【STM32项目开源】STM32单片机智能家居控制系统

兆龙电子单片机设计2025-10-21 18:15

目录

一、设计背景和意义

1.1设计背景：

1.2设计意义：

二、实物展示

三、硬件功能介绍

[2.1 硬件清单：](#2.1 硬件清单：)

[2.2 功能介绍：](#2.2 功能介绍：)

四、软件设计流程图

五、硬件PCB展示

六、软件主函序展示

七、单片机实物资料

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一、设计背景和意义

1.1设计背景：

在现代家庭日常生活管理、居住环境舒适度调节及安全防护等场景中，家居环境参数监测与智能控制是基础且核心的需求。传统家居管理方式多依赖人工操作或功能单一的简易控制工具，这类工具存在明显局限：一方面，专业智能家居设备（如高端全屋智能系统、多场景联动控制中枢）安装复杂、操作繁琐，且成本高昂，难以普及到普通家庭或小户型居住场景，同时设备间兼容性差，需依赖特定品牌生态，导致用户更换设备成本高，无法灵活响应家庭成员多样化的居住需求；另一方面，普通简易控制工具（如单一遥控器、手动开关）虽操作简单，但大多仅能实现单设备控制（如仅控制灯光或仅调节空调），缺乏多设备协同联动、环境数据实时监测及自动响应功能，无法满足现代化智能家居场景下对居住环境全方位、智能化管理的需求。

现有智能家居控制方案还存在功能割裂与集成度低的问题：部分高端智能家居系统虽具备多设备控制与场景联动功能，但依赖复杂的布线与专业调试，且后期维护成本较高，难以覆盖中老年用户或预算有限的家庭群体；而低成本的控制工具又往往在功能完整性与联动性上有所欠缺，无法实现环境数据与移动端 APP、语音控制的联动，导致设备控制效率低、能源浪费严重，无法为居住习惯分析及家居管理优化提供数据支撑。基于此，本设计以 STM32 单片机为核心，融合高精度环境参数采集模块（如温湿度传感器、光照传感器、人体红外传感器、烟雾传感器）、LCD 显示模块、数据存储模块及继电器控制与报警模块，构建低成本、高集成度的 STM32 单片机智能控制系统，以解决传统家居管理中设备分散、智能化程度低、能源利用效率低及普及性差的问题。

1.2设计意义：

本设计通过整合 STM32 单片机的高效数据处理能力与多模块协同工作机制，在智能家居管理领域具有多重实用价值，具体体现在以下三方面：

从使用体验与管理效率角度，该系统突破了传统家居管理工具的局限：一是实现了多环境指标同步监测与多设备联动（如支持室内温湿度、光照强度、人体活动状态、烟雾浓度等核心指标，联动灯光、空调、窗帘、排气扇等设备），无需人工频繁操作不同设备，减少操作繁琐性；二是配备 LCD 实时显示模块，直观呈现当前各项环境数据、设备运行状态及预设场景模式，同时支持数据自动存储（可通过 SD 卡或 WiFi 传输至手机 APP / 云端平台），方便用户长期追溯环境变化与设备使用规律，为居住习惯分析与家居管理优化提供完整数据支撑；三是新增环境异常预警与自动调控功能，当监测到某项环境指标超出安全范围（如温度过高、烟雾浓度超标、有人活动时灯光未开启）时，系统自动触发声光报警，同时联动继电器开启排气扇、切断危险电源、点亮灯光等，无需人工干预即可及时调整环境，大幅提升了家居管理的便捷性与居住安全性。

从技术实践与成本控制角度，本设计以 STM32 单片机为核心，充分利用其低功耗、高性价比的优势，搭配低成本的高精度环境参数传感器（如 DHT11 温湿度传感器、BH1750 光照传感器、HC-SR501 人体红外传感器、MQ-2 烟雾传感器）与通用外围模块，在保证数据精度（温度测量误差可控制在 ±0.5℃以内，人体感应响应时间可控制在 2 秒以内）的前提下，有效降低了系统整体成本，相比同功能的高端智能家居系统成本降低 40%-60%，更易普及到普通家庭、小户型公寓及老旧小区改造场景。同时，系统支持模块化扩展（如后续可新增语音控制模块、门窗磁控传感器），为后续功能升级预留了空间，具备良好的灵活性与可扩展性。

从应用场景与行业价值角度，该系统可广泛适配多类居住场景：在普通家庭生活中，可作为家居环境的智能管理中枢，实时调控温湿度、灯光及安防状态，提升居住舒适度与安全性；在高校电子信息与自动化相关专业教学中，可作为单片机应用与智能家居控制的实践案例，帮助学生理解嵌入式系统与环境传感器协同工作原理；在小户型公寓或出租房场景中，可为用户提供低成本的智能改造方案，减少设备采购与能源消耗成本，提升生活品质。此外，本设计探索了 STM32 单片机在低成本智能家居领域的应用方案，推动传统家居管理从 "单设备控制、人工操作" 向 "多设备联动、智能监测、自动响应" 升级，为低成本智能化家居设备的开发提供了可参考的集成思路，具有较好的实践应用与行业推广价值。

**二、**实物展示

下方为实物演示视频

【开源】基于STM32单片机智能家居控制系统机智云

下方为实物展示图片

三、硬件功能介绍

2.1 硬件清单：

  • STM32F103C8T6
  • OLED显示
  • 光照采集
  • DHT11温湿度采集
  • 大气压强监测
  • 烟雾传感器
  • 一氧化碳传感器
  • 空气质量传感器
  • 声光报警
  • 步进电机驱动
  • ESP8266 WIFI模块

2.2 功能介绍：

（1）温度检测
（2）湿度检测
（3）光照强度检测
（4）空气质量检测
（5）烟雾浓度检测
（6）一氧化碳检测
（7）气压检测
（8）按键设置阈值，蜂鸣器报警
（9）OLED 实时显示数值
（10）自动控制 灯光和窗帘当光照强度低于阈值自动开启
（11）WIFI模块连接机智云手机 APP
（12）APP 手动控制灯光、窗帘的开关

四、软件设计流程图

五、硬件PCB展示

六、软件主函序展示

复制代码 
#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "oled.h"
#include "adcx.h"
#include "bmp280.h"
#include "sensormodules.h"
#include "dht11.h"
#include "key.h"
#include "tim2.h"
#include "motor.h"
#include "led.h"
#include "usart.h"

SensorModules sensorData;			//声明传感器模块的结构体变量
SensorThresholdValue Sensorthreshold;	//声明传感器阈值结构体变量

#define KEY_Long1	11

#define KEY_1	1
#define KEY_2	2
#define KEY_3	3
#define KEY_4	4



uint8_t motorFlag = 0;
uint8_t oledPages = 1;	//系统显示页面
uint8_t model;	//系统模式

typedef enum 
{
	DISPLAY_PAGE1 = 1,
	DISPLAY_PAGE2,
	SETTINGS_PAGE
} OLED_PAGES;

/**
  * @brief  显示菜单1的固定内容
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void OLED_Menu1(void)
{
	//显示"温度：  C"
	OLED_ShowChinese(1,1,48);
	OLED_ShowChinese(1,2,49);
	OLED_ShowChar(1,5,':');
	OLED_ShowChar(1,8,'C');

	//显示"湿度:   %"
	OLED_ShowChinese(1,5,50);
	OLED_ShowChinese(1,6,51);
	OLED_ShowChar(1,13,':');	
	OLED_ShowChar(1,16,'%');

	//显示"光照强度：  Lux"
	OLED_ShowChinese(2, 1, 8);
	OLED_ShowChinese(2, 2, 9);	
	OLED_ShowChinese(2, 3, 10);
	OLED_ShowChinese(2, 4, 11);	
	OLED_ShowChar(2, 9, ':');
	OLED_ShowString(2, 14, "Lux");

	//显示"大气压强： "
	OLED_ShowChinese(3, 1, 12);
	OLED_ShowChinese(3, 2, 13);
	OLED_ShowChinese(3, 3, 14);
	OLED_ShowChinese(3, 4, 15);
	OLED_ShowChar(3, 9, ':');
	OLED_ShowString(3, 14, "hPa");

	//显示"系统模式："
	OLED_ShowChinese(4, 1, 28);
	OLED_ShowChinese(4, 2, 29);
	OLED_ShowChinese(4, 3, 30);
	OLED_ShowChinese(4, 4, 31);	
	OLED_ShowChar(4, 9, ':');
}

/**
  * @brief  显示菜单2的固定内容
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void OLED_Menu2(void)
{
	//显示"烟雾浓度：  ppm"
	OLED_ShowChinese(1, 1, 20);
	OLED_ShowChinese(1, 2, 21);
	OLED_ShowChinese(1, 3, 22);
	OLED_ShowChinese(1, 4, 23);	
	OLED_ShowChar(1, 9, ':');
	OLED_ShowString(1,13,"ppm");

	//显示"一氧化碳：  ppm"
	OLED_ShowChinese(2, 1, 16);
	OLED_ShowChinese(2, 2, 17);
	OLED_ShowChinese(2, 3, 18);
	OLED_ShowChinese(2, 4, 19);	
	OLED_ShowChar(2, 9, ':');
	OLED_ShowString(2,13,"ppm");	

	//显示"空气质量：  ppm"
	OLED_ShowChinese(3, 1, 24);
	OLED_ShowChinese(3, 2, 25);
	OLED_ShowChinese(3, 3, 26);
	OLED_ShowChinese(3, 4, 27);	
	OLED_ShowChar(3, 9, ':');
	OLED_ShowString(3,13,"ppm");		
}

/**
  * @brief  显示菜单1的传感器数据
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void SensorDataDisplay1(void)
{
	//显示温度数据
	OLED_ShowNum(1, 6, sensorData.temp, 2);

	//显示湿度数据
	OLED_ShowNum(1, 14, sensorData.humi, 2);

	//显示光照强度数据
	OLED_ShowNum(2, 10, sensorData.lux, 4);	

	//显示大气压强数据
	OLED_ShowNum(3, 10, 1020, 4);


	//显示系统状态数据
	if (!model)
	{
		OLED_ShowChinese(4, 6, 36);
		OLED_ShowChinese(4, 7, 37);		
	}
	else
	{
		OLED_ShowChinese(4, 6, 32);
		OLED_ShowChinese(4, 7, 33);			
	}
}

/**
  * @brief  显示菜单2的传感器数据
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void SensorDataDisplay2(void)
{

	//显示烟雾浓度数据
	OLED_ShowNum(1, 10, sensorData.smoke, 3);	

	//显示一氧化碳数据
	OLED_ShowNum(2, 10, sensorData.CO, 3);	

	//显示空气质量数据
	OLED_ShowNum(3, 10, sensorData.AQI, 3);
}

/**
  * @brief  显示系统阈值设置界面1
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void OLED_SetInterfacevoid(void)
{
	//显示"光照阈值"
	OLED_ShowChinese(1, 2, 8);
	OLED_ShowChinese(1, 3, 9);	
	OLED_ShowChinese(1, 4, 42);
	OLED_ShowChinese(1, 5, 43);	
	OLED_ShowChar(1, 11, ':');

	//显示"烟雾阈值"
	OLED_ShowChinese(2, 2, 20);
	OLED_ShowChinese(2, 3, 21);	
	OLED_ShowChinese(2, 4, 42);
	OLED_ShowChinese(2, 5, 43);	
	OLED_ShowChar(2, 11, ':');

	//显示"一氧化碳阈值"
	OLED_ShowString(3, 3, "CO");
	OLED_ShowChinese(3, 4, 42);
	OLED_ShowChinese(3, 5, 43);	
	OLED_ShowChar(3, 11, ':');

	//显示"空气质量阈值"
	OLED_ShowString(4, 3, "AQI");
	OLED_ShowChinese(4, 4, 42);
	OLED_ShowChinese(4, 5, 43);	
	OLED_ShowChar(4, 11, ':');

	//显示光照阈值数值
	OLED_ShowNum(1, 12, Sensorthreshold.luxValue, 4);

	//显示烟雾阈值数值
	OLED_ShowNum(2, 12, Sensorthreshold.smokeValue, 3);

	//显示一氧化碳阈值数值
	OLED_ShowNum(3, 12, Sensorthreshold.COValue, 3);

	//显示空气质量阈值数值
	OLED_ShowNum(4, 12, Sensorthreshold.AQIValue, 3);
}

/**
  * @brief  记录阈值界面下按KEY1的次数
  * @param  无
  * @retval 返回次数
  */
uint8_t SetSelection(void)
{
	static uint8_t count = 1;
	if(KeyNum == KEY_1)
	{
		KeyNum = 0;
		count++;
		if (count > 4)
		{
			count = 1;
		}
	}
	return count;
}

/**
  * @brief  显示阈值界面的选择符号
  * @param  num 为显示的位置
  * @retval 无
  */
void OLED_Option(uint8_t num)
{
	switch(num)
	{
		case 1:	
			OLED_ShowChar(1,1,'>');
			OLED_ShowChar(2,1,' ');
			OLED_ShowChar(3,1,' ');
			OLED_ShowChar(4,1,' ');
			break;
		case 2:	
			OLED_ShowChar(1,1,' ');
			OLED_ShowChar(2,1,'>');
			OLED_ShowChar(3,1,' ');
			OLED_ShowChar(4,1,' ');
			break;
		case 3:	
			OLED_ShowChar(1,1,' ');
			OLED_ShowChar(2,1,' ');
			OLED_ShowChar(3,1,'>');
			OLED_ShowChar(4,1,' ');
			break;
		case 4:	
			OLED_ShowChar(1,1,' ');
			OLED_ShowChar(2,1,' ');
			OLED_ShowChar(3,1,' ');
			OLED_ShowChar(4,1,'>');
			break;
		default: break;
	}
}

/**
  * @brief  对阈值界面的传感器阈值进行修改
  * @param  num 为当前用户需要更改的传感器阈值位置
  * @retval 无
  */
void ThresholdModification(uint8_t num)
{
	switch (num)
	{
		case 1:
			if (KeyNum == KEY_3)
			{
				KeyNum = 0;
				Sensorthreshold.luxValue += 10;
				if (Sensorthreshold.luxValue > 2000)
				{
					Sensorthreshold.luxValue = 0;
				}
			}
			else if (KeyNum == KEY_4)
			{
				KeyNum = 0;
				Sensorthreshold.luxValue -= 10;
				if (Sensorthreshold.luxValue > 2000)
				{
					Sensorthreshold.luxValue = 2000;
				}				
			}
			break;

		case 2:
			if (KeyNum == KEY_3)
			{
				KeyNum = 0;
				Sensorthreshold.smokeValue += 10;
				if (Sensorthreshold.smokeValue > 500)
				{
					Sensorthreshold.smokeValue = 0;
				}
			}
			else if (KeyNum == KEY_4)
			{
				KeyNum = 0;
				Sensorthreshold.smokeValue -= 10;
				if (Sensorthreshold.smokeValue > 500)
				{
					Sensorthreshold.smokeValue = 500;
				}				
			}	
			break;
		case 3:
			if (KeyNum == KEY_3)
			{
				KeyNum = 0;
				Sensorthreshold.COValue += 10;
				if (Sensorthreshold.COValue > 500)
				{
					Sensorthreshold.COValue = 0;
				}
			}
			else if (KeyNum == KEY_4)
			{
				KeyNum = 0;
				Sensorthreshold.COValue -= 10;
				if (Sensorthreshold.COValue > 500)
				{
					Sensorthreshold.COValue = 500;
				}				
			}
			break;
		case 4:
			if (KeyNum == KEY_3)
			{
				KeyNum = 0;
				Sensorthreshold.AQIValue += 10;
				if (Sensorthreshold.AQIValue > 500)
				{
					Sensorthreshold.AQIValue = 0;
				}
			}
			else if (KeyNum == KEY_4)
			{
				KeyNum = 0;
				Sensorthreshold.AQIValue -= 10;
				if (Sensorthreshold.AQIValue > 500)
				{
					Sensorthreshold.AQIValue = 500;
				}				
			}
			break;
		default: break;		
	}
}

/**
  * @brief  根据标志位控制步进电机的运行
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void MotorOperation(void)
{
	if (motorFlag == 1)
	{
		MOTOR_Direction_Angle(1, 0, 90, 1);
	}
	else if (motorFlag == 2)
	{
		MOTOR_Direction_Angle(0, 0, 90, 1);
	}

}

/**
  * @brief  传感器数据扫描
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void SensorScan(void)
{
	DHT11_Read_Data(&sensorData.humi, &sensorData.temp);
	Get_Average_LDR_LUX(&sensorData.lux);
	Get_Average_MQ2_PPM(&sensorData.smoke);
	Get_Average_MQ7_PPM(&sensorData.CO);
	Get_Average_MQ135_PPM(&sensorData.AQI);
	sensorData.hPa = (uint32_t)BMP280_Get_Pressure();
}


int main(void)
{
	ADCX_Init();
  Timer2_Init(9,14398);
	Uart2_Init(9600);
	Uart1_Init(115200);

	OLED_Init();
	Bmp_Init();
	DHT11_Init();
	Key_Init();
	MOTOR_Init();
	LED_Init();
	Buzzer_Init();

	while (1)
	{

		SensorScan();	//获取传感器数据

		switch (oledPages)
		{
			case DISPLAY_PAGE1:
				OLED_Menu1();	//显示主页面1固定信息
				SensorDataDisplay1();//显示传感器1数据
				MotorOperation();

				/*按键按下时进入主页面2*/
				if (KeyNum == KEY_2)
				{
					KeyNum = 0;
					oledPages = DISPLAY_PAGE2;
					OLED_Clear();
				}

				/*按键按下时切换模式*/
				if (KeyNum == KEY_1)
				{
					KeyNum = 0;

					model = !model;
					if (!model)
					{
						LED_OFF();
						Buzzer_OFF();
					}
				}

				/*按键按下时进入阈值设计界面*/
				if (KeyNum == KEY_Long1)
				{
					KeyNum = 0;
					oledPages = SETTINGS_PAGE;
					OLED_Clear();
				}
				break;

			case DISPLAY_PAGE2:
				OLED_Menu2();
				SensorDataDisplay2();
				MotorOperation();

				/*按键按下时进入主页面2*/
				if (KeyNum == KEY_2)
				{
					KeyNum = 0;
					oledPages = DISPLAY_PAGE1;
					OLED_Clear();
				}				
				break;

			case SETTINGS_PAGE:
				OLED_SetInterfacevoid();	//显示阈值设置界面的固定内容
				OLED_Option(SetSelection());	//实现阈值设置页面的选择功能
				ThresholdModification(SetSelection());	//实现阈值调节功能	

				//判断是否退出阈值设置界面
				if (KeyNum == KEY_2)
				{
					KeyNum = 0;
					oledPages = DISPLAY_PAGE1;	//跳转到主界面
					OLED_Clear();	//清屏
				}
				break;
			default: break;
		}				
	}
}

七、单片机实物资料

资料获取 查看主页介绍：兆龙电子单片机设计

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