基于STM32单片机智能窗户的设计.pdf

Journal of Sensor Technology and Application 传感器技术与应用传感器技术与应用,2023,11(3),292-300 Published Online May 2023 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/jsta https:/doi.org/10.12677/jsta.2023.113033 文章引用文章引用:刘梓硕,曹智杰,刘文龙.基于 STM32 单片机智能窗户的设计J.传感器技术与应用,2023,11(3):292-300.DOI:10.12677/jsta.2023.113033 基于基于STM32单片机智能窗户的设计单片机智能窗户的设计 刘梓硕，曹智杰，刘文龙刘梓硕，曹智杰，刘文龙 沈阳航空航天大学电子信息工程学院，辽宁 沈阳 收稿日期：2023年4月7日；录用日期：2023年5月22日；发布日期：2023年5月30日 摘摘 要要 本文介绍了基于本文介绍了基于STM32单片机的智能窗户设计。该设计采用了单片机的智能窗户设计。该设计采用了光强传感器、光强传感器、温温湿湿度传感器度传感器、烟雾传感器、烟雾传感器和红外传感器和红外传感器来感知环境来感知环境并收集数据并收集数据，根据环境的变化自动控制窗户的开启和关闭。此外，该系统还具，根据环境的变化自动控制窗户的开启和关闭。此外，该系统还具备手动控制备手动控制，语音控制，实时显示，语音控制，实时显示功能，可通过手机功能，可通过手机APP进行进行监控和监控和控制。系统的核心部分是控制。系统的核心部分是STM32单单片机，通过编程实现了各种功能。该设计不仅实用，而且具有一定的智能化水平，能够提高生活质量和片机，通过编程实现了各种功能。该设计不仅实用，而且具有一定的智能化水平，能够提高生活质量和舒适度。舒适度。关键词关键词 STM32，传感器传感器，智能窗户智能窗户，智能自动智能自动 Design Based on STM32 Microcontroller Smart Window Zishuo Liu,Zhijie Cao,Wenlong Liu School of Electronic Information Engineering,Shenyang Aerospace University,Shenyang Liaoning Received:Apr.7th,2023;accepted:May 22nd,2023;published:May 30th,2023 Abstract This article introduces the smart window design based on STM32 microcontroller.The design uses light intensity sensors,temperature and humidity sensors,smoke sensors,and infrared sen-sors to sense the environment and collect data,automatically controlling the opening and closing of windows according to changes in the environment.In addition,the system also has manual control,voice control,real-time display function,which can be monitored and controlled through mobile phone APP.The core part of the system is the STM32 microcontroller,which implements various functions through programming.The design is not only practical,but also has a certain 刘梓硕 等 DOI:10.12677/jsta.2023.113033 293 传感器技术与应用 level of intelligence,which can improve the quality of life and comfort.Keywords STM32,Sensor,Smart Windows,Intelligent Automatic Copyright 2023 by author(s)and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License(CC BY 4.0).http:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.引言引言 随着科技技术和人工智能的不断发展，越来越多的智能设备进入人们的日常生活，智能窗户作为智能家居的重要组成部分，正逐渐受到人们的关注。本文提出了一种基于 STM32 单片机的智能窗户设计方案，能够实现窗户的智能化管理和远程控制。智能窗户是一种基于物联网技术的智能化家居产品，通过使用传感器和控制系统实现自动控制窗户开启和关闭等功能，从而提高室内舒适度、节省能源，为用户带来更好的使用体验。本设计主要基于STM32单片机实现智能窗户的设计。STM32 单片机具有高性能、丰富的外设、低功耗、开源支持、易于开发和广泛的应用等优点，成为现代嵌入式系统设计和开发的重要选择。本设计将采用 GL5528 光强传感器作为光敏元件，通过测量周围环境光强度，实现自动调节窗户透光度的功能。同时，设计中还使用温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器等传感器，以及电机驱动电路、通信模块等硬件组成，实现智能窗户的自动控制、远程监控等功能。在软件方面，本设计将基于 Keil C 语言开发环境进行开发，利用 STM32 的定时器、ADC、PWM 等外设实现数据采集、控制运算、通信传输等功能，从而实现智能窗户系统的高效稳定运行。总体来说，基于 STM32 单片机的智能窗户设计已经有了一定的研究进展。这些研究主要集中在利用STM32 单片机设计智能窗户控制系统和智能窗户自动控制系统方面，这些系统可以实现自动开关窗户、调节窗户的开度和控制窗户的电动机等功能，同时还具有多种传感器，可以实现对环境参数的监测和控制。本文将在这些基础上进一步完善智能窗户的智能化，同时做出更进一步的优化，增加智能窗户的语音识别功能，有望在未来得到更广泛的应用。本设计的实现将为智能家居领域的发展提供有力支持，为用户带来更加智能化、舒适化的家居体验。2.硬件设计硬件设计 智能窗户控制模块由 STM32F103C8T6 单片机、WiFi 模块、人体红外传感器、温湿度传感器、光强传感器、烟雾传感器、OLED 显示屏和蜂鸣器等部分组成，能够实时监测室内环境和安全状况。STM32F103C8T6 单片机是智能窗户控制模块的核心部分，它具有高速、丰富的外设、低功耗、支持多种接口、易于开发、丰富的应用等优点。其高效的计算能力和多种实用的外设满足不同应用的需求，低功耗模式在对电池寿命和能量使用敏感的应用中展现出色，支持多种接口方便与其他设备的连接和通讯，易于开发的软件工具和详细的文档使开发者的工作更加简单且丰富的应用领域使其在工业控制、嵌入式系统、医疗设备等领域展现出良好的应用前景。本设计通过外部连接 WiFi 模块，实现与智能家居 APP 的通信。单片机采用了 STM32 标准外设接口连接各种传感器和执行器，通过软件实现窗户的智能控制，本设计的整体设计如图 1 所示。Open AccessOpen Access刘梓硕 等 DOI:10.12677/jsta.2023.113033 294 传感器技术与应用 Figure 1.Overall block diagram 图图 1.整体框图 2.1.系统整体结构系统整体结构 本系统采用分布式系统架构，分为窗户控制模块和远程控制模块两部分。其中窗户控制模块包括STM32 单片机、传感器模块、执行器模块、无线通信模块等。远程控制模块包括手机 APP、云服务器等。窗户控制模块通过无线通信模块将窗户状态信息上传到云服务器，手机 APP 可以实时获取窗户状态信息并进行控制操作。2.2.传感器传感器 1)温湿度传感器采用 DHT11 型号，DHT11 是一款有已校准数字信号输出的温湿度传感器。其精度湿度5%RH，温度2，量程湿度 5%RH95%RH，温度20+60，其供电电压是 3.3 V5.5 V，将VDD 连接单片机的 3.3 V 电源，GND 接地，DATA 接单片机的 GPIO 口，可检测窗户周围的温度和湿度，当采集到的室内温度、湿度达到特定值时，将检测结果通过数字信号传输给单片机，使窗户自动关闭或开启。原理图如图 2 所示：Figure 2.DHT11 schematic 图图 2.DHT11 原理图 刘梓硕 等 DOI:10.12677/jsta.2023.113033 295 传感器技术与应用 2)光强传感器采用 GL5528 型号，该传感器可以通过监测窗户周边光强强度，将检测出来的结果传递给单片机，GL5528 的接口有两个，分别为 VCC 和 GND。其中，VCC 接单片机的 3.3 V 电源，GND接地。GL5528 的输出为模拟信号，需要使用 ADC 转换器将其转换为数字信号，输出引脚接单片机的 ADC输入口。当监测的光强强度达到预先设定的值时，单片机控制电机，打开或关闭窗户。3)烟雾传感器采用 MQ-2 型号，MQ-2 气体传感器的气敏材料是利用电导率较低的二氧化锡。利用空气中可燃气体浓度越低，二氧化锡的电导率就越小的物理特性可以获得烟雾浓度值将其显示在显示屏上 1。它可以判定是否有烟雾存在，而且导电率受到烟雾浓度大小的影响，烟雾浓度越大导电率越大，输出电阻越低，则输出的模拟信号就越大，其检测可燃气体与烟雾的范围是 100 ppm10,000 ppm，对于智能窗户设计中的烟雾检测来说是比较合适的选择。MQ-2 的接口有四个，分别为 VCC、GND、DO 和AO。其中，VCC 接单片机的 3.3 V 电源，GND 接地，DO 接单片机的 GPIO 口，AO 为模拟输出，AO引脚接单片机的 ADC 输入口。原理图如图 3 所示：Figure 3.Schematic diagram of the MQ-2 operation 图图 3.MQ-2 工作原理图 4)红外传感器采用 HC-SR501 型号，HC-SR501 是基于红外线技术的自动控制模块，采用德国原装进口 LHI778 探头设计，灵敏度高，HC-SR501 只用到 3 个引脚，引脚 1 连接通过升压板升压后的 VCC，引脚 2 OUT 引脚接单片机的 GPIO 口接单片机，引脚 3 接 GND，当有人入侵时，引脚 2 输出高电平，此时如果开启布防功能，单片机就会自动控制发出报警 2。2.3.显示模块显示模块 OLED 显示模块：OLED 显示采用 SSD1306，完成 SSD1306 与 STM32 的数据通信，实现监测数据在 OLED 上的刷新显示。SSD1306 功耗低，可以在嵌入式系统中长时间运行，价格便宜，可以降低智能窗户系统的成本，而且 SSD1306 型号 OLED 显示屏的接口非常简单，支持 I2C 和 SPI 接口，易于连接到STM32 单片机上。OLED 显示屏采用 4 线 SPI 的方式与主控芯片 STM32 进行数据通信，通过构建 OLED Gram 函数。在 STM32 内部定义了一个缓存区，此部分 SRAM 对应 SSD1306 芯片的 GRAM。每次数据刷新的时候，只要修改 STM32 内部的缓存区 GRAM，然后通过 OLED Gram