使用 STM32 设计的较为复杂的物联网项目，包括智能家居控制系统，涵盖了硬件和软件的详细设计。
一、硬件设计
微控制器：选择 STM32F4 系列微控制器，如 STM32F407ZGT6，具有高性能和丰富的外设资源。
传感器模块：
温度和湿度传感器（如 DHT22 ）：用于监测室内环境温湿度。
光照传感器（如 BH1750 ）：检测环境光照强度。
人体红外传感器（如 HC-SR501 ）：感知人体活动。
烟雾传感器（如 MQ-2 ）：监测烟雾浓度，预防火灾。
门窗磁传感器：检测门窗开关状态。
通信模块：
Wi-Fi 模块（如 ESP8266 ）：实现与云服务器的无线通信，上传传感器数据和接收控制指令。
蓝牙模块（如 HC-05 ）：用于本地设备与手机等终端的短距离通信。
执行器模块：
继电器：控制灯光、插座等设备的开关。
电机驱动模块：控制窗帘电机、风扇等设备。
显示模块：
TFT 彩色液晶显示屏：实时显示系统状态和传感器数据。
存储模块：
EEPROM 芯片（如 AT24C02 ）：存储系统配置和一些关键数据。
电源管理模块：
采用高效率的降压稳压芯片（如 LM2596 ），将输入电源转换为适合各个模块的工作电压。
配备电池管理电路，支持备用电池供电，确保系统在市电断电时仍能正常工作一段时间。
二、软件设计
系统初始化：
初始化 STM32 时钟、GPIO 、ADC 、SPI 、I2C 等外设。
初始化 Wi-Fi 模块和蓝牙模块，连接到预设的网络和配对设备。
初始化传感器和执行器的相关引脚。
传感器数据采集：
定期读取温度、湿度、光照、人体红外、烟雾等传感器的数据，并进行数据校准和滤波处理。
通过 ADC 采集模拟量传感器的数据，如烟雾浓度。
数据处理与决策：
根据传感器数据判断环境状态，如是否有人、温度是否过高、烟雾是否超标等。
基于预设的规则和逻辑，决定执行相应的控制动作，如打开灯光、启动风扇、发送报警信息等。
通信协议实现：
使用 TCP/IP 协议与云服务器进行通信，上传传感器数据，并接收服务器下发的控制指令。
通过蓝牙协议与本地手机等设备进行通信，实现近场控制和数据查看。
用户界面设计：
在 TFT 显示屏上设计友好的用户界面，实时显示传感器数据、系统状态和操作提示。
处理触摸屏输入，实现用户交互操作。
存储管理：
将系统配置信息（如 Wi-Fi 密码、设备 ID 等）存储在 EEPROM 中，确保断电不丢失。
记录关键的操作日志和传感器数据历史，以便后续查询和分析。
异常处理与系统自恢复：
监测系统运行状态，如电源电压、程序运行状态等。
当出现异常情况（如传感器故障、通信中断、内存溢出等）时，采取相应的处理措施，如重启相关模块、发送故障报警等，并尝试自动恢复系统正常运行。
#include "stm32f4xx.h"
#include "stdio.h"
#include "string.h"
#include "stdlib.h"
#include "math.h"
// Wi-Fi 相关
#include "wifi.h"
// 传感器相关
#include "dht22.h"
#include "bh1750.h"
#include "hc_sr501.h"
#include "mq2.h"
#include "door_window_sensor.h"
// 显示相关
#include "tft_display.h"
// 存储相关
#include "eeprom.h"
// 传感器引脚定义
#define DHT22_DATA_PIN GPIO_Pin_0
#define DHT22_PORT GPIOA
#define BH1750_SDA_PIN GPIO_Pin_1
#define BH1750_SCL_PIN GPIO_Pin_2
#define BH1750_PORT GPIOA
#define HC_SR501_PIN GPIO_Pin_3
#define HC_SR501_PORT GPIOB
#define MQ2_PIN GPIO_Pin_4
#define MQ2_PORT GPIOC
#define DOOR_WINDOW_SENSOR_PIN GPIO_Pin_5
#define DOOR_WINDOW_SENSOR_PORT GPIOD
// 执行器引脚定义
#define RELAY_PIN GPIO_Pin_6
#define RELAY_PORT GPIOE
// 通信引脚定义（假设用于与 Wi-Fi 模块通信的 UART）
#define USART_TX_PIN GPIO_Pin_9
#define USART_TX_PORT GPIOA
#define USART_RX_PIN GPIO_Pin_10
#define USART_RX_PORT GPIOA
// 显示引脚定义（假设用于 TFT 显示屏的 SPI 接口）
#define TFT_SCK_PIN GPIO_Pin_13
#define TFT_SCK_PORT GPIOB
#define TFT_MISO_PIN GPIO_Pin_14
#define TFT_MISO_PORT GPIOB
#define TFT_MOSI_PIN GPIO_Pin_15
#define TFT_MOSI_PORT GPIOB
#define TFT_CS_PIN GPIO_Pin_12
#define TFT_CS_PORT GPIOB
#define TFT_RST_PIN GPIO_Pin_11
#define TFT_RST_PORT GPIOB
// 初始化所有 GPIO 引脚
void GPIO_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA | RCC_AHB1Periph_GPIOB | RCC_AHB1Periph_GPIOC | RCC_AHB1Periph_GPIOD | RCC_AHB1Periph_GPIOE, ENABLE);
// DHT22 数据引脚配置
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = DHT22_DATA_PIN;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;
GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
GPIO_Init(DHT22_PORT, &GPIO_InitStruct);
// BH1750 I2C 引脚配置
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = BH1750_SDA_PIN | BH1750_SCL_PIN;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_OD;
GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
GPIO_Init(BH1750_PORT, &GPIO_InitStruct);
// HC-SR501 引脚配置
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = HC_SR501_PIN;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;
GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
GPIO_Init(HC_SR501_PORT, &GPIO_InitStruct);
// MQ-2 引脚配置
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = MQ2_PIN;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;
GPIO_Init(MQ2_PORT, &GPIO_InitStruct);
// 门窗磁传感器引脚配置
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = DOOR_WINDOW_SENSOR_PIN;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;
GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
GPIO_Init(DOOR_WINDOW_SENSOR_PORT, &GPIO_InitStruct);
// 继电器引脚配置
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = RELAY_PIN;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
GPIO_Init(RELAY_PORT, &GPIO_InitStruct);
// USART 引脚配置
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = USART_TX_PIN | USART_RX_PIN;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
GPIO_Init(USART_TX_PORT, &GPIO_InitStruct);
// TFT 显示屏引脚配置
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = TFT_SCK_PIN | TFT_MISO_PIN | TFT_MOSI_PIN | TFT_CS_PIN | TFT_RST_PIN;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
GPIO_Init(TFT_SCK_PORT, &GPIO_InitStruct);
}
// 初始化 USART 用于与 Wi-Fi 模块通信
void USART_Init(void)
{
USART_InitTypeDef USART_InitStruct;
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);
GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = USART_TX_PIN | USART_RX_PIN;
GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
GPIO_Init(USART_TX_PORT, &GPIO_InitStruct);
USART_InitStruct.USART_BaudRate = 115200;
USART_InitStruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
USART_InitStruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
USART_InitStruct.USART_Parity = USART_Parity_No;
USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
USART_InitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;
USART_Init(USART1, &USART_InitStruct);
USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}
// 初始化系统
void System_Init(void)
{
GPIO_Init();
USART_Init();
// 初始化其他硬件模块
DHT22_Init();
BH1750_Init();
HC_SR501_Init();
MQ2_Init();
DoorWindowSensor_Init();
TFT_Init();
EEPROM_Init();
// 连接 Wi-Fi 网络
WiFi_Connect(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);
}
// 读取 DHT22 传感器数据
void ReadDHT22(float *temperature, float *humidity)
{
DHT22_ReadData(temperature, humidity);
}
// 读取 BH1750 光照传感器数据
float ReadBH1750(void)
{
return BH1750_ReadLightIntensity();
}
// 读取 HC-SR501 人体红外传感器数据
uint8_t ReadHC_SR501(void)
{
return HC_SR501_ReadState();
}
// 读取 MQ-2 烟雾传感器数据
float ReadMQ2(void)
{
return MQ2_ReadSmokeConcentration();
}
// 读取门窗磁传感器数据
uint8_t ReadDoorWindowSensor(void)
{
return DoorWindowSensor_ReadState();
}
// 控制继电器
void ControlRelay(uint8_t state)
{
if (state)
{
GPIO_SetBits(RELAY_PORT, RELAY_PIN);
}
else
{
GPIO_ResetBits(RELAY_PORT, RELAY_PIN);
}
}
// 上传数据到云服务器
void UploadDataToCloud(float temperature, float humidity, float lightIntensity, uint8_t isPersonDetected, float smokeConcentration, uint8_t isDoorOpen)
{
char dataBuffer[256];
sprintf(dataBuffer, "{"
"\"temperature\": %.2f,"
"\"humidity\": %.2f,"
"\"light_intensity\": %.2f,"
"\"is_person_detected\": %d,"
"\"smoke_concentration\": %.2f,"
"\"is_door_open\": %d"
"}",
temperature, humidity, lightIntensity, isPersonDetected, smokeConcentration, isDoorOpen);
WiFi_SendData(dataBuffer);
}
// 主函数
int main(void)
{
float temperature, humidity;
float lightIntensity;
uint8_t isPersonDetected;
float smokeConcentration;
uint8_t isDoorOpen;
System_Init();
while (1)
{
ReadDHT22(&temperature, &humidity);
lightIntensity = ReadBH1750();
isPersonDetected = ReadHC_SR501();
smokeConcentration = ReadMQ2();
isDoorOpen = ReadDoorWindowSensor();
// 在 TFT 显示屏上显示数据
TFT_DisplayData(temperature, humidity, lightIntensity, isPersonDetected, smokeConcentration, isDoorOpen);
// 控制继电器
if (isPersonDetected)
{
ControlRelay(1);
}
else
{
ControlRelay(0);
}
// 上传数据到云服务器
UploadDataToCloud(temperature, humidity, lightIntensity, isPersonDetected, smokeConcentration, isDoorOpen);
// 延迟一段时间
HAL_Delay(5000);
}
}
