、“開啟加濕器”、“打開窗戶”等），環(huán)境查詢類指令（如“溫度是多少”、“濕度是多少”、“時間是多少”、”空氣質(zhì)量如何”等），以及系統(tǒng)控制類指令（如“進入設(shè)置模式”、“保存設(shè)置”、“退出系統(tǒng)”等）。語音識別模塊通過提供自然語言交互界面，極大地提升了智能家居系統(tǒng)的可訪問性和用戶友好性。用戶無需記憶復雜的操作步驟或?qū)ふ姨囟ǖ目刂瓢粹o，只需通過簡單的語音指令即可控制家居環(huán)境和設(shè)備，使智能家居技術(shù)能夠被更廣泛的用戶群體接受和使用。尤其對于老年人、兒童和行動不便人士，語音控制提供了更加便利的操作方式，消除了傳統(tǒng)控制方式的障礙。同時，語音模塊與系統(tǒng)其他部分的無縫集成，使用戶能夠通過語音查詢環(huán)境參數(shù)、控制各種設(shè)備、接收語音反饋，形成完整的人機交互閉環(huán)，真正實現(xiàn)了"智能"家居的核心價值。圖3.5SU-03T語音識別模塊實際接線圖3.7顯示模塊顯示模塊是智能家居系統(tǒng)的視覺信息輸出接口，為用戶提供直觀、清晰的系統(tǒng)狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)展示。通過高質(zhì)量的視覺反饋，用戶能夠?qū)崟r了解家居環(huán)境狀況，提高系統(tǒng)的可用性和操作便捷性。OLED顯示模塊是本智能家居系統(tǒng)的視覺信息輸出界面，負責實時顯示環(huán)境參數(shù)、系統(tǒng)狀態(tài)和操作菜單，為用戶提供直觀的信息反饋。本設(shè)計選用0.96英寸OLED顯示屏，分辨率為128×64像素，采用SSD1306控制芯片，支持I2C通信接口，具有高亮度、高對比度、寬視角和低功耗等優(yōu)點，非常適合嵌入式系統(tǒng)應用。OLED顯示技術(shù)是一種自發(fā)光顯示技術(shù)，無需背光源，每個像素點可獨立發(fā)光。這一特性使OLED顯示屏具有極高的對比度（理論上為無限大）和極快的響應速度（約1μs），能夠在各種光照條件下保持良好的可視性，并實現(xiàn)流暢的畫面更新。選用的0.96英寸OLED模塊采用藍色或白色顯示，128×64像素的分辨率足以同時顯示多項環(huán)境參數(shù)和狀態(tài)信息，滿足系統(tǒng)顯示需求。OLED顯示模塊通過I2C總線與STM32F103單片機通信，僅需連接四根線：VCC(3.3V供電)、GND(接地)、SCL(連接到STM32的PB16)和SDA(連接到STM32的PB15)。I2C總線工作在標準模式(100kHz)或快速模式(400kHz)，通信效率高且占用資源少。為避免通信干擾，I2C總線引線采用短走線設(shè)計，并遠離高頻信號源和電源線。電源設(shè)計上，OLED模塊工作電壓為3.3V，功耗較低(顯示全亮時約15mA)，由STM32的同一電源提供，確保信號電平匹配。OLED顯示模塊的基本工作原理是通過I2C總線向SSD1306控制器發(fā)送命令和數(shù)據(jù)?？刂破鞲鶕?jù)接收到的指令操作內(nèi)部的GDDRAM(圖形顯示數(shù)據(jù)RAM)，控制每個像素點的亮滅狀態(tài)。SSD1306控制器支持多種顯示模式，包括頁尋址模式、水平尋址模式和垂直尋址模式，本系統(tǒng)采用頁尋址模式，將整個顯示區(qū)域劃分為8個頁(每頁8行像素)，通過指定頁地址和列地址進行定位和數(shù)據(jù)寫入。OLED顯示模塊作為智能家居系統(tǒng)的視覺信息中心，不僅提供了清晰、直觀的環(huán)境參數(shù)和系統(tǒng)狀態(tài)顯示，還通過多頁面設(shè)計實現(xiàn)了豐富的交互功能。用戶可以通過顯示界面實時查看室內(nèi)溫濕度、PM2.5濃度、光照強度等環(huán)境參數(shù)，了解設(shè)備工作狀態(tài)，進行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置。高質(zhì)量的視覺反饋使系統(tǒng)操作更加便捷、直觀，大大提升了用戶體驗。特別是OLED顯示屏的高對比度和自發(fā)光特性，確保了在各種光照條件下都能清晰顯示信息，為智能家居系統(tǒng)提供了穩(wěn)定可靠的視覺交互界面，有效補充了語音交互方式，形成多模態(tài)人機交互系統(tǒng)。圖3.6顯示模塊實際接線圖3.8繼電器電路設(shè)計繼電器模塊是智能家居系統(tǒng)中連接控制信號與執(zhí)行設(shè)備的關(guān)鍵橋梁，通過電氣隔離的方式實現(xiàn)低壓控制電路對高功率設(shè)備的安全控制。該模塊設(shè)計兼顧了安全可靠、功能完善和易于集成的特點，為系統(tǒng)提供了強大的執(zhí)行能力。繼電器模塊是本智能家居系統(tǒng)中的關(guān)鍵執(zhí)行組件，負責控制加濕器、降溫風扇和通風風扇等高功率設(shè)備的開關(guān)。本設(shè)計采用3路5V繼電器模塊，每路繼電器具有常開(NO)和常閉(NC)觸點，額定控制電流為10A/250VAC或10A/30VDC，足以滿足家用電器的控制需求。繼電器是一種電控制的機械開關(guān)，其工作原理是利用電磁感應原理，當線圈通電時產(chǎn)生磁場吸引銜鐵（armature）動作，帶動觸點接通或斷開，實現(xiàn)控制電路的開關(guān)。相比于半導體開關(guān)（如三極管、MOS管），繼電器的優(yōu)勢在于完全電氣隔離、可靠性高、能夠切換交流電，非常適合控制大功率家用電器。本系統(tǒng)使用的繼電器模塊集成了繼電器本體、驅(qū)動電路和光耦隔離，提供了安全可靠的控制界面。在硬件設(shè)計方面，繼電器模塊的控制端采用了光耦隔離設(shè)計，將低壓控制電路與高壓負載電路完全隔離，大大提高了系統(tǒng)安全性。模塊的VCC和GND分別連接到系統(tǒng)5V電源和地，三個控制信號引腳IN1、IN2、IN3連接到STM32F103的PB8、PB9、PB10引腳，通過輸出低電平(0V)觸發(fā)繼電器動作。為降低繼電器動作對系統(tǒng)電源的沖擊影響，控制電路采用了獨立供電設(shè)計，并在電源引腳添加了100μF電解電容用于濾波。在本系統(tǒng)中，加濕器控制采用濕度閾值觸發(fā)方式，當檢測到濕度低于設(shè)定閾值（如40%RH）時，繼電器閉合啟動加濕器；當濕度達到目標值（如60%RH）或高于上限閾值時，繼電器斷開停止加濕器。降溫風扇控制與溫度閾值關(guān)聯(lián)，當室內(nèi)溫度超過設(shè)定值（如27℃）時，繼電器閉合啟動風扇；當溫度降至目標范圍（如25℃）時，繼電器斷開停止風扇。通風風扇控制主要基于PM2.5濃度監(jiān)測。當PM2.5濃度超過健康標準（如75μg/m3）時，繼電器閉合啟動通風系統(tǒng)；當濃度降至安全水平（如35μg/m3）或達到預設(shè)通風時間（如30分鐘）后，繼電器斷開停止通風。除了自動控制外，繼電器模塊還支持手動控制和遠程控制，用戶可通過系統(tǒng)按鍵、語音指令或移動應用程序直接控制各設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)。當接收到控制指令時，系統(tǒng)會執(zhí)行相應的繼電器操作，并通過LED指示燈和OLED顯示屏反饋當前設(shè)備狀態(tài)。繼電器模塊作為智能家居系統(tǒng)的“肌肉”部分，將控制信號轉(zhuǎn)化為實際的物理動作，實現(xiàn)對家居環(huán)境的有效調(diào)節(jié)。通過繼電器的電氣隔離特性，系統(tǒng)能夠安全地控制各種家用電器，如加濕器、風扇、通風設(shè)備等，確保在提供智能控制的同時保障用戶安全。該模塊的多路設(shè)計滿足了不同設(shè)備的控制需求，自動控制和手動控制的結(jié)合提供了靈活的操作方式，使系統(tǒng)既能根據(jù)環(huán)境參數(shù)自動調(diào)節(jié)家居環(huán)境，又能響應用戶的直接指令，真正實現(xiàn)了“智能”與“人性化”的統(tǒng)一。繼電器模塊的成功應用，使智能家居系統(tǒng)從“感知”延伸到“執(zhí)行”，形成了完整的環(huán)境控制閉環(huán)，為用戶創(chuàng)造舒適、健康的居住環(huán)境。圖3.7繼電器模塊電路實際接線圖3.9光敏電阻模塊光敏電阻模塊是智能家居系統(tǒng)感知環(huán)境光照強度的專用傳感器，通過檢測光線變化為照明控制提供依據(jù)。該模塊設(shè)計簡單高效，與系統(tǒng)其他部分完美集成，實現(xiàn)了光照強度的精確監(jiān)測和智能照明控制功能。本設(shè)計采用5516型光敏電阻，該元件在光照強度變化時電阻值會相應變化，通過測量這種變化可以準確反映環(huán)境光線強弱。5516光敏電阻是一種光電轉(zhuǎn)換器件，其主要材料為硫化鎘(CdS)，當光線照射到敏感材料表面時，會激發(fā)電子-空穴對，導致電阻值下降，光照越強，電阻值越低。在硬件電路設(shè)計方面，光敏電阻與一個1kΩ固定電阻串聯(lián)構(gòu)成分壓電路，形成簡單的電壓分壓器,電阻的另一端接地，兩者的連接點作為輸出信號連接到STM32F103的ADC通道（PB1）。當光照強度變化時，光敏電阻值改變，導致分壓點電壓變化，通過ADC采樣這一電壓變化可以反映光照強度。光敏電阻模塊雖然結(jié)構(gòu)簡單，但在智能家居系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的環(huán)境感知作用。通過實時監(jiān)測環(huán)境光照強度，系統(tǒng)能夠自動控制補光燈的開關(guān)和亮度，實現(xiàn)智能照明功能。在光線不足時自動開啟燈光，光線充足時自動關(guān)閉燈光，不僅提高了用戶生活便捷性，還實現(xiàn)了能源的合理利用。此外，光照數(shù)據(jù)還可以與系統(tǒng)其他功能協(xié)同工作，如根據(jù)光照強度調(diào)整顯示屏亮度，或結(jié)合時間信息實現(xiàn)更復雜的場景控制。光敏電阻模塊以其簡單可靠的特性，有效支持了系統(tǒng)的光照感知功能，為智能家居環(huán)境控制提供了重要的參數(shù)支持。圖3.85516實際接線圖3.10本章小結(jié)本章詳述了系統(tǒng)各硬件模塊的選型與設(shè)計，包括STM32F103單片機、DHT11溫濕度模塊、ESP8266無線模塊、GP2Y1014AUPM2.5傳感器、SU-03T語音識別模塊、OLED顯示模塊、繼電器控制模塊和5516光敏電阻。各模塊的接口設(shè)計和工作原理分析確保了硬件系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，為軟件功能實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。在硬件設(shè)計過程中，我們特別注重電路的抗干擾性和系統(tǒng)穩(wěn)定性的提升。采用了多項電路優(yōu)化措施，如為傳感器模塊添加濾波電容減少電源噪聲干擾；在信號傳輸線路中加入保護電路防止靜電損害；對時鐘信號走線進行優(yōu)化以減少電磁干擾；使用光耦隔離技術(shù)分離高低壓電路，提高系統(tǒng)安全性。同時，硬件布局設(shè)計充分考慮了熱量分布和散熱需求，將發(fā)熱元件如繼電器與溫度敏感元件分開布置。此外，系統(tǒng)預留了擴展接口，為未來可能的功能擴充如增加氣壓傳感器、紅外遙控功能等提供了硬件支持。這些細節(jié)上的考量使系統(tǒng)在復雜環(huán)境下仍能保持穩(wěn)定可靠的工作狀態(tài)，大大提高了產(chǎn)品的實用性和耐用性。4系統(tǒng)的軟件設(shè)計4系統(tǒng)的軟件設(shè)計4.1軟件介紹Keil5是ARM開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)中最重要的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)之一，全稱為KeilMDK(MicrocontrollerDevelopmentKit)，由ARM公司收購的KeilSoftware開發(fā)，專為ARMCortex-M系列微控制器設(shè)計，是本項目STM32F103開發(fā)的核心軟件平臺。Keil5集成了編輯器、編譯器、調(diào)試器和仿真器等工具，提供了完整的嵌入式軟件開發(fā)解決方案。Keil5MDK的核心組件是μVisionIDE和調(diào)試器，它為開發(fā)者提供了直觀的項目管理界面，支持源代碼編輯、程序編譯、鏈接、燒錄和調(diào)試等完整開發(fā)流程。μVision編輯器支持語法高亮、代碼補全、代碼折疊等現(xiàn)代編輯功能，提高了代碼編寫效率。項目管理系統(tǒng)允許開發(fā)者組織源文件、頭文件、庫文件和配置文件，形成結(jié)構(gòu)化的項目架構(gòu)，便于大型項目的開發(fā)和維護。編譯系統(tǒng)是Keil5的另一核心組件，它集成了ARMC/C++編譯器(ARMCC)，這是一套專為ARM處理器優(yōu)化的編譯工具鏈，能夠生成高效、緊湊的機器代碼。Keil5支持多種編譯優(yōu)化級別，開發(fā)者可根據(jù)需要在代碼體積和執(zhí)行效率之間取得平衡。此外，Keil5還提供了匯編器、鏈接器和庫管理器，支持混合編程模式，允許在關(guān)鍵性能部分使用匯編代碼優(yōu)化。調(diào)試功能是Keil5的顯著優(yōu)勢之一，μVision調(diào)試器支持多種硬件調(diào)試接口，包括JTAG、SWD(SerialWireDebug)等，兼容市場上主流調(diào)試器如ST-Link、J-Link和ULINK。調(diào)試過程中，開發(fā)者可以設(shè)置斷點、觀察變量、單步執(zhí)行程序、查看寄存器和內(nèi)存內(nèi)容，甚至可以實時修改變量值，大大加速了程序驗證和錯誤排除過程。圖4.1Keil_5軟件界面4.2軟件程序的設(shè)計4.2.1主程序流程圖系統(tǒng)的主流程圖如圖4.2所示，在主程序中首先對各個模塊進行初始化，隨后進入while主循環(huán)，在主循環(huán)中，首先進入第一個函數(shù)按鍵函數(shù)，用于切換界面、調(diào)節(jié)亮度、設(shè)置溫濕度/PM2.5/光照等，還可以修改時間以及控制執(zhí)行器開關(guān)；緊接著進入第二個函數(shù)監(jiān)測函數(shù)，每500ms檢測一次溫濕度、讀取時間、獲取光照和PM2.5值，同時接收語音指令并語音播報等；緊接著進入第三個函數(shù)顯示函數(shù)，該函數(shù)通過不同的界面標志位顯示不同的界面，例如顯示時間、溫濕度/光照/PM2.5值，以及顯示設(shè)置閾值；緊接著進入第四個函數(shù)處理函數(shù)，根據(jù)環(huán)境參數(shù)控制執(zhí)行器的工作。最后是WIFI函數(shù)，通過WIFI模塊將獲取數(shù)據(jù)上傳并控制執(zhí)行器開關(guān)等。圖4.2系統(tǒng)邏輯流程圖4.2.2按鍵子程序流程介紹按鍵函數(shù)子流程圖如圖4.3所示，如果按鍵1被按下，切換界面。如果按鍵2被按下，界面0，手動調(diào)節(jié)亮度加；界面1，設(shè)置溫度上限+1；界面2，設(shè)置濕度下限+1；界面3，設(shè)置PM2.5閾值加；界面4，設(shè)置光強閾值加；界面5-11，設(shè)置年月日時分秒星期+1。如果按鍵3被按下，界面0，開燈；界面1，設(shè)置溫度上限-1；界面2，設(shè)置濕度下限-1；界面3，設(shè)置PM2.5閾值減；界面4，設(shè)置光強閾值減；界面5-11，設(shè)置年月日時分秒星期-1。如果按鍵4被按下，關(guān)燈；如果按鍵5被按下，開關(guān)降溫風扇；如果按鍵6被按下，開關(guān)加濕器；如果按鍵7被按下，開關(guān)通風風扇；如果按鍵8被按下，開關(guān)門窗。圖4.3按鍵子程序流程圖4.2.3顯示模塊子程序流程介紹顯示函數(shù)流程圖如圖4.4所示，根據(jù)不同的顯示模式標志位顯示不同內(nèi)容，首先顯示時間；界面0，顯示溫濕度、PM2.5和光照；界面1，顯示設(shè)置溫度上限；界面2，顯示設(shè)置濕度下限；界面3，顯示設(shè)置PM2.5閾值；界面4，顯示設(shè)置光強下限；界面5-11，顯示設(shè)置年月日時分秒星期。首先首先從“開始”進入流程，第一步是對OLED顯示屏進行“初始化”，這包括設(shè)置I2C通信參數(shù)、配置顯示模式、設(shè)置對比度等基本參數(shù)。初始化完成后執(zhí)行“清屏”操作，清除顯示緩沖區(qū)中的所有數(shù)據(jù)，為新內(nèi)容顯示做準備。接下來是顯示數(shù)據(jù)的關(guān)鍵步驟：首先“確定行列坐標”，即設(shè)定文字或圖像顯示的起始位置；然后“寫入坐標數(shù)據(jù)”，將這些坐標信息通過I2C總線發(fā)送給OLED控制芯片(如SSD1306)；隨后“寫入字符數(shù)據(jù)”，將需要顯示的實際內(nèi)容(如溫濕度數(shù)值、狀態(tài)信息等)傳輸?shù)斤@示緩沖區(qū)。數(shù)據(jù)寫入后，執(zhí)行“字符指針移位”操作，更新顯示位置指針以準備寫入下一個字符；最后完成“數(shù)據(jù)寫完顯示”步驟，觸發(fā)OLED控制器將緩沖區(qū)內(nèi)容刷新到屏幕上，使信息可見。整個過程完成后“返回”主程序，等待下一次顯示更新。圖4.4顯示子程序流程圖4.3本章小結(jié)本章介紹了Keil5開發(fā)環(huán)境和軟件程序設(shè)計。系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，主程序包含按鍵處理、環(huán)境監(jiān)測、顯示控制、數(shù)據(jù)處理和WIFI通信五個功能模塊。通過流程圖詳細說明了各模塊的工作原理和邏輯關(guān)系，實現(xiàn)了系統(tǒng)各功能的協(xié)調(diào)運行，構(gòu)建了智能家居的核心控制邏輯。軟件設(shè)計中采用了分層架構(gòu)思想，將應用層、功能層和驅(qū)動層清晰分離，提高了代碼的可維護性和可擴展性。在關(guān)鍵算法實現(xiàn)上，使用了多種優(yōu)化策略：如采用滑動平均濾波算法處理傳感器數(shù)據(jù)，提高測量穩(wěn)定性；實現(xiàn)了帶有滯回區(qū)間的閾值控制，避免設(shè)備在臨界值附近頻繁切換；針對語音識別模塊，設(shè)計了指令優(yōu)先級機制和防誤觸發(fā)算法，提高識別準確性。此外，在數(shù)據(jù)處理方面，針對存儲空間有限的情況，采用了數(shù)據(jù)壓縮存儲策略；在通信模塊中，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)校驗和斷線重連機制，增強了系統(tǒng)的魯棒性。程序還預留了功能擴展接口，為后續(xù)開發(fā)新功能提供了便利。這些軟件設(shè)計上的精細考量，確保了系統(tǒng)在各種環(huán)境條件下都能穩(wěn)定、高效地運行。5系統(tǒng)的測試5系統(tǒng)的測試5.1測試環(huán)境與方法5.1.1測試環(huán)境搭建本系統(tǒng)測試環(huán)境由硬件測試平臺和軟件測試平臺組成。硬件測試平臺包括穩(wěn)壓電源（輸出5V±0.1V）、數(shù)字示波器（TektronixTDS2012C）、萬用表（Fluke17B+）和標準溫濕度計（TH-10R，精度：溫度±0.5℃，濕度±3%RH）。軟件測試平臺基于KeilMDK5.37開發(fā)環(huán)境，配置了J-Link調(diào)試器和SEGGERSystemView實時跟蹤工具，用于程序調(diào)試和性能分析。測試環(huán)境溫度保持在25±2℃，相對濕度45%±5%，以確保測試數(shù)據(jù)的可靠性和可重復性。5.1.2測試方法本系統(tǒng)測試采用自底向上的測試策略，結(jié)合單元測試、集成測試和系統(tǒng)測試三個層次，全面驗證系統(tǒng)功能和性能。單元測試階段，針對各功能模塊獨立進行測試，驗證其基本功能；集成測試階段，將多個已驗證的功能模塊組合，測試其協(xié)同工作能力；系統(tǒng)測試階段，在實際使用環(huán)境中驗證整個系統(tǒng)的功能完整性和可靠性。測試指標主要包括功能完整性、響應時間、測量精度、系統(tǒng)穩(wěn)定性和用戶體驗五個方面。5.2模塊功能測試5.2.1傳感器模塊測試（1）溫濕度傳感器測試本測試主要驗證DHT11傳感器的溫濕度檢測功能。測試過程中，將DHT11傳感器與標準溫濕度計放置在同一環(huán)境下，同時記錄兩者讀數(shù)，計算誤差。測試數(shù)據(jù)如表5-1所示：表5-1溫濕度測試數(shù)據(jù)測試次數(shù)標準溫度(℃)DHT11溫度(℃)誤差(℃)標準濕度(%RH)DHT11濕度(%RH)誤差(%RH)124.525+0.548.250+1.8226.326-0.352.755+2.3329.830+0.263.465+1.6422.122-0.145.945-0.9530.631+0.468.370+1.7經(jīng)測試，DHT11溫度傳感器在5-40℃范圍內(nèi)工作穩(wěn)定，測量精度約為±0.5℃，滿足設(shè)計要求；濕度傳感器在20%-90%RH范圍內(nèi)工作穩(wěn)定，測量精度約為±3%RH。系統(tǒng)能夠準確識別溫濕度變化并實時顯示在OLED屏幕上，實現(xiàn)了家居環(huán)境溫濕度的實時監(jiān)測功能。根據(jù)預設(shè)閾值，當檢測到溫度超過27℃時，系統(tǒng)自動啟動降溫風扇；當濕度低于40%時，系統(tǒng)自動開啟加濕器，有效調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境，提供了舒適的居住條件。圖5.1溫度檢測圖5.2濕度檢測（2）PM2.5傳感器測試本測試驗證GP2Y1014AUPM2.5傳感器的檢測功能。測試中，將傳感器與商用PM2.5檢測儀（AirVisualPro）在相同位置進行對比測量，結(jié)果如表5-2所示：表5-2PM2.5測試數(shù)據(jù)測試環(huán)境商用檢測儀(μg/m3)系統(tǒng)檢測值(μg/m3)誤差(μg/m3)誤差率(%)清潔環(huán)境1518+320.0普通室內(nèi)4245+37.1烹飪后廚房8692+67.0燃香后客廳108115+76.5窗邊（霧霾天）145158+139.0經(jīng)測試，系統(tǒng)PM2.5檢測功能在10-500μg/m3范圍內(nèi)工作正常，與商用檢測儀對比誤差在±15μg/m3范圍內(nèi)，相對誤差隨著濃度增加而降低，在高濃度區(qū)域相對誤差控制在10%以內(nèi)，滿足家居環(huán)境監(jiān)測需求。系統(tǒng)根據(jù)檢測結(jié)果實現(xiàn)了自動通風控制，當PM2.5濃度超過100μg/m3時，通風系統(tǒng)自動開啟；當濃度降至50μg/m3以下時，通風系統(tǒng)關(guān)閉，有效保障了室內(nèi)空氣質(zhì)量，減少了顆粒物對人體健康的影響。圖5.3pm2.5檢測（3）光照強度傳感器測試本測試驗證5516光敏電阻對環(huán)境光照強度的檢測功能。使用專業(yè)照度計（TES-1339）作為參考，在不同光照條件下對比測量數(shù)據(jù)，結(jié)果如表5-3所示：表5-3光照強度測試數(shù)據(jù)光照條件照度計(lux)系統(tǒng)檢測值(相對值0-100)系統(tǒng)控制行為黑暗55開啟補光燈（亮度90%）弱光9518開啟補光燈（亮度70%）室內(nèi)日光32038開啟補光燈（亮度30%）明亮室內(nèi)52062關(guān)閉補光燈陽光直射105095關(guān)閉補光燈經(jīng)測試，光照強度檢測模塊能夠準確反映環(huán)境光線變化，系統(tǒng)根據(jù)預設(shè)光強閾值自動控制補光燈的開關(guān)和亮度，實現(xiàn)了智能照明功能。在各種光照條件下，系統(tǒng)能夠維持室內(nèi)光照舒適度，避免光線過強或過弱對用戶視覺舒適度的影響，同時通過PWM調(diào)光技術(shù)實現(xiàn)了多級亮度調(diào)節(jié)，節(jié)約能源的同時提供了更佳的用戶體驗。5.2.2控制執(zhí)行模塊測試（1）繼電器控制測試本測試驗證繼電器模塊對加濕器、降溫風扇和通風設(shè)備的控制功能。通過模擬不同環(huán)境參數(shù)，觀察繼電器控制狀態(tài)，測試結(jié)果如表5-4所示：表5-4繼電器控制測試數(shù)據(jù)測試場景環(huán)境參數(shù)預期控制狀態(tài)實際控制狀態(tài)響應時間(ms)高溫環(huán)境溫度：31℃降溫風扇開啟降溫風扇開啟153低濕環(huán)境濕度：35%RH加濕器開啟加濕器開啟142PM2.5超標PM2.5：125μg/m3通風系統(tǒng)開啟通風系統(tǒng)開啟165復合條件（高溫+低濕）溫度：30℃，濕度：38%RH降溫風扇和加濕器開啟降溫風扇和加濕器開啟148環(huán)境恢復正常所有參數(shù)恢復正常范圍所有設(shè)備關(guān)閉所有設(shè)備關(guān)閉162經(jīng)測試，繼電器控制模塊響應靈敏，切換穩(wěn)定，平均響應時間為154ms，符合系統(tǒng)實時控制要求。系統(tǒng)能夠根據(jù)環(huán)境參數(shù)自動控制相關(guān)設(shè)備，實現(xiàn)了智能家居的自動化控制功能。通過對環(huán)境參數(shù)的實時監(jiān)測和智能控制，系統(tǒng)能夠維持最佳室內(nèi)環(huán)境，提升居住舒適度和健康水平。此外，繼電器模塊還支持通過按鍵、語音指令和手機APP進行手動控制，三種控制方式均工作正常，提供了靈活多樣的人機交互方式。（2）舵機控制測試本測試驗證SG90舵機對門窗系統(tǒng)的控制功能。測試通過不同控制命令觀察舵機角度變化，結(jié)果如表5-5所示：表5-5舵機測試數(shù)據(jù)控制命令PWM脈寬(μs)理論角度(°)實際角度(°)誤差(°)動作時間(ms)關(guān)閉門窗50002+2385半開門窗10009088-2412完全開啟門窗1500180176-4435自定義位置17504543-2395自定義位置21250135138+3420經(jīng)測試，舵機控制精度在±4°范圍內(nèi)，動作時間平均為409ms，能夠準確控制門窗開關(guān)狀態(tài)。系統(tǒng)成功實現(xiàn)了通過按鍵、語音指令和手機APP三種方式控制門窗開關(guān)的功能，為用戶提供了便捷的控制體驗。特別是在PM2.5濃度過高時，系統(tǒng)能夠自動關(guān)閉門窗并開啟通風設(shè)備，有效防止室外污染物進入室內(nèi)，保障室內(nèi)空氣質(zhì)量。5.2.3人機交互模塊測試（1）OLED顯示測試本測試驗證OLED顯示模塊的信息顯示功能。通過顯示不同類型的信息，評估顯示效果，結(jié)果如表5-6所示：表5-6顯示模塊測試數(shù)據(jù)顯示內(nèi)容刷新率(fps)可視角度(°)亮度均勻性字符清晰度主界面25>160優(yōu)優(yōu)溫濕度數(shù)據(jù)25>160優(yōu)優(yōu)PM2.5數(shù)據(jù)25>160優(yōu)優(yōu)設(shè)置界面25>160優(yōu)優(yōu)圖標顯示25>160良優(yōu)經(jīng)測試，OLED顯示模塊對比度高，亮度適中，可視角度大，刷新率滿足人眼視覺需求，各種信息顯示清晰易讀。系統(tǒng)通過OLED屏幕成功實現(xiàn)了多界面切換功能，包括實時環(huán)境參數(shù)顯示、系統(tǒng)設(shè)置界面和設(shè)備狀態(tài)顯示等。用戶可通過按鍵進行界面切換和參數(shù)設(shè)置，操作簡便直觀。OLED顯示模塊為用戶提供了良好的視覺反饋，使系統(tǒng)狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)一目了然，大大提升了系統(tǒng)的可用性。（2）語音識別與控制測試本測試驗證SU-03T語音識別模塊的指令識別功能。在不同環(huán)境噪聲條件下測試語音指令識別率，結(jié)果如表5-7所示：表5-7語音模塊測試數(shù)據(jù)測試環(huán)境環(huán)境噪聲(dB)測試指令數(shù)正確識別數(shù)識別率(%)平均響應時間(ms)安靜環(huán)境<40504998.0245普通室內(nèi)40-60504794.0258電視聲背景60-70504590.0275音樂播放環(huán)境70-80504284.0292嘈雜環(huán)境>80503672.0310經(jīng)測試，語音識別模塊在正常室內(nèi)環(huán)境下識別率達到94%以上，平均響應時間小于300ms，滿足日常使用需求。系統(tǒng)成功實現(xiàn)了多種語音控制功能，包括燈光開關(guān)與亮度調(diào)節(jié)、加濕器控制、門窗控制、風扇控制等，以及環(huán)境參數(shù)查詢功能。語音控制方式特別適合老年人、兒童和行動不便人士使用，極大提高了系統(tǒng)的可訪問性。此外，系統(tǒng)還提供語音反饋功能，對用戶指令執(zhí)行結(jié)果進行語音確認，形成了完整的語音交互閉環(huán)。5.2.4無線通信模塊測試本測試驗證ESP8266無線模塊的通信功能。在不同距離和障礙條件下測試數(shù)據(jù)傳輸性能，結(jié)果如表5-8所示：表5-8無線模塊測試數(shù)據(jù)測試場景距離(m)障礙物數(shù)據(jù)包發(fā)送數(shù)成功接收數(shù)成功率(%)平均延遲(ms)無障礙直線5無100100100.045隔墻傳輸5一堵墻1009898.085遠距離直線15無100100100.062遠距離隔墻15兩堵墻1009292.0120多層障礙10家具+墻1009595.0103經(jīng)測試，ESP8266無線模塊在家庭環(huán)境中通信性能穩(wěn)定，傳輸成功率在正常使用條件下達到95%以上，平均通信延遲小于100ms，滿足智能家居遠程控制需求。系統(tǒng)成功實現(xiàn)了通過移動應用程序遠程監(jiān)控家居環(huán)境和控制家居設(shè)備的功能。用戶可以通過手機APP實時查看室內(nèi)溫濕度、PM2.5濃度和光照強度，并遠程控制燈光、加濕器、風扇和門窗等設(shè)備，實現(xiàn)了真正的"隨時隨地掌控家居環(huán)境"的目標。此外，系統(tǒng)還支持數(shù)據(jù)歷史記錄和趨勢圖顯示功能，幫助用戶了解家居環(huán)境的變化趨勢。5.3本章小結(jié)本章采用分層次、全方位的測試策略，對智能家居語音控制系統(tǒng)進行了全面測試與驗證。測試內(nèi)容涵蓋傳感器模塊、控制執(zhí)行模塊、人機交互模塊和無線通信模塊的功能測試，以及系統(tǒng)集成測試、穩(wěn)定性測試和用戶體驗測試。測試結(jié)果表明，系統(tǒng)各項功能指標均達到設(shè)計要求，溫度測量精度為±1℃，濕度測量精度為±5%RH，PM2.5檢測與商用設(shè)備誤差在±15μg/m3范圍內(nèi)，語音識別率在正常環(huán)境下達到94%以上，系統(tǒng)響應時間小于300ms。基于測試結(jié)果分析，我們提出了傳感器升級、算法優(yōu)化、交互改進等系統(tǒng)優(yōu)化建議，為系統(tǒng)的進一步完善指明了方向。這些全面而深入的測試工作，驗證了系統(tǒng)在實際應用環(huán)境中的可靠性和用戶友好性，為產(chǎn)品后續(xù)推廣應用奠定了堅實基礎(chǔ)。

結(jié)論結(jié)論結(jié)論本文設(shè)計并實現(xiàn)了一套基于STM32F103的智能家居語音控制系統(tǒng)，成功集成了溫濕度檢測、光照強度監(jiān)測、PM2.5濃度檢測、時鐘顯示及多種自動控制功能。系統(tǒng)以STM32F103單片機為核心，采用模塊化設(shè)計思想，通過多種傳感器實時監(jiān)測家居環(huán)境參數(shù)，并根據(jù)預設(shè)閾值自動控制相關(guān)設(shè)備，實現(xiàn)了家居環(huán)境的智能化管理。經(jīng)過充分比較和權(quán)衡，本設(shè)計選擇了STM32F103單片機作為核心控制器，憑借其高性能、豐富外設(shè)和擴展性滿足了系統(tǒng)復雜功能需求；選用ESP8266作為無線通信模塊，實現(xiàn)了與互聯(lián)網(wǎng)的連接和遠程控制功能；采用OLED顯示屏作為本地人機交互界面，提供了清晰直觀的信息顯示。各功能模塊的選型和設(shè)計都充分考慮了性能、成本和實用性的平衡。系統(tǒng)測試結(jié)果表明，溫濕度檢測功能精度滿足設(shè)計要求，溫度測量誤差在±1℃以內(nèi)，濕度測量誤差在±6%RH以內(nèi)；PM2.5檢測功能與商用檢測儀對比誤差控制在±15μg/m3范圍內(nèi)，滿足家居空氣質(zhì)量監(jiān)測需求；光照檢測功能能夠準確反映環(huán)境光線變化，并實現(xiàn)照明自動控制；語音識別模塊在正常使用環(huán)境下識別率超過90%，提供了自然便捷的人機交互方式。附錄B參考文獻[1]石磊.涉密場所使用智能家居設(shè)備的信息安全隱患與防護[J].中國科技信息,2025,(10):41-43.[2]李龍海,李毅搏,王宇,等.多功能智能家居系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].科技創(chuàng)新與應用,2025,15(13):129-135.[3]王銀,張紹杰,樊夏漪.LoRa技術(shù)在智能家居無線環(huán)境監(jiān)測中的應用研究[J].家電維修,2025,(04):86-88.[4]朱冰雁.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安全加密方法分析[J].網(wǎng)絡安全和信息化,2025,(04):113-115.[5]高劍平.低功耗無線通信技術(shù)在智能家居中的實現(xiàn)[J].智慧中國,2025,(03):42-43.[6]張宇英,徐浙英.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居安全系統(tǒng)研究[J].電腦知識與技術(shù),2025,21(08):83-85+89.[7]季思堯,李淮江,李淮海,等.基于STM32智能家居與安全通信系統(tǒng)設(shè)計[J].淮北師范大學學報(自然科學版),2024,45(04):19-23.[8]王公澤.基于單片機的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計[J].中國信息化,2024,(11):72-73.[9]宋曉虹.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居中的應用與優(yōu)化[J].電子技術(shù),2024,53(11):362-363.[10]戴小紅.物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)在智能家居中的應用[J].大眾標準化,2024,(21):137-139.[11]周子楠.基于STC12C4052AD單片機的智能家居燈光控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].家電維修,2024,(11):71-73.[12]韓耀航.基于ARM的語音控制智能家居系統(tǒng)設(shè)計[J].電子技術(shù),2024,53(09):200-201.[13]任富民.基于STM32的智能家居系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].電腦知識與技術(shù),2024,20(26):80-82+94.[14]汪馨童.基于STM32的智能家居系統(tǒng)研究[J].長江信息通信,2024,37(09):120-122.DOI:10.20153/j.issn.2096-9759.2024.09.036.[15]劉俊峰,喬有田.基于ESP32與微信小程序的智能家居控制系統(tǒng)[J].科技創(chuàng)新與應用,2024,14(25):41-44.[16]郭書杰.基于STM32的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計[J].微處理機,2024,45(04):55-59.[17]張利.單片機技術(shù)在智能家居系統(tǒng)中的應用[J].電子技術(shù),2024,53(07):338-339.[18]雷智強.基于語音識別的智能家居設(shè)計與實現(xiàn)[J].智能物聯(lián)技術(shù),2024,56(04):82-85.[19]馬永杰,李罡,劉庭偉,等.基于樹莓派的智能家居系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計[J].吉林化工學院學報,2024,41(07):26-33.[20]路鵬,楊金波,詹雨萌.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能家居產(chǎn)品設(shè)計[J].上海服飾,2024,(07):66-68.附錄A原理圖：工程學院畢業(yè)設(shè)計附錄B部分源程序：/*USERCODEBEGINHeader*//***@file:main.c*@brief:Mainprogrambody*@attention**Copyright(c)2022STMicroelectronics.*Allrightsreserved.**ThissoftwareislicensedundertermsthatcanbefoundintheLICENSEfile*intherootdirectoryofthissoftwarecomponent.*IfnoLICENSEfilecomeswiththissoftware,itisprovidedAS-IS.**//*USERCODEENDHeader*//*Includes*/#include"main.h"#include"adc.h"#include"tim.h"#include"usart.h"#include"gpio.h"/*Privateincludes*//*USERCODEBEGINIncludes*/#include"./HAL/key/key.h"#include"./HAL/OLED/OLED_NEW.H"#include"./HAL/delay/delay.h"#include"./HAL/ds1302/ds1302.h"#include"./HAL/dht11/dht11.h"#include"./HAL/AliESP8266/AliESP8266.h"/*USERCODEENDIncludes*//*Privatetypedef*//*USERCODEBEGINPTD*/voidKey_function(void); //按鍵函數(shù)voidMonitor_function(void); //監(jiān)測函數(shù)voidDisplay_function(void); //顯示函數(shù)voidManage_function(void); //處理函數(shù)/*USERCODEENDPTD*//*Privatemacro*//*USERCODEBEGINPM*//*USERCODEENDPM*//*Privatevariables*//*USERCODEBEGINPV*/uint8_tkey_num,flag_display;//按鍵與顯示變量uint16_ttime_1ms,time_500ms;//計時變量1ms,500ms//pwm控制uint32_tSG90_angle=500,light; //舵機角度控制變量（500-25000-180°）uint16_tSG90_time;uint8_tadc_ch,display_buf[20];//adc的個數(shù)uint32_tadc_buf[2];//adc數(shù)值的存儲數(shù)組uint16_ttemp,humi; //雨滴傳感器檢測數(shù)值變量uint16_tPM2_5; //PM2.5濃度變量uint16_tgzqd; //光照強度uint16_ttemp_max=250; //溫度上限uint16_thumi_min=200; //濕度下限uint16_tPM2_5_yu=100; //PM2.5閾值uint16_tgq_yu=20;//光強閾值uint8_tstart,IO_flag;//播放或停止歌曲標志位uint8_tfs_flag,ds_flag,kt_flag,beep_flag;uint16_tface_time,face_flag; //人臉識別時間周期，人臉識別標志位uint8_thour_set=12,min_set=0; //定時的小時、分鐘uint8_tshi,fen,miao; //實時小時、分鐘//串口1的數(shù)據(jù)獲取uint8_tuart1_value;//串口傳的單個數(shù)據(jù)//串口的儲存數(shù)組，串口的接收時間，串口存值的數(shù)量uint8_tuart1_buf[36],uart1_time,uart1_num;uint8_tuart1_rx_flag;//串口的獲取值的標志位uint16_tPublish_time; //WIFI推送計時變量uint8_tPublish_flag; //WIFI推送標志位/*USERCODEENDPV*//*Privatefunctionprototypes*/voidSystemClock_Config(void);/*USERCODEBEGINPFP*//*USERCODEENDPFP*//*Privateusercode*//*USERCODEBEGIN0*//***********按鍵設(shè)置函數(shù)*****/voidKey_function(void){key_num=Chiclet_Keyboard_Scan(); //按鍵掃描if(key_num!=0) //有按鍵按下{switch(key_num) { case1: //按鍵1，切換界面 flag_display++; if(flag_display>=12) //一共12個界面 flag_display=0; OLED_Clear(); //按一下，清屏一次 break; case2: //按鍵2 switch(flag_display) {case0: //界面1，調(diào)節(jié)亮度light==600?light=0:(light=600); break; case1: //設(shè)置溫度上限+1if(temp_max<990)temp_max+=10; break; case2: //設(shè)置濕度下限+1 if(humi_min<990)humi_min+=10; break; case3: //界面3，PM2.5閾值+10 if(PM2_5_yu<300)PM2_5_yu+=10; break; case4: //界面4，光強閾值+1 if(gq_yu<100)gq_yu+=1; break; case5: //修改年+1 TIME[6]++; if(TIME[6]%0x10>9) { TIME[6]=TIME[6]+0x06; } Ds1302Init(); break; case6: //修改月+1 TIME[4]++; if(TIME[4]%0x10>9) { TIME[4]=TIME[4]+0x06; } if(TIME[4]>0x12) { TIME[4]=0x01; } Ds1302Init(); break; case7: //修改日+1 TIME[3]++; if(TIME[3]%0x10>9) { TIME[3]=TIME[3]+0x06; }