【STM32项目开源】基于STM32的智能家居环境监测系统

充哥单片机设计2025-10-21 17:34

目录

一、设计背景和意义

1.1设计背景

1.2设计意义

二、实物效果展示

2.1实物图片

2.2实物演示视频

三、硬件功能简介

3.1项目功能详解

3.2元器件清单

四、主框图与软件流程图

五、硬件PCB展示

六、软件程序设计

七、项目资料包内容

资料获取：查看主页介绍"充哥单片机设计"

一、设计背景和意义

1.1设计背景

随着物联网（IoT）、嵌入式系统和云计算等技术的飞速发展，智能家居系统正在逐渐改变人们的生活方式。智能家居不仅仅是简单的远程开关控制，而是向着环境感知、自主判断、智能决策的方向不断演进。特别是在城市化进程加快、生活节奏加快的背景下，用户对生活便捷性、家庭安全性和环境舒适度的要求不断提高，这对智能家居系统的综合感知、智能响应能力提出了更高的要求。

当前市面上的智能家居产品多以分立模块存在，系统功能较为单一，往往只能实现某一方面的控制，比如智能照明、温湿度调节、安防监控等，缺乏整体化的环境监测与多条件联动控制能力。同时，许多系统依赖厂商封闭协议，用户扩展性差，缺乏灵活性与个性化调整能力。另外，一些传统系统虽然具备远程控制功能，但仍停留在手动控制层面，无法基于环境数据自主做出决策，自动响应潜在的安全风险。

1.2设计意义

系统不仅支持用户远程手动控制，如开关窗户（由步进电机模拟）、控制声光报警和照明设备，还具备自动模式，可依据传感器数据智能决策。例如，一旦检测到烟雾或一氧化碳超标，系统会立即启动报警器并自动开窗通风，有效降低安全隐患；在夜晚或光照不足时，系统可自动点亮灯光，提升家庭舒适度。这种以数据驱动控制逻辑的智能响应机制，真正实现了从"被动控制"向"主动管理"的转变。

本课题融合了嵌入式系统、物联网通信、自动控制与人机交互等多个知识点，能够全面锻炼学生在软硬件开发、系统集成与工程实践方面的能力。通过对STM32开发平台、传感器数据采集处理、WiFi模块通信协议、云平台接入与APP交互控制等技术的综合应用，提升了理论知识向实际工程转化的能力。

二、实物效果展示

2.1实物图片

2.2实物演示视频

【开源】基于STM32的智能家居环境监测系统

三、硬件功能简介

3.1项目功能详解

1）传感器检测：烟雾浓度、空气质量、一氧化碳、温湿度、光照

2）数据显示：0.96OLED屏幕

3）执行机构：步进电机（窗户、风扇

4）云平台：通过ESP8266 WIFI联网后，接入机智云平台

5）App监控：App远程监控数据，控制执行机构

6）数据设定：按键或APP设定阈值，切换模式

7）手动模式：通过手机App实现控制窗户、风扇开关

8）自动模式：根据设定的烟雾、一氧化碳、空气质量阈值等超过阈值自动开启声光报警、打开窗户通风

3.2元器件清单

  1. 主控ST,M32F103C8T6
  2. 0.96OLED显示屏幕
  3. ESP8266联网WiFi
  4. DHT11温湿度传感器
  5. MQ-2烟雾传感器
  6. MQ-7一氧化碳传感器
  7. MQ-135空气质量传感器
  8. 光敏电阻
  9. 风扇
  10. 步进电机
  11. 蜂鸣器声光报警

四、主框图与软件流程图

主框图

流程图

五、硬件PCB展示

六、软件程序设计

cpp 复制代码 
u32 STM32_xx0=0X4E4C4A;
u32 STM32_xx1=0X364B1322;
u32 STM32_xx2=0X132D13  ;

#define FLASH_SAVE_ADDR 0x08010000

u8 buff[30];//参数显示缓存数组
u8 count;
dataPoint_t currentDataPoint;//云端数据点
u8 wifi_sta;//wifi连接状态标志
u8 mode=0;//模式控制自动和手动
u8 NTP_sta=0;//网诺时间获取状态
u8 display_contrl=0;
u8 curtain_flag=0;
u8 last_curtain_flag=0;

extern u8 DHT11_Temp,DHT11_Hum;		//温湿度
u16 Pre;							//气压检测值
u16 gz_value;						//光照检测值			
u16 m2_value;						//烟雾检测值
u16 m7_value;						//一氧化碳检测值
u16 m135_value;						//空气质量检测值

u16 A_DHT11_Temp=35;				//温度阈值   			 高于阈值时报警
u16 A_DHT11_Hum=20;					//湿度阈值				 低于阈值时报警
u16 A_pre=1500;							//气压阈值				 低于阈值时报警
u16 A_gz_value=1000;				//光照强度阈值		 低于阈值时打开窗帘和照明灯
u16 A_m2_value=4000;				//烟雾阈值				 高于阈值时报警
u16 A_m7_value=4000;				//一氧化碳阈值  	 高于阈值时报警
u16 A_m135_value=1500;			//空气质量阈值		 低于阈值时报警

void Gizwits_Init(void)
{	
    TIM3_Int_Init(9,7199);//1MS系统定时
    usart3_init(9600);//WIFI初始化
    memset((uint8_t*)&currentDataPoint, 0, sizeof(dataPoint_t));//设备状态结构体初始化
    gizwitsInit();//缓冲区初始化
}

//数据采集
void userHandle(void)
{
    currentDataPoint.valueLED=!LED0;
    currentDataPoint.valueCurtain=curtain_flag;
    currentDataPoint.valueTemp=DHT11_Temp;
    currentDataPoint.valueHum=DHT11_Hum;
    currentDataPoint.valuePre=Pre;
    currentDataPoint.valueGZ_Value=gz_value;
    currentDataPoint.valueMQ2_Value=m2_value;
    currentDataPoint.valueMQ7_Value=m7_value;
    currentDataPoint.valueMQ135_Value=m135_value;
}

void Get_Data(u16 count);//获取传感器数据
void WIFI_Contection(u8 key);//WiFi连接控制
void Canshu_Change(u8 key);//系统参数调节
void Mode_Change(u8 key);//模式切换
void BUJING_Cotrol(u8 mode,u16 time,u16 count);

int main(void)
{
    u8 t=0;
    int key_value;		//按键值
    uart_init(115200);	 		//串口初始化为115200
    delay_init();	    //延时函数初始化
    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);//设置中断优先级分组为组2：2位抢占优先级，2位响应优先级
    Adc1_Channe_Init();			//ADC通道初始化
    KEY_Init();					//按键引脚初始化
    bmp280Init();
    while(DHT11_Init());	
    LED_Init();		  			//初始化与LED连接的硬件接口
    OLED_Init();				//OLED初始化
    OLED_Clear();				//OLED清屏
    Gizwits_Init();		
    BEEP = 0;
    while(1)
    {
        Get_Data(0);
        if(gz_value<=A_gz_value&&mode==0)
        {
            LED0=0;curtain_flag=0;
        }else if(gz_value>A_gz_value&&mode==0){
            LED0=1;curtain_flag=1;
        }
        if(last_curtain_flag!=curtain_flag&&mode==0)
        {
            BUJING_Cotrol(curtain_flag,3,270);
            last_curtain_flag = curtain_flag;
        }
        if(last_curtain_flag!=currentDataPoint.valueCurtain&&mode==1)
        {
            BUJING_Cotrol(currentDataPoint.valueCurtain,3,270);
            curtain_flag = currentDataPoint.valueCurtain;
            last_curtain_flag = currentDataPoint.valueCurtain;
        }	
        if(mode==1)
        {
            LED0=!currentDataPoint.valueLED;
        }
        if(DHT11_Temp>=A_DHT11_Temp||DHT11_Hum<=A_DHT11_Hum||Pre>=A_pre||m135_value<=A_m135_value||m2_value>=A_m2_value||m7_value>=A_m7_value){
            //BEEP=!BEEP;
        }else BEEP = 0;
        
        key_value = KEY_Scan(0);
        
        if(key_value==4)
        {
            display_contrl++;
        }
        if(display_contrl%2==0&&t>=10)
        {
            OLED_ShowCHinese(0,0,0);
            OLED_ShowCHinese(16,0,2);
            sprintf((char*)buff,":%2dC",DHT11_Temp);
            OLED_ShowString(32,0,buff,16);	//显示温度
            OLED_ShowCHinese(64,0,1);
            OLED_ShowCHinese(82,0,2);
            sprintf((char*)buff,":%2d%%",DHT11_Hum);
            OLED_ShowString(96,0,buff,16);//显示湿度	
            
            OLED_ShowCHinese(0,2,3);
            OLED_ShowCHinese(16,2,4);
            sprintf((char*)buff,":%2dhpa     ",Pre);
            OLED_ShowString(32,2,buff,16);//显示气压
            
            OLED_ShowCHinese(0,4,5);
            OLED_ShowCHinese(16,4,6);
            OLED_ShowCHinese(32,4,7);
            OLED_ShowCHinese(48,4,8);
            sprintf((char*)buff,":%4dppm",gz_value);
            OLED_ShowString(64,4,buff,16);//显示光照强度
            
            OLED_ShowCHinese(0,6,21);
            OLED_ShowCHinese(16,6,22);
            OLED_ShowCHinese(32,6,23);
            OLED_ShowCHinese(48,6,24);
            //sprintf((char*)buff,":%4dppm",m135_value);
            //OLED_ShowString(64,6,buff,16);//显示空气质量
            OLED_ShowString(64,6,":",16);
        }else if(display_contrl%2==1&&t>=10)
        {
            OLED_ShowCHinese(0,0,13);
            OLED_ShowCHinese(16,0,14);
            OLED_ShowCHinese(32,0,15);
            OLED_ShowCHinese(48,0,16);
            sprintf((char*)buff,":%4dppm",m2_value);
            OLED_ShowString(64,0,buff,16);//显示M2数据
            
            OLED_ShowCHinese(0,2,17);
            OLED_ShowCHinese(16,2,18);
            OLED_ShowCHinese(32,2,19);
            OLED_ShowCHinese(48,2,20);
            sprintf((char*)buff,":%4dppm",m7_value);
            OLED_ShowString(64,2,buff,16);//显示M7数据
            
            OLED_ShowCHinese(0,4,5);
            OLED_ShowCHinese(16,4,6);
            OLED_ShowCHinese(32,4,7);
            OLED_ShowCHinese(48,4,8);
            sprintf((char*)buff,":%4dppm",gz_value);
            OLED_ShowString(64,4,buff,16);//显示光照强度
            
            OLED_ShowCHinese(0,6,21);
            OLED_ShowCHinese(16,6,22);
            OLED_ShowCHinese(32,6,23);
            OLED_ShowCHinese(48,6,24);   
            
        }
        if(t>10){
          if(m135_value>100){
                OLED_ShowCHinese(80,6,23);//有人
                OLED_ShowCHinese(96,6,24);
                BEEP=!BEEP;  //报警
            }else{
                OLED_ShowCHinese(80,6,25);//无人
                OLED_ShowCHinese(96,6,24);
                BEEP = 0;
            }
        }

        userHandle();		//用户数据采集
        WIFI_Contection(key_value);//WiFi连接控制
        gizwitsHandle((dataPoint_t *)&currentDataPoint);//机智云协议处理
        Canshu_Change(key_value);
        
        t++;
        delay_ms(100);
    }
}
 
void WIFI_Contection(u8 key)//WiFi连接控制
{
    if(key==2)
    {
        printf("WIFI进入AirLink连接模式\r\n");
        gizwitsSetMode(WIFI_AIRLINK_MODE);//Air-link模式接入
    }			
    if(key==3)
    {  
        printf("WIFI复位，请重新配置连接\r\n");
        gizwitsSetMode(WIFI_RESET_MODE);//WIFI复位
    }
}

void Canshu_Change(u8 key)
{
    u8 obj=7;
    if(key==1)
    {
        BEEP=0;OLED_Clear();
        while(1){
            key = KEY_Scan(0);
            if(key==1){
                obj++;
                if(obj>=8)obj=0;
            }
            sprintf((char *)buff,"Working md:%4d",mode);
            OLED_ShowString(8,0,buff,12);
            sprintf((char *)buff,"A_Temp    :%4d",A_DHT11_Temp);
            OLED_ShowString(8,1,buff,12);
            sprintf((char *)buff,"A_Hum     :%4d",A_DHT11_Hum);
            OLED_ShowString(8,2,buff,12);
            sprintf((char *)buff,"A_pre     :%4d",A_pre);
            OLED_ShowString(8,3,buff,12);
            sprintf((char *)buff,"A_gz_val  :%4d",A_gz_value);
            OLED_ShowString(8,4,buff,12);
            sprintf((char *)buff,"A_m2_val  :%4d",A_m2_value);
            OLED_ShowString(8,5,buff,12);
            sprintf((char *)buff,"A_m7_val  :%4d",A_m7_value);
            OLED_ShowString(8,6,buff,12);
            sprintf((char *)buff,"A_m135_val:%4d",A_m135_value);
            OLED_ShowString(8,7,buff,12);
            if(obj==0){
                OLED_ShowString(0,0," ",12);OLED_ShowString(0,1,">",12);
                OLED_ShowString(0,2," ",12);OLED_ShowString(0,3," ",12);
                OLED_ShowString(0,4," ",12);OLED_ShowString(0,5," ",12);
                OLED_ShowString(0,6," ",12);OLED_ShowString(0,7," ",12);
            }
            if(obj==1){
                OLED_ShowString(0,0," ",12);OLED_ShowString(0,1," ",12);
                OLED_ShowString(0,2,">",12);OLED_ShowString(0,3," ",12);
                OLED_ShowString(0,4," ",12);OLED_ShowString(0,5," ",12);
                OLED_ShowString(0,6," ",12);OLED_ShowString(0,7," ",12);
            }
            if(obj==2){
                OLED_ShowString(0,0," ",12);OLED_ShowString(0,1," ",12);
                OLED_ShowString(0,2," ",12);OLED_ShowString(0,3,">",12);
                OLED_ShowString(0,4," ",12);OLED_ShowString(0,5," ",12);
                OLED_ShowString(0,6," ",12);OLED_ShowString(0,7," ",12);
            }
            if(obj==3){
                OLED_ShowString(0,0," ",12);OLED_ShowString(0,1," ",12);
                OLED_ShowString(0,2," ",12);OLED_ShowString(0,3," ",12);
                OLED_ShowString(0,4,">",12);OLED_ShowString(0,5," ",12);
                OLED_ShowString(0,6," ",12);OLED_ShowString(0,7," ",12);
            }
            if(obj==4){
                OLED_ShowString(0,0," ",12);OLED_ShowString(0,1," ",12);
                OLED_ShowString(0,2," ",12);OLED_ShowString(0,3," ",12);
                OLED_ShowString(0,4," ",12);OLED_ShowString(0,5,">",12);
                OLED_ShowString(0,6," ",12);OLED_ShowString(0,7," ",12);
            }
            if(obj==5){
                OLED_ShowString(0,0," ",12);OLED_ShowString(0,1," ",12);
                OLED_ShowString(0,2," ",12);OLED_ShowString(0,3," ",12);
                OLED_ShowString(0,4," ",12);OLED_ShowString(0,5," ",12);
                OLED_ShowString(0,6,">",12);OLED_ShowString(0,7," ",12);
            }
            if(obj==6){
                OLED_ShowString(0,0," ",12);OLED_ShowString(0,1," ",12);
                OLED_ShowString(0,2," ",12);OLED_ShowString(0,3," ",12);
                OLED_ShowString(0,4," ",12);OLED_ShowString(0,5," ",12);
                OLED_ShowString(0,6," ",12);OLED_ShowString(0,7,">",12);
            }
            if(obj==7){
                OLED_ShowString(0,0,">",12);OLED_ShowString(0,1," ",12);
                OLED_ShowString(0,2," ",12);OLED_ShowString(0,3," ",12);
                OLED_ShowString(0,4," ",12);OLED_ShowString(0,5," ",12);
                OLED_ShowString(0,6," ",12);OLED_ShowString(0,7," ",12);
            }
            if(obj==0){
                if(key==3)A_DHT11_Temp+=1;
                if(key==2)A_DHT11_Temp-=1;
            }
            if(obj==1){
                if(key==3)A_DHT11_Hum+=1;
                if(key==2)A_DHT11_Hum-=1;
            }
            if(obj==2){
                if(key==3)A_pre+=20;
                if(key==2)A_pre-=20;
            }
            if(obj==3){
                if(key==3)A_gz_value+=50;
                if(key==2)A_gz_value-=50;
            }
            if(obj==4){
                if(key==3)A_m2_value+=50;
                if(key==2)A_m2_value-=50;
            }
            if(obj==5){
                if(key==3)A_m7_value+=50;
                if(key==2)A_m7_value-=50;
            }
            if(obj==6){
                if(key==3)A_m135_value+=50;
                if(key==2)A_m135_value-=50;
            }
            if(obj==7){
                if(key==3)mode+=1;
                if(key==2)mode-=1;
                if(mode >= 2) mode = 0;
            }
            if(key==4){
                OLED_Clear();
                break;
            }
        
        }
    }
}

void Get_Data(u16 count)//获取传感器数据
{
    static float bmp280_press,bmp280;				//气压
    DHT11_Read_Data(&DHT11_Temp,&DHT11_Hum);
    bmp280GetData(&bmp280_press,&bmp280,&bmp280);
    Pre = bmp280_press;
    gz_value   = 4096 - get_Adc_Value(0x04);
    m2_value   = get_Adc_Value(0x07);
    m7_value   = get_Adc_Value(0x05);
    m135_value = 4096 - get_Adc_Value(0x06);
}

void BUJING_Cotrol(u8 mode,u16 time,u16 count)
    {
    if(mode==0)
    {
        while(count--)
        {
            BUJ1=1; BUJ2=0; BUJ3=0;BUJ4=0;
            delay_ms(time);
            BUJ1=0; BUJ2=1; BUJ3=0;BUJ4=0;
            delay_ms(time);
            BUJ1=0; BUJ2=0; BUJ3=1;BUJ4=0;
            delay_ms(time);
            BUJ1=0; BUJ2=0; BUJ3=0;BUJ4=1;
            delay_ms(time);
        }
    }
    if(mode==1)
    {
        while(count--)
        {
            BUJ1=0; BUJ2=0; BUJ3=0;BUJ4=1;
            delay_ms(time);
            BUJ1=0; BUJ2=0; BUJ3=1;BUJ4=0;
            delay_ms(time);
            BUJ1=0; BUJ2=1; BUJ3=0;BUJ4=0;
            delay_ms(time);
            BUJ1=1; BUJ2=0; BUJ3=0;BUJ4=0;
            delay_ms(time);
        }
    }
}

七、项目资料包内容

资料获取：查看主页介绍"充哥单片机设计"

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