基于stm32的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

基于stm32的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘要：物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)概念已經(jīng)提出有二十多個(gè)年頭了，當(dāng)時(shí)由于受限于網(wǎng)絡(luò)不成熟、硬件和傳感器設(shè)備的發(fā)展沒有被重視。然而在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成熟、傳感器設(shè)備強(qiáng)大的今天，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸進(jìn)入人們的眼簾，與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)得到了國(guó)家的大力支持。智能家居在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域里扮演者重要的角色，家居發(fā)展正在逐步向智能化靠攏。 本文從歷次的工業(yè)革命分析得出，新技術(shù)能夠改變一個(gè)時(shí)代的發(fā)展，現(xiàn)在我們正處于第四次工業(yè)革命的浪潮中，出現(xiàn)了技術(shù)井噴的現(xiàn)象，如物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、新能源技術(shù)、3D打印、人工智能等。智能家居是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在家居領(lǐng)域的體現(xiàn)，將在這個(gè)時(shí)代大放光彩。 順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的浪潮，本人設(shè)計(jì)了一個(gè)以STM32F103VC8T6為主控的智能家居應(yīng)用系統(tǒng)。此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制家電，并將采集的溫濕度信息上傳云端，然后下發(fā)給APP。用戶能夠在APP上遠(yuǎn)程改變家電的狀態(tài)。關(guān)鍵詞：STM32，智能家居，物聯(lián)網(wǎng)

Designandimplementationofsmarthomesystembasedonstm32Abstract:TheconceptoftheInternetofthingshasbeenaroundformorethantwodecades,whenthedevelopmentofhardwareandsensorequipmentwasnottakenseriouslyduetotheimmaturityofthenetwork.However,withthematurenetworktechnologyandpowerfulsensorequipment,theInternetofthingstechnologyhasgraduallycomeintopeople'seyes,andtheindustriesrelatedtotheInternetofthingshavebeenstronglysupportedbythestate.SmarthomeplaysanimportantroleinthefieldofInternetofthings.Fromtheanalysisofpreviousindustrialrevolutions,thispaperconcludesthatnewtechnologiescanchangethedevelopmentofanera.Nowweareinthewaveofthefourthindustrialrevolution,andtherehasbeenatechnologicalblowout,suchasInternetofthingstechnology,newenergytechnology,3Dprinting,artificialintelligenceandsoon.SmarthomeistheembodimentoftheInternetofthingstechnologyinthehomefield,thiserawillbebrilliant.WiththetideofthedevelopmentofTheTimes,IdesignedasmarthomeapplicationsystemwithSTM32F103VC8T6asthemaincontrol.Thissystemrealizesremotecontrolofhouseholdappliances,anduploadsthecollectedtemperatureandhumidityinformationtothecloud,andthensendsittotheAPP.UserscanremotelychangethestatusofappliancesontheAPP.Keywords：STM32，SmartHome，Internetofthings

目錄1 緒論 緒論研究背景和意義背景分析人類文明起源至今，共經(jīng)歷過三次加快社會(huì)工業(yè)化進(jìn)程的工業(yè)革命，每一次工業(yè)革命都是人類發(fā)展史上濃重的一筆，深深影響著未來(lái)社會(huì)的發(fā)展和未來(lái)社會(huì)格局。第一次工業(yè)革命，蒸汽機(jī)被發(fā)明和使用大大的促進(jìn)社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，并預(yù)示著傳統(tǒng)手工業(yè)、交通將會(huì)逐漸被蒸汽機(jī)取代。由于第一次工業(yè)革命促西歐國(guó)家的生產(chǎn)力，從而加快西歐國(guó)家的資本主義進(jìn)程，經(jīng)濟(jì)得到快速發(fā)展，于是在此前提下掀起了第二次工業(yè)革命。第二次工業(yè)革命主要產(chǎn)物就是電力，在當(dāng)今社會(huì)電力和石油是人類社會(huì)發(fā)展運(yùn)作的主要能源，如果全球斷電社會(huì)將會(huì)出現(xiàn)不可預(yù)料的動(dòng)蕩，電子設(shè)備停運(yùn)社會(huì)治安不能得到保證，違法犯罪事件將會(huì)頻發(fā)。第三次科技革命是新技術(shù)發(fā)明與發(fā)展的大爆發(fā)，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的重要因素是當(dāng)時(shí)世界處于相對(duì)和平的時(shí)代、工業(yè)化程度日漸加深，帶來(lái)了科技與經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展。第三次科技革命時(shí)期發(fā)明了原子能、電子計(jì)算機(jī)、空間技術(shù)和生物工程，這些技術(shù)的發(fā)明加深社會(huì)的工業(yè)程度。隨著科技的發(fā)展，我們迎來(lái)了第四次工業(yè)革命，從歷次的工業(yè)革命中可以得出一個(gè)結(jié)論：新型技術(shù)是未來(lái)社會(huì)發(fā)展的核心。在即將到來(lái)的第四次工業(yè)革命中，突破性技術(shù)熱點(diǎn)更是層出不窮：人工智能、生命科學(xué)、物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器人、新能源、新材料、3D打印等。孫麗娜孫麗娜.打開第四次工業(yè)革命的神奇鑰匙[N].中國(guó)證券報(bào),2020-01-18(A06).物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是第四次工業(yè)革命的核心技術(shù)之一，近幾年物聯(lián)網(wǎng)熱度不斷上升，同樣智能家居作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用之一，同樣被社會(huì)關(guān)注。智能家居概念早就被提出，由于受限于當(dāng)時(shí)的軟硬件技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一沒有被重視。在如今網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成熟，傳感器豐富且穩(wěn)定，智能家居再次被人們所重視。據(jù)調(diào)查歐美國(guó)家有一半的家庭已經(jīng)在使用智能家居了，但是在中國(guó)只有3%左右的家庭使用智能家居，對(duì)此我國(guó)一些大企業(yè)都致力于開發(fā)智能家居產(chǎn)品。如小米開發(fā)的智能家居產(chǎn)品，能夠通過小愛同學(xué)和手機(jī)APP控制家電；阿里巴巴開發(fā)的智能酒店，用戶可通過天貓精靈控制酒店環(huán)境。本課題的研究意義科技的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使得社會(huì)高速發(fā)展，并且也在潛移默化的改變?nèi)藗兊纳盍?xí)慣與生活方式。隨著人民生活質(zhì)量的提高，人們對(duì)家居環(huán)境和家電得智能化程度要求越來(lái)越高，對(duì)于住所人們不再滿足于它是遮風(fēng)擋雨的場(chǎng)所，人們希望能夠住所能夠更加舒適和溫馨，空調(diào)和冰箱的廣泛使用，充分證明此觀點(diǎn)。智能家居提供智能化管理，降低家電控制的繁瑣性，用戶可以充分地、高效地利用資源，減少家庭日常生活中的能耗。而且在當(dāng)今社會(huì)環(huán)境下，人們更注重環(huán)保與養(yǎng)生，對(duì)此用戶可通過智能家居來(lái)監(jiān)控室內(nèi)溫度、濕度、PM2.5等，實(shí)時(shí)檢測(cè)家居空氣質(zhì)量，提前采取相應(yīng)的措施。通過智能家居設(shè)計(jì)可以了解智能家居的發(fā)展前景和方向，并且對(duì)大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的擴(kuò)展與鞏固，做到學(xué)以致用，同時(shí)還能夠積累各種傳感器是使用經(jīng)驗(yàn)，提升自身能力。課題研究方法和內(nèi)容研究方法本課題使用的研究方法如下： 調(diào)查法：調(diào)查智能家居的發(fā)展歷程與市場(chǎng)前景，并且調(diào)查智能家居的成功案例，了解成功案例的功能以及實(shí)現(xiàn)方法。 文獻(xiàn)研究法：通過網(wǎng)絡(luò)、書籍、論文、報(bào)刊等途徑，了解智能家居的市場(chǎng)前景、推廣程度、以及研發(fā)歷程。提前了解智能家居的市場(chǎng)需求和技術(shù)需求，為下一步程序設(shè)計(jì)、編寫、調(diào)試提供明確的方向。 實(shí)驗(yàn)法：實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虬l(fā)現(xiàn)、確認(rèn)事務(wù)之間聯(lián)系。通過調(diào)查和文獻(xiàn)研究可以了解到智能家居的基本功能，根據(jù)智能家居的基本功能，再結(jié)合自身能力動(dòng)手設(shè)計(jì)智能家居系統(tǒng)應(yīng)用，主要涉及系統(tǒng)邏輯設(shè)計(jì)、代碼編寫、接口設(shè)計(jì)、傳感器使用。研究?jī)?nèi)容本論文一共分為五個(gè)部分，具體內(nèi)容安排如下：第1章：緒論。主要介紹論文的研究背景，從工業(yè)革命角度分析智能家居的歷史背景、發(fā)展前景。同時(shí)也分析智能家居在第四次工業(yè)革命中扮演的角色，得出智能家居的研究意義。第2章：系統(tǒng)分析。對(duì)智能家居課題的系統(tǒng)需求分析，通過調(diào)查研究，對(duì)智能家居系統(tǒng)的綜合描述、市場(chǎng)需求分析、功能需求分析、技術(shù)可行性。第3章：智能家居硬件設(shè)計(jì)。根據(jù)需求分析確認(rèn)本課題研究?jī)?nèi)容的主要功能及實(shí)現(xiàn)方法，進(jìn)行總體功能設(shè)計(jì)。然后進(jìn)行CPU選型，傳感器其等外設(shè)的選擇。根據(jù)外設(shè)選擇進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，首先根據(jù)所選外設(shè)的通信方式來(lái)進(jìn)行GPIO口的選擇。第4章：智能家居軟件設(shè)計(jì)。首先，先規(guī)劃系統(tǒng)流程。其次，編寫各個(gè)模塊的底層驅(qū)動(dòng)。然后，STM32利用ESP8266接入機(jī)智云平臺(tái)。最后，根據(jù)系統(tǒng)流程圖編寫代碼。第5章：系統(tǒng)測(cè)試。配置好開發(fā)板串口1，方便用來(lái)打印調(diào)試信息。開始調(diào)試各個(gè)模塊，并用串口1打印調(diào)試信息。模塊調(diào)試通過后，編寫系統(tǒng)流程代碼并調(diào)試。第6章：結(jié)論?？偨Y(jié)本次智能家居應(yīng)用設(shè)計(jì)的收獲、困難和不足。系統(tǒng)分析需求分析市場(chǎng)需求由十九大的報(bào)告可以看出，人們的生活水平在上升，人們生活所需物質(zhì)豐富。為此，人們將會(huì)有更多更好的物質(zhì)需求。衣食住行與人們密切相關(guān)，智能家居就是“住”的表現(xiàn)之一。未來(lái)智能家居能夠普及到每一個(gè)家庭，到那時(shí)人們不會(huì)覺得智能家居是虛幻的、難以理解的，它是被人們理解和所需的。目前家居都在向智能靠攏，就拿洗衣機(jī)來(lái)說(shuō)從當(dāng)初的半自動(dòng)升級(jí)為全自動(dòng)，而現(xiàn)在正在向智能靠攏，用戶可用手機(jī)APP選擇洗衣機(jī)的洗衣、甩干、消毒等功能。隨著科技發(fā)展，智能家居將會(huì)進(jìn)一步完善。智能家居的研發(fā)成本和生產(chǎn)成本將會(huì)越來(lái)越低，這也就預(yù)示著將來(lái)大部分家庭都會(huì)進(jìn)入智能化時(shí)代。到那時(shí)，智能家居系統(tǒng)將會(huì)更加智能，它將會(huì)被植入AI技術(shù)實(shí)現(xiàn)人工智能，從而擺脫事事都需要人為操作的時(shí)代，如它可以根據(jù)大數(shù)據(jù)分析用戶每個(gè)時(shí)間段在家里某個(gè)房間停留的時(shí)間長(zhǎng)度、時(shí)間段、頻率，并結(jié)合當(dāng)前溫濕度，通風(fēng)條件等因素來(lái)智能控制房間里的各種參數(shù)，實(shí)現(xiàn)AI智能管理。在未來(lái)隨著智能家居的智能化程度提升，智能家居的市場(chǎng)需求將會(huì)越來(lái)越廣闊，智能家居技術(shù)相當(dāng)于在家雇傭了一個(gè)電子保姆，全年無(wú)休為用戶提供最全面的服務(wù)。功能需求智能照明控制：燈光是一個(gè)家庭中最基礎(chǔ)的部分，生活中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)忘關(guān)燈現(xiàn)象，用戶就希望能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制燈光的亮滅，減少能源損耗。智能門窗控制：每天手動(dòng)開啟窗簾太過于繁瑣，并且用戶希望外出時(shí)可通過APP查看窗簾狀態(tài)，根據(jù)用戶需求實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，可以使用APP按照百分比來(lái)控制窗簾。進(jìn)入家里需要用到鑰匙開啟，有時(shí)忘帶鑰匙鎖在門外，用戶希望通過密碼鎖、指紋鎖或手機(jī)APP控制門的開啟與關(guān)閉，能夠有效解決被鎖門外的情況。智能環(huán)境控制：家居環(huán)境是否舒適是判定智能家居系統(tǒng)好壞的重要指標(biāo)之一。氣候隨著季節(jié)而變化，溫度濕度都會(huì)發(fā)生變化，用戶希望系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集室內(nèi)溫濕度，并將溫濕度顯示在屏幕上，用戶可根據(jù)自己需求控制室內(nèi)溫度和濕度。目前絕大部分家庭都在使用煤氣，室內(nèi)氣體環(huán)境監(jiān)控也被人們需求，人們希望能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)煤氣是否泄漏，是否失火。系統(tǒng)將警報(bào)實(shí)時(shí)上報(bào)，用戶可以第一時(shí)間知道警報(bào)信息?？尚行苑治黾夹g(shù)可行性分析本次課題設(shè)計(jì)外設(shè)用到的GPIO口較多，STM32F103VC8T6有100引腳，其最高主頻能夠達(dá)到72MHz,具有處理能力強(qiáng)、處理效率高等特點(diǎn)。因此選擇STM32作為主控。本次課程設(shè)計(jì)運(yùn)用到的外設(shè)都是市面上常見的模塊，能夠穩(wěn)定運(yùn)行于STM32開發(fā)板。通過功能需求分析本次設(shè)計(jì)需要用到溫濕度測(cè)量技術(shù)、煙霧測(cè)量技術(shù)、指紋識(shí)別技術(shù)、遠(yuǎn)程控制等技術(shù)，利用遠(yuǎn)程技術(shù)將數(shù)據(jù)上傳云端，然后下發(fā)給APP，各外設(shè)與STM32使用SPI、UART通信，所用技術(shù)都是學(xué)校和公司實(shí)習(xí)所學(xué)。智能家居硬件設(shè)計(jì)通過技術(shù)可行性分析，確定本次課題設(shè)計(jì)的功能是STM32采集溫濕度數(shù)據(jù)，并在LCD屏幕上顯示溫度和濕度；采集煙霧數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能；采集指紋實(shí)現(xiàn)指紋開鎖功能；語(yǔ)音播報(bào)模塊在系統(tǒng)中充當(dāng)提示工具；通信模塊實(shí)現(xiàn)用戶與單片機(jī)之間的遠(yuǎn)程交互。總體設(shè)計(jì)根據(jù)課題設(shè)計(jì)功能描述，設(shè)計(jì)智能家居系統(tǒng)，此系統(tǒng)主要架構(gòu)通過STM32采集溫濕度數(shù)據(jù)上報(bào)給機(jī)智云，并使用LCD顯示溫濕度；指紋模塊控制門的開、關(guān)；采集煙霧值監(jiān)控家居環(huán)境；APP端顯示溫濕度，可控制門、窗簾和LED燈。如圖3-1是智能家居系統(tǒng)架構(gòu)圖。圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s11智能家居系統(tǒng)架構(gòu)圖根據(jù)圖3-1，最終確定本次實(shí)驗(yàn)用到的外設(shè)模塊分別為DHT11溫濕度模塊、MQ2煙霧模塊、AS608指紋模塊、LCD模塊(JXL12864)、語(yǔ)音播報(bào)模塊(JQ8900)、LED燈、ESP8266通信模塊以及步進(jìn)電機(jī)。結(jié)合功能需求和系統(tǒng)架構(gòu)圖，可將整個(gè)系統(tǒng)使用的硬件分為四個(gè)模塊，分別為燈光模塊、環(huán)境模塊、門控模塊、窗簾控制模塊。表3-1列舉出各模塊所需外設(shè)。模塊硬件設(shè)計(jì)通用模塊硬件設(shè)計(jì)根據(jù)表格3-1可得知，系統(tǒng)模塊所需外設(shè)中有兩個(gè)通用模塊，分別為通信模塊和語(yǔ)音播報(bào)模塊。語(yǔ)音模塊在系統(tǒng)中起輔助功能，通信模塊功能是與機(jī)智云通信的介質(zhì)。表STYLEREF1\s3SEQ表\*ARABIC\s11系統(tǒng)模塊所需外設(shè)系統(tǒng)模塊涉及到的外設(shè)模塊燈光模塊LEDJQ8900語(yǔ)音播報(bào)ESP8266按鍵環(huán)境模塊DHT11溫濕度JQ8900語(yǔ)音播報(bào)ESP8266MQ2煙霧LCD門控模塊步進(jìn)電機(jī)JQ8900語(yǔ)音播報(bào)ESP8266指紋模塊按鍵窗簾控制模塊步進(jìn)電機(jī)JQ8900語(yǔ)音播報(bào)ESP8266JQ8900語(yǔ)音播報(bào)模塊支持MP3、WAV硬件解碼，支持FAT文件系統(tǒng)。JQ8900擁有24位DAC輸出，并且其內(nèi)部采用DSP硬件解碼。并且控制模式多樣，不僅支持按鍵控制，而且支持串口指令模式。程序員可以通過串口發(fā)送相關(guān)指令達(dá)到語(yǔ)音的多樣化控制，如順序播放、循環(huán)播放、指定播放等功能。圖3-2是JQ8900與STM32連接的原理圖。圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s12JQ8900應(yīng)用原理圖在本系統(tǒng)中語(yǔ)音播報(bào)模塊使用串口與STM32通信，JQ8900與STM32的接口分別為PB10和PB11，它在系統(tǒng)中的作用是播報(bào)提示信息和警告信息，來(lái)輔助系統(tǒng)功能。ESP8266原理圖如圖3-3所示。通訊模塊是STM32與機(jī)智云之間通信的橋梁。在此系統(tǒng)中ESP8266負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的上傳和下發(fā)，其功能類似于路由器。ESP8266不僅性價(jià)比高、適用范圍廣且性能穩(wěn)定，能夠適應(yīng)各種操作環(huán)境，而且存儲(chǔ)速度快和處理能力強(qiáng)。ESP8266與STM32通過串口通信，它們之間的接口定義如表3-2所示。表STYLEREF1\s3SEQ表格\*ARABIC\s12ESP8266接口定義STM32接口ESP8266接口PA2(TX)RXPA3(RX)TX圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s13ESP8266原理圖燈光模塊硬件設(shè)計(jì)LED燈主要作為模擬燈光和提示燈來(lái)使用，對(duì)應(yīng)接口為PA1、PC1、PC2、PC4、PC5。用LED燈來(lái)模擬家庭環(huán)境燈光、提示燈和警報(bào)燈。其中警報(bào)燈配合系統(tǒng)中的環(huán)境模塊使用，提示燈配合通信模塊使用。環(huán)境模塊硬件設(shè)計(jì)環(huán)境模塊分為溫濕度部分、煙霧部分、語(yǔ)音模塊和LCD點(diǎn)陣屏模塊。根據(jù)需求和性價(jià)比，溫濕度模塊選擇使DHT11，煙霧傳感器使用MQ2-135，LCD使用JLX12864。DHT11溫濕度傳感器有專用的采集技術(shù)，保證數(shù)據(jù)的可靠性。DHT11模塊具有長(zhǎng)期穩(wěn)定性、封裝簡(jiǎn)單、誤差率小、接線簡(jiǎn)單、低功耗和響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，并且它的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，可用于家庭、教育、工業(yè)、玩具等領(lǐng)域。溫濕度模塊共有3個(gè)接口，其中兩個(gè)接口為模塊供電，還有一個(gè)接口（DATA）用來(lái)數(shù)據(jù)傳輸。STM32通過PA4與DHT11模塊的DO口連接，DHT11與STM32之間使用單總線進(jìn)行通信，DO既是發(fā)送口，又是接收口。原理圖如圖3-4所示。圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s14DHT11原理圖MQ2靈敏度極高，使用時(shí)操作簡(jiǎn)單，并且它檢測(cè)范圍廣能夠有效檢測(cè)煙霧、酒精、液化氣等有害氣體，所以MQ2被廣泛應(yīng)用于家庭、工廠、酒店等場(chǎng)所。本次實(shí)驗(yàn)中煙霧傳感器主要作用是檢測(cè)一氧化碳等有毒氣體是否超標(biāo)，在此實(shí)驗(yàn)中用到的是DO口，即空氣中的有害氣體達(dá)到一定值時(shí)DO口由高電平轉(zhuǎn)換為低電平。MQ2的DO口與STM32的PA0相接，只要檢測(cè)PA0口的狀態(tài)就能實(shí)現(xiàn)家庭環(huán)境報(bào)警功能。當(dāng)環(huán)境中有害氣體超標(biāo)時(shí)調(diào)用語(yǔ)音播報(bào)模塊和通信，并開啟警報(bào)燈將警報(bào)信息上傳APP，使用按鍵解除煙霧警報(bào)，解除警報(bào)的接口為PA5。MQ2與STM32的原理圖如圖3-5所示。圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s15MQ2原理圖LCD模塊選用JLX12864，JLX12864是黑白點(diǎn)陣屏，這款芯片功能并不算很強(qiáng)大，不帶字庫(kù)，并且最多只能顯示32個(gè)中文文字。但是芯片價(jià)格便宜，并且本次實(shí)驗(yàn)只是用來(lái)顯示溫濕度數(shù)據(jù)，不需要使用太多中文，完全可以不使用字庫(kù)，從而降低產(chǎn)品成本。JLX12864與STM32使用SPI串口通信，JLX12864與STM32之間的接口定義如表3-3所示，LCD模塊原理圖如圖3-6所示。表STYLEREF1\s3SEQ表格\*ARABIC\s13JLX12864接口定義STM32接口LCD模塊接口PB5CSPB6SIDPB7SCLKPB8RSBPB9PSB圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s16JLX12864與STM32的接口原理圖窗簾控制模塊硬件設(shè)計(jì)窗簾控制由步進(jìn)電機(jī)、JQ8900語(yǔ)音播報(bào)、ESP8266共同完成開啟和關(guān)閉窗簾操作，APP通過ESP8226下發(fā)窗簾開啟程度百分比，控制窗簾狀態(tài)。窗簾控制DRV8833與STM32之間的接口定義如表3-6所示。表STYLEREF1\s3SEQ表\*ARABIC\s12窗簾控制DRV8833接口定義STM32接口DRV8833接口PD8INT1PD9INT2PD10INT3PD11INT4圖STYLEREF1\s3SEQ圖\*ARABIC\s17DRV8833電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖門控模塊硬件設(shè)計(jì)根據(jù)表3-1可知門控模塊需要用到的外設(shè)有步進(jìn)電機(jī)、JQ8900語(yǔ)音播報(bào)、指紋模塊、ESP8266通信模塊和按鍵。門控模塊主要實(shí)現(xiàn)的功能：指紋、按鍵、APP控制門的開啟和關(guān)閉，JQ8900播報(bào)提示信息。指紋模塊選用的是AS608光學(xué)指紋識(shí)別模塊，這款新片擁有內(nèi)部存儲(chǔ)設(shè)備，斷電數(shù)據(jù)不丟失，并且最多能夠存取300個(gè)指紋。AS608能精準(zhǔn)快速識(shí)別指紋，并且這款新片集成了指紋識(shí)別算法開發(fā)人員不用去研究指紋識(shí)別的復(fù)雜算法，通過串口發(fā)送指令完成指紋刪除、錄入和識(shí)別功能，此產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于家庭、企業(yè)、門禁等場(chǎng)所。AS608與STM32之間的接口定義如表3-4所示。表STYLEREF1\s3SEQ表格\*ARABIC\s14AS608接口定義STM32接口AS608接口PA6WAKPC10(TX)RXPC11(RX)TX步進(jìn)電機(jī)選用5線4相步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)能夠?qū)πD(zhuǎn)角度進(jìn)行調(diào)控，并且它的力矩大能穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)門窗系統(tǒng)。步進(jìn)電機(jī)需要用到驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)，本次實(shí)驗(yàn)選用DRV8833作為驅(qū)動(dòng)芯片，根據(jù)圖3-7可知DRV8833具備低功耗、短路保護(hù)、故障保護(hù)等功能，并且DRV8833提供較好的穩(wěn)定性，能夠穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。門控DRV8833與STM32之間的接口定義如表3-5所示。表STYLEREF1\s3SEQ表格\*ARABIC\s15門控DRV8833接口定義STM32接口門控DRV8833接口PD4INT1PD5INT2PD6INT3PD7INT4智能家居軟件設(shè)計(jì)智能家居邏輯由以下幾點(diǎn)構(gòu)成：燈光模塊設(shè)計(jì)：用LED燈模擬家庭燈光，用戶通過APP控制LED的亮滅，開或關(guān)燈操作完成后語(yǔ)音提示當(dāng)前燈光狀態(tài)。環(huán)境模塊設(shè)計(jì)：MQ2煙霧傳感器檢測(cè)廚房CO是否泄漏，如果濃度超標(biāo)開啟警報(bào)燈，將警報(bào)信息上傳機(jī)智云，并播報(bào)警報(bào)信息，當(dāng)警報(bào)信息處理后用戶可通過按鍵關(guān)閉警報(bào)燈。利用定時(shí)器每小時(shí)采集一次溫濕度數(shù)據(jù)，將溫濕度數(shù)據(jù)上報(bào)機(jī)智云并且顯示在LCD屏幕上，并且判斷溫度是否在10℃-29℃之間，如果不在此范圍則播報(bào)相應(yīng)的提示信息，同樣判斷濕度是否在30%-70%之間，如果不在此范圍則播報(bào)相應(yīng)的提示信息。門控模塊設(shè)計(jì)：通過按鍵、指紋、APP控制門的開/關(guān)。當(dāng)使用按鍵開門時(shí)，程序首先判斷門的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)開門或關(guān)門操作，并將門的狀態(tài)上報(bào)機(jī)智云；APP也能夠控制門的開啟和關(guān)閉；指紋識(shí)別只能實(shí)現(xiàn)開門功能，當(dāng)指紋識(shí)別成功時(shí)，語(yǔ)音提示驗(yàn)證成功，并且判斷門是否打開，如果門關(guān)閉則執(zhí)行開門操作；如果門已打開則語(yǔ)音提示門已打開；如果指紋識(shí)別失敗則提示驗(yàn)證失敗，不進(jìn)行開門操作。窗簾控制模塊設(shè)計(jì)：APP可以通過百分比來(lái)控制窗簾打開程度，操作完成后語(yǔ)音提示操作完成。APP：本次實(shí)驗(yàn)中使用機(jī)智云官方提供的APP，通過為ESP8266配網(wǎng)后，APP能夠根據(jù)云端下發(fā)數(shù)據(jù)點(diǎn)創(chuàng)建視圖，視圖以云端的數(shù)據(jù)點(diǎn)為準(zhǔn)。模塊軟件設(shè)計(jì)通用模塊軟件設(shè)計(jì)本次智能家居應(yīng)用設(shè)計(jì)是基于機(jī)智云平臺(tái)開發(fā)的，如果要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，就必須要實(shí)現(xiàn)工程接上機(jī)智云平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)中用ESP8266模塊作為橋梁接入機(jī)智云，因此需要對(duì)ESP8266進(jìn)行配網(wǎng)，配網(wǎng)模式有多種。通信模塊與STM32使用串口通信，為保證能夠配網(wǎng)成功，就必須保證ESP8266與STM32之間的串口通訊是正常的，STM32與ESP8266之間的串口設(shè)置波特率為9600bps、無(wú)硬件流控制、無(wú)奇偶檢驗(yàn)、1個(gè)停止位，數(shù)據(jù)發(fā)送格式為大端模式。通信數(shù)據(jù)包格式分為：包頭+包長(zhǎng)度+命令+包序號(hào)+Flags+有效負(fù)載+校驗(yàn)和。作為發(fā)送方除了包頭，如果其他數(shù)據(jù)出現(xiàn)0xFF，需在0xFF后添加0x55，作為接收方遇到0xFF后將0xFF后面的0x55移除。STM32每隔一段時(shí)間將會(huì)上報(bào)當(dāng)前狀態(tài)，其數(shù)據(jù)包格式為：包頭+包長(zhǎng)度+命令+包序號(hào)+flags+校驗(yàn)和。圖4-1是發(fā)送方的代碼實(shí)現(xiàn)。圖STYLEREF1\s4SEQ圖\*ARABIC\s11發(fā)送方代碼實(shí)現(xiàn)機(jī)智云官方提供兩種方式為ESP8266配網(wǎng)，通過串口發(fā)送SoftAP(0x01)或AirLink(0x02)指令,讓ESP8266進(jìn)入配網(wǎng)模式，配網(wǎng)成功后STM32可通過ESP8266對(duì)接機(jī)智云。語(yǔ)音播報(bào)模塊利用是利用串口發(fā)送指令控制指定語(yǔ)音播放，語(yǔ)音命名格式為四位數(shù)，如“0001.mp3”。一個(gè)完整的數(shù)據(jù)包共5個(gè)或6個(gè)字節(jié)。4-2圖是播放特定語(yǔ)音的函數(shù)流程圖。圖STYLEREF1\s4SEQ圖\*ARABIC\s12語(yǔ)音播報(bào)流程圖燈光模塊軟件設(shè)計(jì)根據(jù)表3-1可以知道燈光模塊，由語(yǔ)音模塊、LED、通信模塊完成開/關(guān)燈操作，通過模塊功能設(shè)計(jì)了解關(guān)于燈光實(shí)現(xiàn)的功能。本小結(jié)將對(duì)LED燈的相關(guān)操作，封裝成函數(shù)，方便系統(tǒng)功能調(diào)用。燈光函數(shù)由LED燈和JQ8900語(yǔ)音播報(bào)模塊協(xié)同實(shí)現(xiàn)功能，在LED燈操作完成后結(jié)合語(yǔ)音播報(bào)達(dá)到語(yǔ)音提示功能，同時(shí)語(yǔ)音播報(bào)能夠輔助系統(tǒng)功能調(diào)試。如圖4-3是開啟LED燈的函數(shù)流程圖，關(guān)LED燈的流程與圖4-3相似。圖STYLEREF1\s4SEQ圖\*ARABIC\s13開啟LED函數(shù)流程圖環(huán)境模塊軟件設(shè)計(jì)DHT11溫濕度模塊采用單數(shù)據(jù)總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，DHT11只有在接收到開始信號(hào)后才會(huì)開始采集數(shù)據(jù)，不然它將處于睡眠狀態(tài)。根據(jù)圖4-4DHT11數(shù)據(jù)時(shí)序圖可知，主機(jī)信號(hào)拉低發(fā)送開始信號(hào)，接著將其拉高，一段時(shí)間后將總線設(shè)置為輸入模式等待DHT11的應(yīng)答信號(hào)，并且等待DHT11傳輸采集的數(shù)據(jù)，接收完成后將總線拉高發(fā)送結(jié)束信號(hào)，溫濕度數(shù)據(jù)占4個(gè)字節(jié)。溫度和濕度整數(shù)部分各占1個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，同樣溫度和濕度小數(shù)部分也各占1個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，由于小數(shù)部分是擴(kuò)展部分初始值為0，所以系統(tǒng)中只使用整數(shù)部分。根據(jù)圖4-4和DHT11的數(shù)據(jù)手冊(cè)可以完成DHT11溫濕度讀取函數(shù)，其函數(shù)流程圖如圖4-5所示。圖STYLEREF1\s4SEQ圖\*ARABIC\s14DHT11數(shù)據(jù)時(shí)序圖圖STYLEREF1\s4SEQ圖\*ARABIC\s15溫濕度讀取函數(shù)流程圖根據(jù)JLX12864的數(shù)據(jù)手冊(cè)，可以從中了解到LCD是按照頁(yè)地址和列地址來(lái)控制LCD的顯示。JLX12864采用共陰極方式，它將點(diǎn)陣屏分為64行128列，用戶可以根據(jù)產(chǎn)品需求設(shè)置顯示的對(duì)比度。圖4-6是LCD顯示數(shù)據(jù)的函數(shù)流程圖，該函數(shù)可傳入?yún)?shù)控制LCD顯示溫濕度。MQ2煙霧傳感器相關(guān)操作主要是開啟警報(bào)燈，并提示警報(bào)信息，該功能調(diào)用4.3.1編寫的開/關(guān)燈函數(shù)就能實(shí)現(xiàn)，并且需要為其配置外部中斷，當(dāng)環(huán)境有害氣體超標(biāo)時(shí)觸發(fā)。一般MQ2報(bào)警都是在危機(jī)情況下觸發(fā)，所以MQ2相關(guān)的外部中斷優(yōu)先級(jí)必須是系統(tǒng)中處于最高級(jí)別。圖STYLEREF1\s4SEQ圖\*ARABIC\s16LCD顯示函數(shù)窗簾模塊外設(shè)軟件設(shè)計(jì)窗簾模塊需要實(shí)現(xiàn)百分比開啟窗簾功能，本次實(shí)驗(yàn)中設(shè)定步進(jìn)電機(jī)的總步數(shù)為一定值，通過數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換將總計(jì)數(shù)值分為100份，實(shí)現(xiàn)百分比開啟窗簾。窗簾操作函數(shù)中，用全局變量存取當(dāng)前窗簾開啟程度，執(zhí)行操作時(shí)判斷窗簾開啟程度與目標(biāo)值的大小，選擇開窗簾或關(guān)窗簾操作。函數(shù)流程圖如圖4-7所示。圖STYLEREF1\s4SEQ圖\*ARABIC\s17開窗函數(shù)流程圖門控模塊軟件設(shè)計(jì)可以通過按鍵、指紋、APP來(lái)控制門的開啟和關(guān)閉，其中涉及的功能函數(shù)共五個(gè)，分別為開門函數(shù)、關(guān)門函數(shù)、指紋識(shí)別函數(shù)、錄入指紋函數(shù)、按鍵初始化函數(shù)。根據(jù)4.2的模塊功能介紹，來(lái)編寫相關(guān)應(yīng)用程序。開門函數(shù)：在門開啟狀態(tài)，不執(zhí)行開門操作；在門關(guān)閉時(shí)，執(zhí)行開門操作。關(guān)門函數(shù)：在門關(guān)閉狀態(tài)，不執(zhí)行關(guān)閉操作；在門開啟時(shí)，執(zhí)行關(guān)閉操作。系統(tǒng)中有指紋開鎖功能，需要使用到AS608指紋識(shí)別功能，當(dāng)檢測(cè)到有指紋時(shí)，STM32發(fā)送指令讓AS608獲取指紋，然后等待AS608生成指紋，搜索指紋庫(kù)并對(duì)比指紋，如果指紋一致執(zhí)行開門操作，指紋不一致則退出。如圖4-8是AS608指紋識(shí)別的函數(shù)流程圖。為了實(shí)現(xiàn)指紋識(shí)別必須錄入指紋，AS608錄入指紋的原理是發(fā)送兩次采集指紋的指令，采集到兩次指紋后，判斷兩次指紋是否一致，如果兩次指紋一樣則將指紋保存在指紋庫(kù)中。錄入指紋函數(shù)流程圖如圖4-9所示。圖STYLEREF1\s4SEQ圖\*ARABIC\s18錄入指紋函數(shù)流程圖圖STYLEREF1\s4SEQ圖\*ARABIC\s19錄入指紋函數(shù)流程圖系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)智能家居系統(tǒng)，各功能都是在有需求才調(diào)用，因此CPU不用每時(shí)每刻去檢測(cè)有沒有某項(xiàng)操作請(qǐng)求，故此此次課題采用中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)燈光模塊、環(huán)境模塊、門控模塊和窗簾模塊的相關(guān)操作。表4-1描述了不同模塊使用的中斷類型以及中斷服務(wù)函數(shù)實(shí)現(xiàn)功能。表STYLEREF1\s4SEQ表格\*ARABIC\s11系統(tǒng)中斷類型和中斷功能模塊中斷類型實(shí)現(xiàn)功能環(huán)境模塊外部中斷0檢查煤氣是否泄漏外部中斷5關(guān)閉警示燈定時(shí)器中斷每小時(shí)更新溫濕度門控模塊外部中斷7按鍵開門或關(guān)門外部中斷6指紋開門串口2中斷下發(fā)錄入指紋指令窗簾控制模塊串口2中斷下發(fā)窗簾狀態(tài)燈光模塊串口2中斷下發(fā)燈光狀態(tài)燈光模塊系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)根據(jù)4.2智能家居邏輯中描述燈光是通過APP端控制控制。此過程需要用到ESP8266下發(fā)云端的數(shù)據(jù)，通過switch做分支選擇，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)功能。函數(shù)示例代碼如圖4-10所示。圖STYLEREF1\s4SEQ圖\*ARABIC\s110燈光操作函數(shù)示例環(huán)境模塊系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)根據(jù)表4-1了解到環(huán)境模塊系統(tǒng)功能用到定時(shí)器中斷和外部中斷。當(dāng)MQ2煙霧傳感器檢測(cè)空氣有害氣體濃度超標(biāo)時(shí)觸發(fā)外部中斷0中斷，外部中斷0服務(wù)函數(shù)主要的工作是開啟警報(bào)燈、將警報(bào)信息上報(bào)機(jī)智云、語(yǔ)音播報(bào)警告信息。如圖4-11是外部中斷0服務(wù)函數(shù)的程序流程圖。圖STYLEREF1\s4SEQ圖\*ARABIC\s111外部中斷0函數(shù)流程圖當(dāng)觸發(fā)煙霧警報(bào)時(shí)，警報(bào)燈開啟并等待工作人員處理，當(dāng)問題處理完后需要關(guān)閉警報(bào)燈，并上報(bào)問題已解決。如圖4-12是外部中斷5服務(wù)函數(shù)流程圖。圖STYLEREF1\s4SEQ圖\*ARABIC\s112外部中斷5服務(wù)函數(shù)流程圖環(huán)境溫濕度數(shù)據(jù)往往指的是一段時(shí)間內(nèi)的溫濕度數(shù)據(jù)，所以溫濕度數(shù)據(jù)不需要不間斷的采集。于是采用定時(shí)器實(shí)現(xiàn)每小時(shí)采集溫濕度數(shù)據(jù)，并將溫濕度上報(bào)機(jī)智云，這樣既減少硬件能耗，又提高了硬件使用效率。DHT11、語(yǔ)音播報(bào)、LCD、定時(shí)器共同完成溫濕度模塊的系統(tǒng)功能，系統(tǒng)采集溫濕度失敗次數(shù)超過200，則舍棄本次操作；如果采集成功，將更新APP端和LCD端的溫濕度數(shù)據(jù)。如圖4-13是定時(shí)器函數(shù)流程圖。圖STYLEREF1\s4SEQ圖\*ARABIC\s113定時(shí)器函數(shù)流程圖門控模塊系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)系統(tǒng)中用戶可通過3種方式控制門的開和關(guān)，分別為指紋開門、按鍵開/關(guān)門、APP開/關(guān)門,根據(jù)表4-1這3種方式都是利用中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)。本次實(shí)驗(yàn)使用到指紋識(shí)別模塊，其中自然少不了指紋錄入、刪除、識(shí)別等功能。實(shí)驗(yàn)中利用外部中斷6實(shí)現(xiàn)指紋識(shí)別和對(duì)應(yīng)的功能，當(dāng)檢測(cè)到指紋時(shí)觸發(fā)外部中斷，獲取指紋并進(jìn)行匹配。如果匹配成功則執(zhí)行開門操作，如果匹配不成功則語(yǔ)音播報(bào)驗(yàn)證失敗。外部中斷6實(shí)現(xiàn)指紋開門功能，其函數(shù)流程圖如圖4-14所示。圖STYLEREF1\s4SEQ圖\*ARABIC\s114外部中斷6函數(shù)流程圖起初選擇使用按鍵實(shí)現(xiàn)指紋錄入功能，但是一個(gè)按鍵控制錄入多個(gè)指紋時(shí)，操作復(fù)雜容易出現(xiàn)問題，并且如果操作不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)混亂，降低用戶體驗(yàn)感，于是選用APP控制多指紋錄入，增加用戶與系統(tǒng)的交互，提高用戶體驗(yàn)感。如圖4-15是錄入指紋的程序流程圖。用戶在室內(nèi)時(shí)如果要開/關(guān)門要通過APP實(shí)現(xiàn)，加大了操作繁瑣性，更加違背了智能家居應(yīng)用設(shè)計(jì)的初衷，所以在室內(nèi)添加了一個(gè)外部中斷控制門的開/關(guān)。如圖4-16是外部中斷7服務(wù)函數(shù)流程圖。圖STYLEREF1\s4SEQ圖\*ARABIC\s115錄入指紋函數(shù)流程圖STYLEREF1\s4SEQ圖\*ARABIC\s116外部中斷7服務(wù)函數(shù)流程圖窗簾模塊系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)窗簾模塊的控制方式和燈光模塊的控制相似，同樣是利用串口中斷2接收事件類型，通過switch函數(shù)實(shí)現(xiàn)開/關(guān)窗簾操作。圖4-17是窗簾操作函數(shù)的應(yīng)用。圖STYLEREF1\s4SEQ圖\*ARABIC\s117窗簾操作函數(shù)應(yīng)用 系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試流程分為以下幾個(gè)步驟：（1）燈光模塊測(cè)試：用APP下發(fā)數(shù)據(jù)測(cè)試，控制燈光亮滅，同時(shí)聆聽語(yǔ)音播報(bào)內(nèi)容，檢測(cè)播報(bào)內(nèi)容是否正確。（2）環(huán)境模塊測(cè)試：DHT11溫濕度模塊，首先利用串口打印溫濕度數(shù)據(jù)，確認(rèn)DHT11溫濕度讀取函數(shù)是否編寫正確，然后下載系統(tǒng)程序，將溫濕度數(shù)據(jù)顯示在LCD上，并上報(bào)機(jī)智云。觀察LCD內(nèi)數(shù)據(jù)與APP端數(shù)據(jù)是否一致。（3）門控模塊測(cè)試：測(cè)試按鍵、指紋、APP同時(shí)對(duì)門進(jìn)行操作，觀察是否出現(xiàn)沖突。（4）窗簾模塊測(cè)試：首先測(cè)試窗簾全部收攏時(shí)的計(jì)數(shù)值，然后測(cè)試APP能否實(shí)現(xiàn)百分比控制窗簾。燈光模塊測(cè)試圖5-1是APP端畫面，圖5-2是用APP點(diǎn)亮的客廳燈。測(cè)試過程中發(fā)現(xiàn)，如果頻繁切換LED燈狀態(tài)，LED和語(yǔ)音播報(bào)能夠快速響應(yīng)，做到系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。在頻繁改變LED狀態(tài)的過程中語(yǔ)音播報(bào)會(huì)打斷上條正在播放的語(yǔ)音，做到實(shí)時(shí)播報(bào)。圖STYLEREF1\s5SEQ圖\*ARABIC\s11APP開啟LED燈圖STYLEREF1\s5SEQ圖\*ARABIC\s12客廳燈環(huán)境模塊測(cè)試MQ2煙霧傳感器測(cè)試：用香煙測(cè)試MQ2煙霧傳感器的溫濕度靈敏度，當(dāng)遇到濃煙時(shí)觸發(fā)警報(bào)，此時(shí)語(yǔ)音播報(bào)警報(bào)信息，同時(shí)開啟警報(bào)燈，并將警報(bào)信息上傳機(jī)智云，APP端會(huì)彈出警報(bào)信息。如圖5-3是煙霧報(bào)警燈開啟狀態(tài)，圖5-4APP彈窗顯示警報(bào)信息。圖STYLEREF1\s5SEQ圖\*ARABIC\s13煙霧報(bào)警燈圖STYLEREF1\s5SEQ圖\*ARABIC\s14APP彈窗顯示報(bào)警信息DHT11溫濕度測(cè)試：首先燒錄DHT11測(cè)試程序，利用串口調(diào)試工具測(cè)試打印溫濕度數(shù)據(jù)，然后在燒錄系統(tǒng)程序觀察LCD內(nèi)顯示的數(shù)據(jù)是否與APP端一樣，最后手動(dòng)傳傳入溫濕度上限和下限值，測(cè)試溫濕度上下限邏輯是否正確。如圖5-5是利用串口打印的溫濕度數(shù)據(jù)。圖STYLEREF1\s5SEQ圖\*ARABIC\s15串口打印溫濕度數(shù)據(jù)修改定時(shí)器的計(jì)數(shù)初值將定時(shí)其修改成10分鐘中斷一次，觀察LCD和APP內(nèi)的溫濕度數(shù)據(jù)是否一致，如圖5-6和圖5-7分別是LCD顯示的溫濕度數(shù)據(jù)和APP端溫濕度數(shù)據(jù)。根據(jù)圖5-6和5-7可知APP端和LCD端溫濕度一致，說(shuō)明在LCD屏幕上顯示的數(shù)據(jù)和APP端顯示的數(shù)據(jù)是同一組數(shù)據(jù)。手動(dòng)修改溫濕度數(shù)據(jù)，修改溫度和濕度的值，使溫度和濕度低于下限值，語(yǔ)音播報(bào)溫度過低和濕度過低；然后修改溫度和濕度值，使溫度和濕度高于上限值，語(yǔ)音報(bào)溫度過高和濕度過高，驗(yàn)證溫濕度上下限值的邏輯沒有錯(cuò)誤。圖STYLEREF1\s5SEQ圖\*ARABIC\s16LCD顯示溫濕度圖STYLEREF1\s5SEQ圖\*ARABIC\s17APP端溫濕度數(shù)據(jù)門控模塊測(cè)試通過APP下發(fā)錄入指紋指令，此功能可以實(shí)現(xiàn)錄入多個(gè)指紋，APP端選擇錄入指紋的ID，AS608共支持存儲(chǔ)300個(gè)指紋，完全能夠滿足日常使用需求。當(dāng)指紋錄入成功時(shí)，語(yǔ)音提示指紋錄入成功；當(dāng)指紋錄入失敗時(shí)，語(yǔ)音提示指紋錄入失敗。APP端選擇錄入指紋的ID，選擇好后打開錄入指紋按鈕，錄入指紋。如圖5-8是APP端錄入指紋操作圖，如圖5-9是錄入指紋和指紋識(shí)別的串口打印圖。錄入指紋后，同時(shí)利用APP、按鍵、指紋控制門的狀態(tài)，在門開啟或關(guān)閉期間其他開或關(guān)門操作不會(huì)影響本次。使用按鍵或指紋改變門狀態(tài)時(shí)，只有當(dāng)本次操作完成后，按鍵、指紋和APP才能再次對(duì)門進(jìn)行操作。當(dāng)使用APP頻繁改變門的狀態(tài)時(shí)，只有在本次操作完成后才會(huì)開執(zhí)行下一次操作。當(dāng)門在開啟或關(guān)閉期間，其他操作不能改變當(dāng)前操作，這與系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)想的一樣。如果門在開啟或關(guān)閉到一半時(shí)，執(zhí)行與此相反的操作會(huì)增加門控模塊的損耗。圖STYLEREF1\s5SEQ圖\*ARABIC\s18APP端錄入指紋操作圖圖STYLEREF1\s5SEQ圖\*ARABIC\s19指紋識(shí)別測(cè)試窗簾模塊測(cè)試首先測(cè)試窗簾全部收起來(lái)時(shí)的計(jì)數(shù)值，這個(gè)值為1024，然后APP端通過百分比控制窗簾的狀態(tài)，每一次操作完成后語(yǔ)音提示操作完成。圖STYLEREF1\s5SEQ圖\*ARABIC\s110APP開啟窗簾圖STYLEREF1\s5SEQ圖\*ARABIC\s111按比例開啟窗簾測(cè)試結(jié)果燈光模塊、環(huán)境模塊、門控模塊和窗簾模塊的整體功能符合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，但是將各功能整合在一起時(shí)出現(xiàn)以下沖突：（1）STM32不能對(duì)接機(jī)智云，經(jīng)過排查發(fā)現(xiàn)串口1必須先初始化，不然初始化機(jī)智云相關(guān)配置時(shí)會(huì)一直卡在printf函數(shù)。（2）煙霧傳感器需要預(yù)熱24小時(shí)，系統(tǒng)剛上電會(huì)出現(xiàn)測(cè)量錯(cuò)誤，導(dǎo)致報(bào)警。（3）系統(tǒng)剛上電DHT11需要經(jīng)過多次采集才能獲取正確數(shù)據(jù)，如果不進(jìn)行多次采集會(huì)出現(xiàn)LCD亂碼的現(xiàn)象。結(jié)論本論文從歷次工業(yè)革命中分析，得出智能家居在第四次工業(yè)革命中扮演者重要的角色，并且我相信智能家居必定是未來(lái)家電中發(fā)展中的一匹黑馬，現(xiàn)在有些洗衣機(jī)、冰箱等家電正在朝著智能家居發(fā)展，用戶能夠?yàn)槠渑渚W(wǎng)，并通過APP控制。 通過社會(huì)背景和需求分析，了解當(dāng)經(jīng)社會(huì)科技的發(fā)展趨勢(shì)。在未來(lái)智能化設(shè)備將會(huì)取代大部分半智能設(shè)備和手工設(shè)備，并且通過人們對(duì)智能家電的需求分析我們可以了解到家居智能化已經(jīng)是這一行業(yè)必然的發(fā)展方向。 并且根據(jù)技術(shù)可行性分析決定本次課題設(shè)計(jì)來(lái)模擬智能家居應(yīng)用場(chǎng)景，利用STM32+機(jī)智云實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制遙控，煙霧傳感器監(jiān)測(cè)家居空氣質(zhì)量，指紋和APP實(shí)現(xiàn)了門和窗簾的智能化控制，并且使用語(yǔ)音播報(bào)來(lái)提示用戶。本次實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制家電，隨時(shí)隨地遠(yuǎn)程控制家電是智能家居的基礎(chǔ)。但本次實(shí)驗(yàn)還存在很多需要良的地方，例如聲音方面只是做到了播放語(yǔ)音，可以在這個(gè)基礎(chǔ)上添加語(yǔ)音識(shí)別類似于智能音箱，還可以添加人臉識(shí)別等技術(shù)。參考文獻(xiàn)：[1]凌濱,王戰(zhàn)金,張樹帥,李云龍.基于云平臺(tái)的智能家居系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[J].科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力,2019(12).71-73+76.[2]孫海林.基于STM32的智能家居控制系統(tǒng)[J].科技風(fēng),2018(36).96.[3]李志凱,江桂升,余麗紅,黎建華.基于STM32的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電腦與電信,2018(12).4-7.[4]朱利娟.基于STM32的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[D].西藏大學(xué),2018.[5]劉海峰.基于STM32單片機(jī)的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及實(shí)現(xiàn)研究[J].技術(shù)與市場(chǎng),2017,24(09).156+158.[6]彭皆彩.基于STM32的智能家居系統(tǒng)[P].安徽：CN205644864U,2016-10-12.[7]鄧中祚.智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué),2015.[8]張西安.基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].大連理工大學(xué),2014.[9]張召.基于STM32的智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].南昌航空大學(xué),2014.[10]劉鵬飛,劉云學(xué).基于STM32的智能家居系統(tǒng)[J].光電技術(shù)應(yīng)用,2013,28(03).55-60.[11]孫麗娜.打開第四次工業(yè)革命的神奇鑰匙[N].中國(guó)證券報(bào),2020-01-18(A06).[12]HaoYin.SmartHomeSmokeDetectionandRelayContractbasedonSTM32[P].Proceedingsofthe20165thInternationalConferenceonEnvironment,Materials,ChemistryandPowerElectronics,2016.[13]HaoYin.SmartHomeHardwareDesignbasedonSTM32[P].Proceedingsofthe20162ndWorkshoponAdvancedResearchandTechnologyinIndustryApplications,2016.致謝： 時(shí)光匆匆，轉(zhuǎn)眼間4年過去了，4年前我曾帶著高三對(duì)大學(xué)的憧憬來(lái)到了松田，這四年有太多的回憶，有歡喜的，也有憂愁的。四年前踏入校門的場(chǎng)景仿佛就在昨天，時(shí)間飛逝，轉(zhuǎn)眼間到了分別的時(shí)候了。我在這四年里收獲了友情、師生情、兄弟情。在這里我由衷的感謝我的指導(dǎo)老師—張亞林老師，亞林老師見證了我實(shí)驗(yàn)的開始到完成，在此過程中不辭辛勞給我諸多指導(dǎo)意見，畢業(yè)設(shè)計(jì)從選題到完成，其中離不開亞林老師的意見。同時(shí)感謝我的舍友，讓我的大學(xué)生活不至于太過枯燥。最后，我由衷的感謝我的父母，感謝他們辛勤的付出，感謝他們支持我的學(xué)業(yè)，感謝他們?cè)诒澈竽闹С治摇?/p>

電腦無(wú)法識(shí)別U盤該怎么辦HYPERLINK電腦無(wú)法識(shí)別U盤怎么辦?打開我的電腦上單擊右鍵，在快捷菜單里，選擇“管理”，打開“計(jì)算機(jī)管理”窗口。在計(jì)算機(jī)管理窗口里，選擇“存儲(chǔ)”下面的“磁盤管理”，如果看得到?jīng)]有盤符的U盤，那么在這個(gè)U盤上按鼠標(biāo)右鍵，選擇“更改驅(qū)動(dòng)器名稱和路徑”選項(xiàng)，就打開了“更改……的驅(qū)動(dòng)器號(hào)和路徑”對(duì)話框。再點(diǎn)擊“更改”按鈕，打開“更改驅(qū)動(dòng)器號(hào)和路徑”的對(duì)話框，在“指定以下驅(qū)動(dòng)器號(hào)”的右邊下拉列表里，選擇你希望分配給U盤的驅(qū)動(dòng)器號(hào)，盡可能靠后選擇，比如X、Y、Z，選擇好后，單擊確定按鈕，回到上一次“更改……的驅(qū)動(dòng)器號(hào)和路徑”對(duì)話框窗口，再一次單擊確定，就回到“計(jì)算機(jī)管理”窗口。至此，如果一切正常，就給U盤單獨(dú)設(shè)置了一個(gè)長(zhǎng)久使用的驅(qū)動(dòng)器號(hào)，并卻，不受虛擬驅(qū)動(dòng)器的影響了。建議將U盤插到電腦上，看任務(wù)欄中是否顯示圖標(biāo)，如果顯示，在我的電腦點(diǎn)右鍵查看屬性——高級(jí)——硬件——設(shè)備管理器——查看里面是否有問號(hào)的設(shè)備，在問號(hào)設(shè)備上點(diǎn)右鍵——更新驅(qū)動(dòng)程序然后下一步——否暫時(shí)不連接到網(wǎng)絡(luò)——下一步自動(dòng)安裝軟件（推薦）就可以了另外：系統(tǒng)不認(rèn)U盤的幾種處理方法1.禁用主板usb設(shè)備。管理員在CMOS設(shè)置里將USB設(shè)備禁用，并且設(shè)置BIOS密碼，這樣U盤插到電腦上以后，電腦也不會(huì)識(shí)別。這種方法有它的局限性，就是不僅禁用了U盤，同時(shí)也禁用了其他的usb設(shè)備，比如usb鼠標(biāo)，usb光驅(qū)等。所以這種方法管理員一般不會(huì)用，除非這臺(tái)電腦非常重要，值得他舍棄掉整個(gè)usb總線的功能。但是這種屏蔽也可以破解，即便設(shè)置了密碼。整個(gè)BIOS設(shè)置都存放在CMOS芯片里，而COMS的記憶作用是靠主板上的一個(gè)電容供電的。電容的電來(lái)源于主板電池，所以，只要把主板電池卸下來(lái)，用一根導(dǎo)線將原來(lái)裝電池的地方正負(fù)極短接，瞬間就能清空整個(gè)CMOS設(shè)置，包括BIOS的密碼。隨后只需安回電池，自己重新設(shè)置一下CMOS，就可以使用usb設(shè)備了。（當(dāng)然，這需要打開機(jī)箱，一般眾目睽睽之下不大適用~~）2.修改注冊(cè)表項(xiàng)，禁用usb移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備。打開注冊(cè)表文件，依次展開"HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\usbehci”雙擊右面的“Start”鍵，把編輯窗口中的“數(shù)值數(shù)據(jù)”改為“4”，把基數(shù)選擇為“十六進(jìn)制”就可以了。改好后注銷一下就可以看見效果了。為了防止別人用相同的方法來(lái)破解，我們可以刪除或者改名注冊(cè)表編輯器程序。提示：“Start”這個(gè)鍵是USB設(shè)備的工作開關(guān)，默認(rèn)設(shè)置為“3”表示手動(dòng)，“2”是表示自動(dòng)，“4”是表示停用。3.在computermanagement里將removablestorage的使用權(quán)限禁止。computermanagement是一個(gè)windows管理組件，可以在控制面板——管理工具——計(jì)算機(jī)管理打開。在該工具窗口中storage——removablestorage——property中，general項(xiàng)，可以控制系統(tǒng)托盤是否顯示security則可以管理移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備的使用權(quán)限。在security中將普通用戶的使用權(quán)限降低，就可以達(dá)到禁用u盤的目的。破解的方法也很簡(jiǎn)單，管理員降低普通用戶移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備的使用權(quán)限，但未必禁用computermanagement的使用權(quán)限。普通用戶可以通過這個(gè)工具解除usb移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備的使用權(quán)限限制。另外，值得一提的是，如果u盤插到電腦上后可以驅(qū)動(dòng)，但是我的電腦里卻沒有盤符，很有可能是管理員改動(dòng)了u盤的默認(rèn)盤符，使得我的電腦不能識(shí)別。這種情況，可以在movablestorage中看到u盤驅(qū)動(dòng)器?？梢栽趗盤驅(qū)動(dòng)器屬性設(shè)置里為u盤重新分配一個(gè)盤符，再重新插拔一次u盤，就可以在我的電腦里看到u盤的盤符了。一、首先可以將該U盤換到別的機(jī)器上，看使用是否正常。如果排除了硬件損壞的可能，一般就是軟件方面有問題。在WindowsXP+SP1操作系統(tǒng)下，有些USB2.0設(shè)備的確常常出現(xiàn)工作不穩(wěn)定的問題，可以試試安裝設(shè)備自帶的USB2.0驅(qū)動(dòng)程序。另外最好不要使用USB延長(zhǎng)線，防止因?yàn)楣╇姴蛔愣斐刹环€(wěn)定現(xiàn)象。如果仍無(wú)效，可以在主板BIOS設(shè)定中，將USB接口強(qiáng)行設(shè)置為USB1.1傳輸速率。二、（適用于WIN98）啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，進(jìn)入主板BIOS設(shè)置，檢查BIOS中USB的相關(guān)選項(xiàng)是否已經(jīng)打開：OnChipUSB設(shè)定為Enabled；USBController設(shè)定為Enabled；PNPOSInstalled設(shè)定為Yes；AssignIRQForUSB設(shè)成Enabled。要正常使用USB設(shè)備首先要開啟USB接口，在主板BIOS里可以進(jìn)行此項(xiàng)工作，一般來(lái)說(shuō)只需在BIOS中進(jìn)入ChipsetFeatures設(shè)置，并將USBKeyborad/MouseLegacy選項(xiàng)設(shè)定為Enable，就能夠保證在操作系統(tǒng)下使用USB鍵盤了。這些選項(xiàng)的作用是打開主板芯片組對(duì)USB設(shè)備的完全支持，為系統(tǒng)識(shí)別USB設(shè)備做準(zhǔn)備工作。三、USB口接觸不好處理辦法：拔下，等十秒鐘再插上USB口，使接觸完好；五、閃存盤驅(qū)動(dòng)程序沒有安裝完成(WIN98系統(tǒng)下)處理辦法：鼠標(biāo)點(diǎn)“我的電腦”，選擇屬性找到“通用串行總線”，刪除其中的USBMASSSTORAGE項(xiàng)，再點(diǎn)擊“刷新”，然后按照提示重新安裝一次驅(qū)動(dòng)程序。六、接其它USB設(shè)備(如掃描儀、打印機(jī)、數(shù)碼相機(jī))時(shí)可以正常使用，接優(yōu)盤時(shí)閃指示燈不亮，不能夠使用。1、檢查優(yōu)盤與電腦的聯(lián)接是否正常，并換用其它USB接口測(cè)試。2、檢查設(shè)備管理器，看是否出現(xiàn)”通用總線設(shè)備控制器”條目，如果沒有，請(qǐng)將電腦主板BIOS中USB接口條目*激活(ENABLE)。3、如果電腦安裝過其它類型USB設(shè)備，卸載該設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，并首先安裝優(yōu)盤驅(qū)動(dòng)程序。4、到其它電腦試用此優(yōu)盤，確認(rèn)是否優(yōu)盤不良。七、啟動(dòng)型優(yōu)盤在的電腦上無(wú)法實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)，可能是主板型號(hào)不支持。如何判斷一塊主板是否支持閃存盤啟動(dòng)系統(tǒng)啟動(dòng)型優(yōu)盤是采用模擬USB軟驅(qū)和USB硬盤的方式啟動(dòng)電腦的。只要電腦主板支持USB設(shè)備啟動(dòng)，即BIOS的啟動(dòng)選項(xiàng)中有USB-FDD、USB-HDD或是其它類似的選項(xiàng)，就可以使用啟動(dòng)型優(yōu)盤啟動(dòng)電腦。八、第一次在電腦上使用優(yōu)盤，未出現(xiàn)提示發(fā)現(xiàn)新硬件的窗口，驅(qū)動(dòng)程序無(wú)法安裝的原因可能是：1、主板usbcontroller未啟用解決辦法:在電腦主板BIOS中啟用此功能。2、usbcontroller已經(jīng)啟用但運(yùn)行不正常解決辦法:在設(shè)備管理器中刪除”通用串行控制器”下的相關(guān)設(shè)備并刷新。3、優(yōu)盤被電腦識(shí)別異常，在設(shè)備管理器中表現(xiàn)為帶有黃色？或！的”其它設(shè)備”或“未知設(shè)備”。解決辦法:刪除此設(shè)備并刷新。九、大容量的U盤(例如兼具M(jìn)P3播放器或錄音功能的U盤)或移動(dòng)硬盤在電腦上無(wú)法正常使用，雖然系統(tǒng)提示找到了未知的USB設(shè)備，但無(wú)法正確識(shí)別U盤或移動(dòng)硬盤。原因可能是：1．USB接口供電不足:系統(tǒng)為每個(gè)USB接口分配了500mA的最大輸出電流，一般的U盤只需要100mA的工作電流，因此在使用過程中不會(huì)出現(xiàn)什么問題。大多數(shù)移動(dòng)硬盤所使用的是普通的2.5英寸硬盤，其工作電流介于500mA~1000mA之間，此時(shí)假如僅僅通過USB接口供電，當(dāng)系統(tǒng)中并無(wú)其他USB設(shè)備時(shí)，那么還是可以勉強(qiáng)使用的，但如果電壓不穩(wěn)的話，就隨時(shí)可能出現(xiàn)供電不足的問題。特別是使用支持USB2.0的移動(dòng)硬盤時(shí)，情況最為嚴(yán)重。另外，如果你的筆記本電腦使用電池供電，那么USB接口所分配的電量就更小了。2．使用了外接的USB擴(kuò)展卡:在筆記本電腦中使用USB2.0的U盤或移動(dòng)硬盤時(shí)，如果筆記本電腦不支持USB2.0技術(shù)，一般必須通過PCMCIA卡轉(zhuǎn)USB2.0的擴(kuò)展卡來(lái)間接實(shí)現(xiàn)支持，這些擴(kuò)展卡基本上都采用NEC公司的D720100AGMUSB控制芯片，少則提供兩個(gè)USB2.0接口，多則提供五個(gè)USB2.0接口，對(duì)一般用戶而言足夠使用了。由于PCMICA接口提供的電源功率比板載USB接口要小，這樣就會(huì)由于供電不足而導(dǎo)致移動(dòng)硬盤工作的出現(xiàn)問題。解決方案:1.它從USB連接線上接移動(dòng)硬盤的一端引出一根轉(zhuǎn)接線，可以插入電腦背后的PS/2接口取電，這里可以比USB接口提供更大的電流輸出。2.利用電源補(bǔ)償線(也稱“鍵盤取電線”)，如果U盤或移動(dòng)硬盤的包裝盒中提供了選配的電源適配器，你就可以直接使用外接電源，這樣就可以從根本上避免供電不足的情況發(fā)生了前置USB線接錯(cuò)。當(dāng)主板上的USB線和機(jī)箱上的前置USB接口對(duì)應(yīng)相接時(shí)把正負(fù)接反就會(huì)發(fā)生這類故障，這也是相當(dāng)危險(xiǎn)的，因?yàn)檎?fù)接反很可能會(huì)使得USB設(shè)備燒毀。所以盡量采用機(jī)箱后置的USB接口,也少用延長(zhǎng)線.也可能是斷口有問題,換個(gè)USB端口看下.USB接口電壓不足。當(dāng)把<ahref="mobileharddisk">移動(dòng)硬盤</a>接在前置USB口上時(shí)就有可能發(fā)生系統(tǒng)無(wú)法識(shí)別出設(shè)備的故障。原因是<ahref="">移動(dòng)硬盤</a>功率比較大要求電壓相對(duì)比較嚴(yán)格，前置接口可能無(wú)法提供足夠的電壓，當(dāng)然劣質(zhì)的電源也可能會(huì)造成這個(gè)問題。解決方法是<ahref="">移動(dòng)硬盤</a>不要接在前置USB接口上，更換劣質(zhì)低功率的電源或盡量使用外接電源的硬盤盒，假如有條件的話。主板和系統(tǒng)的兼容性問題。呵呵這類故障中最著名的就是NF2主板與USB的兼容性問題。假如你是在NF2的主板上碰到這個(gè)問題的話，則可以先安裝最新的nForce2專用USB2.0驅(qū)動(dòng)和補(bǔ)丁、最新的主板補(bǔ)丁和操作系統(tǒng)補(bǔ)丁，還是不行的話嘗試著刷新一下主板的BIOS一般都能解決。系統(tǒng)或BIOS問題。當(dāng)你在BIOS或操作系統(tǒng)中禁用了USB時(shí)就會(huì)發(fā)生USB設(shè)備無(wú)法在系統(tǒng)中識(shí)別。解決方法是開啟與USB設(shè)備相關(guān)的選項(xiàng)。就是開機(jī)按F2或DEL鍵,進(jìn)入BIOS,把enableusbdevice選擇enable。拔插要小心,讀寫時(shí)千萬(wàn)不可拔出,不然有可能燒毀芯片。XP中任務(wù)欄中多出USB設(shè)備的圖標(biāo)，打開該圖標(biāo)就會(huì)在列表中顯示U盤設(shè)備，選擇將該設(shè)備停用,然后你再拔出設(shè)備，這樣會(huì)比較安全。

其實(shí)判斷軟件硬件問題很簡(jiǎn)單,在別的機(jī)器或換個(gè)系統(tǒng)試試就可以了.有些小的問題不妨先用專門軟件格式化下.還有提醒大家WINDOWS下格式化時(shí)要選擇FAT,不要選FAT32。

提示無(wú)法識(shí)別的USB設(shè)備維修

故障提示如圖：

無(wú)法識(shí)別的USB設(shè)備：UnknownUSBDevice.很多人都遇到過的一個(gè)問題，所謂“無(wú)法識(shí)別”對(duì)于操作系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，或者是驅(qū)動(dòng)程度有問題，或者是USB設(shè)備出現(xiàn)了問題，或者是計(jì)算機(jī)與USB設(shè)備連接出現(xiàn)了故障，解決問題的方法也是從這幾處著手。

對(duì)于不同的設(shè)備會(huì)有不同的處理方法，了解USB設(shè)備正常工作需要的條件以及一些可能影響USB設(shè)備正常工作的因素，會(huì)有助于解決問題。

下面是保證USB設(shè)備可以正常工作的一些條件：（1）USB設(shè)備本身沒有任何問題——可以通過在其它計(jì)算機(jī)上進(jìn)行測(cè)試，保證能正常工作；（2）USB接口沒有任何問題——可以通過連接其它的USB設(shè)備在此接口上進(jìn)行測(cè)試；（3）USB設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序已經(jīng)正確安裝，如果有詳細(xì)說(shuō)明書的USB設(shè)備，一定要仔細(xì)查看相應(yīng)的說(shuō)明文