智能家居設(shè)計報告

第五屆廣東大學(xué)生科技學(xué)術(shù)節(jié)活動之首屆大學(xué)生電子創(chuàng)新設(shè)計大賽

作品設(shè)計報告

作品名稱基于WSN的智能家庭環(huán)境監(jiān)測和人體監(jiān)護系統(tǒng)

姓名邱立靖王堪佑陳海亮

學(xué)校名稱廣東石油化工學(xué)院

指導(dǎo)教師柯文德摘要 本設(shè)計是多通信、多功能的健康監(jiān)護系統(tǒng)。該系統(tǒng)既像你專屬的家庭環(huán)境管家，為你監(jiān)測室內(nèi)環(huán)境的各項指標，也是你的一旦發(fā)現(xiàn)異常即刻通過App推送消息報警，并提出針對你和家人的專屬建議。不論你在世界的任何一個角落，只要有網(wǎng)絡(luò)，家里的環(huán)境狀況和家人的身體、運動狀況盡在掌握。本設(shè)計以STM32為主控，由自主設(shè)計的PCB電路板和Androidapp組成，主控板負責(zé)監(jiān)測環(huán)境和人體狀態(tài)，app查看積累的數(shù)據(jù)和獲取建議。以簡單的設(shè)計、較低的成本實現(xiàn)了對家人和自己生活環(huán)境和自身狀況的監(jiān)護。我們將具體介紹這款機器人的制作的全部過程。關(guān)鍵詞：多通信，多功能，健康監(jiān)護系統(tǒng)STM32，PCB電路板，Androidapp基于WSN的智能家庭環(huán)境監(jiān)測和人體監(jiān)護系統(tǒng)設(shè)計報告項目背景重要性一方面，我們平均每一天要呼吸大概10000升空氣，大家都很關(guān)心室外的空氣質(zhì)量，殊不知，其實一天中有80%的時間我們是待在室內(nèi)的，而近年來空氣質(zhì)量呈現(xiàn)下降趨勢，室內(nèi)的環(huán)境質(zhì)量對我們的健康影響很大；另一方面，適度的運動量讓人精神狀態(tài)和工作效率提高，過度的運動量危害人體健康。新技術(shù)市場出現(xiàn)了很多的新物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，現(xiàn)在的監(jiān)測類產(chǎn)品更智能更加精確，新技術(shù)的運用使環(huán)境監(jiān)測產(chǎn)品的價格不斷降低，產(chǎn)品即將面臨更新?lián)Q代。項目概述（1）新技術(shù)智能家庭環(huán)境監(jiān)測和人體監(jiān)護圖2.1作品原理圖藍牙手機藍牙串口手機藍牙串口助手（信息實時顯示）家庭環(huán)境檢測系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集）藍牙ESP8266WIFINRF24L01健康手表（信息顯示、人體運動記錄）手機健康手表（信息顯示、人體運動記錄）手機Androidapp（信息記錄）ESP8266WIFI圖2.2作品系統(tǒng)總體框圖作品介紹硬件組成部分圖3.1.1家庭環(huán)境檢測系統(tǒng)圖3.1.2健康手表監(jiān)護系統(tǒng)圖3.1.3臥室環(huán)境檢測系統(tǒng)傳感器介紹eq\o\ac(○,1)NRF24L01無線射頻模塊介紹： 智能家庭環(huán)境系統(tǒng)和人體監(jiān)護系統(tǒng)通過NRF24L01進行信息交互。圖3.2.1NRF24L01無線射頻模塊外觀圖eq\o\ac(○,2)ATK-NEO6MGPS模塊介紹：體積小，性能優(yōu)異，準確定位。圖3.2.2ATK-NEO-6MGPS模塊外觀圖eq\o\ac(○,3)ATK-SIM900AGSM(GPRS)模塊介紹：圖3.2.3ATK-SIM900AGSM(GPRS)模塊外觀圖通過與STM32主控板連接實現(xiàn)一鍵撥號的功能。eq\o\ac(○,4)HC-05藍牙模塊介紹： 智能家庭環(huán)境系統(tǒng)通過藍牙，將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)绞謾C上的藍牙串口助手顯示出來，方便用戶查看當(dāng)前環(huán)境信息。圖3.2.4ATK-HC05模塊外觀圖電路原理圖設(shè)計STM32F103RCT6作為MCU，它擁有的資源包括：48KBSRAM、256KBFLASH、2個基本定時器、4個通用定時器、2個高級定時器、2個DMA控制器（共12個通道）、3個SPI、2個IIC、5個串口、1個USB、1個CAN、3個12位ADC、1個12位DAC、1個SDIO接口及51個通用IO口。該芯片性價比極高。MCU主控電路：圖3.3.1MCU部分電路圖上圖中中上部的BOOT1用于設(shè)置STM32的啟動方式，其對應(yīng)啟動模式如下表所示：圖3,3.2BOOT0、BOOT1啟動模式表按鍵電路：KEY0和KEY1用作普通按鍵輸入，分別連接在PC5和PA15上，其中PA15和JTDI共用了，所以，在使用KEY0和KEY1的時候，就不能使用JTAG來調(diào)試了，但是可以用SWD調(diào)

試，這點在使用的時候要注意。KEY0和KEY1還和PS/2的DAT和CLK線共用。液晶顯示電路：TFT_LCD是一個通用的液晶模塊接口。OLED是一個給OLED顯示模塊供電的接口，它和TFT_LCD拼接在一起。當(dāng)使用TFTLCD時，我們接到TFT_LCD上（靠右插）就可以了，而當(dāng)我們使用ALIENTEK的OLED模塊時，則接OLED排針做電源，同時會連接到TFT_LCD上（靠左插）的部分管腳，從而實現(xiàn)OLED與MCU的連接。STM32的LCD接口兼容ALIENTEK各種尺寸的TFTLCD模塊，包括：2.4寸(320*240，電阻屏)、2.8寸（320*240，電阻屏）、3.5寸（480*320，電阻屏）、4.3寸（800*480，電容屏）、7寸（800*480，電容屏）等，同時還兼容ALIENTEK的0.96寸OLED模塊。USB串口、USB、電源電路：USB電源+5V通過AMS1117-3.3的穩(wěn)壓芯片降壓到3.3V供給MCU,回路中有500mA的自恢復(fù)保險絲進行保護。通過F1（自恢復(fù)保險絲）接到右側(cè)，在正常工作的情況下，保險絲可以直接看成導(dǎo)線，自恢復(fù)保險絲的作用是，當(dāng)你后級電路哪個地方有發(fā)生短路的時候，保險絲會自動切斷電路，保護開發(fā)板以及電腦的USB口，當(dāng)電路正常后，保險絲會恢復(fù)暢通，正常工作。發(fā)光電路：一般的LED燈5~10mA就能正常亮。其導(dǎo)通電壓為0.7v，由歐姆定律得：（3.3-0.7）/5~10mA=260R~520R。無線電路：NRF_CE/NRF_CS/NRF_IRQ連接在STM32F103RCT6的PA4/PC4/PA1上，而另外3個SPI信號則和SPIFLASH共用。 系統(tǒng)原理圖：PCB設(shè)計圖：系統(tǒng)軟件設(shè)計作品功能及優(yōu)勢eq\o\ac(○,1)監(jiān)測室內(nèi)環(huán)境的各項指標和人體運動指標，一旦發(fā)現(xiàn)異常通過App推送消息報警，并提出針對你和家人的專屬建議。不論你在世界的任何一個角落，只要有網(wǎng)絡(luò)，家里的環(huán)境狀況盡在掌握。eq\o\ac(○,2)健康手表能記錄人體運動指標，另外還有遇險時一鍵撥號和GPS精確定位的功能，手表界面簡潔明了，方便用戶查看指標。eq\o\ac(○,3)Androidapp界面友好，數(shù)據(jù)可視化，直觀。市場很多app大量使用圖表來表示數(shù)據(jù)，使得用戶體驗變得很差，用戶希望看到的控制面板就像是汽車儀表盤一樣，一目了然！所有信息通過儀表盤都能夠簡單準確的表達，更直觀更精確，我們的app界面設(shè)計就是往者這個方向設(shè)計的；eq\o\ac(○,4)Androidapp能夠改善環(huán)境建議和管理個人健康，適時為用戶提供一些健康知識的普及和小貼士；eq\o\ac(○,5)我們的產(chǎn)品對空氣污染及環(huán)境變化敏感，可以為你維持一個舒適的居住環(huán)境,環(huán)境的改善可以提高工作效率和改善睡眠質(zhì)量，保障家人健康，孩子、老人和慢性呼吸道疾病患者；eq\o\ac(○,6)Wifi芯片我們采用ESP8266,它在"價格"、“配置”、“兼容性”上面，同類產(chǎn)品無人能出其右，同類模塊一般在30-60之間，esp8266模塊價格為10元左右，極大的壓低了我們產(chǎn)品的的價格，在價格上相對于同類產(chǎn)品具有價格優(yōu)勢。系統(tǒng)測試測試儀器及工具數(shù)字萬用表電腦STLINK調(diào)試、下載器電烙鐵測試過程與方法分為硬件調(diào)試和軟件調(diào)試：eq\o\ac(○,1)前期，焊接電路板，首先先焊接64腳的貼片芯片，用刀口烙鐵頭焊接，焊出STM32最小系統(tǒng)，測試跑馬燈通過，繼續(xù)焊接板上其他電路模塊。圖4.2.1電路板和烙鐵eq\o\ac(○,2)中期，逐步搭載上傳感器，調(diào)試程序，設(shè)計健康手表的界面。圖4.2.2健康手表UI界面eq\o\ac(○,3)后期，對AndriodAPP進行調(diào)試。先做出顯示界面，再做定位和推送信息的任務(wù)。圖4.2.3AndriodAPP檢測界面預(yù)期成果eq\o\ac(○,1)作品可以檢測室內(nèi)溫度、濕度、PM2.5、甲醛濃度和常規(guī)污染指數(shù)和人體健康指數(shù)。eq\o\ac(○,2)作品不是簡單的模塊拼湊，能夠自己設(shè)計集成電路,把實物體積做小，采用貼