【毕业设计】基于STM32单片机的智能家居系统设计
时间：2022-10-10 15:00:00
文章目录
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- 一、硬件选型
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- 1、硬件清单
- 2.硬件显示(部分)
- 二、效果显示
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- 1.展示整体效果
- 2.显示屏(触摸)效果显示
- 三、功能分析
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- 1.系统总体结构框图
- 2.主要包含功能
- 四、怎么做？
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- 1、STM32单片机部分
- 2.语音识别和广播
- 3.微信小程序开发部分
- 4.人脸识别开发部分
- 五、如何完善？
- 六、总结
一、硬件选择
1、硬件清单
| 序号 | 名称 | 型号/作用 | 数量 |
|---|---|---|---|
| 1 | STM32单片机 | 点原子精英板（STM32F103ZET6） | 1 |
| 2 | 温湿度传感器 | DHT11 | 1 |
| 3 | 光敏传感器 | 33针光敏传感器模块 | 1 |
| 4 | 空气质量传感器 | MQ135 | 1 |
| 5 | 人体红外传感器 | 微人红外感应模块 | 1 |
| 6 | 语音识别模块/广播模块 | LD3320/JQ8900 MP3（可插SD/TF卡） | 1 |
| 7 | 喇叭 | 3W/4Ω | 1 |
| 8 | 继电器 | 1路5V | 1 |
| 9 | 风扇 | 5V供电 | 1 |
| 10 | 舵机 | SG90 9g舵机 90度 | 1 |
| 11 | 步进电机 | 28BYJ-48 | 1 |
| 12 | 电机驱动板 | ULN2003 | 1 |
| 13 | 灯 | 板载LED | 2 |
| 14 | 触摸/显示屏 | 2.8寸 TFT液晶屏LCD(匹配正点原子精英版) | 1/1 |
| 15 | WiFi模块 | esp8266/esp32 nodemcu | 1/1 |
| 16 | 短信模块 | SIM900A | 1 |
| 17 | 人脸识别模块 | SIPEED的Maxipy Bit（K210模块，不建议这样做，性价比不高) | 1 |
| 18 | 杜邦线 | 母亲对母亲/公公对公 | 若干 |
| 19 | 电源适配器 | 12V 1A | 1 |
| 20 | USB数据线/STLink | /供电/烧录程序/模拟 | 1 |
注：以上硬件选择不是最佳选择，作者根据现有资源和后续硬件购买，读者可以根据自己的情况购买。
2.硬件显示(部分)
注：上图显示了项目中使用的部分设备，如TFTLCD、esp32和风扇是后续添加的，上图没有显示，红外遥控不再用于最终功能LCD1602的功能，以及上图中人体红外传感器和光传感器的位置，大家都知道，哈哈。
二、效果显示
1.展示整体效果
这里可以看到视频效果 : 视频效果显示
2.显示屏(触摸)效果显示
本设计中的触摸屏功能完全从0开发，未使用lvgl，都是简单的页面切换，所有的图案都是在阿里巴巴矢量图标库中找到合适的图标，然后转换为bmp图片显示触摸屏。
三、功能分析
1.系统总体结构框图
系统主要由主控制器、人机交互、设备控制、客户端和终端节点组成。设备控制包括电机控制和触摸屏控制，客户端是移动手机，实现系统的远程控制功能。
2.主要包含功能
本设计主要实现以下功能：
(1)收集和显示传感器数据。
(2)微信小程序远程监控。
（3）TFTLCD多功能页面显示和触摸控制(七大功能)触摸屏。
(4)人脸识别开门，离家模式下人体红外检测报警。
(5)语音控制与播放、音乐播放、天气预报播放。
(6)根据设定阈值自动报警，根据光照自动开关窗帘。
(7)短信警报/语音拨打特定电话
(8)重要变量的掉电保存
四、怎么做？
1、STM32单片机部分
主要用于GPIO输入输出，定时器，PWM、RTC、ADC、IIC、串口通信(中断)等功能。这部分主要使用正点原子的例程模板。
STM32负责处理传感器数据采集、家电硬件控制、触摸屏控制、语音(广播)模块/短信模块/esp32/esp8266等串口通信，包括闹钟、音乐(乞丐版)、设置、家电控制、模式选择、环境数据采集、天气预报等七个功能模块，其实音乐播放只有播放/暂停/上下首/增减音量的功能，只能播放SD卡片中指定的歌曲没有文件读写功能。事实上，超级垃圾??，大家看看，哈哈~
其中，天气时钟参考以下信息：
1、基于STM32的ESP8266天气时钟
2、C语言 | JSON分析格式天气数据(附详细代码)
3、使用cJSON解析JSON字符串
2.语音识别和广播
(1)实现流程简介
语音识别模块使用LD3320，例程数据可以去某宝购买该模块的店铺下面找网盘链接下载。广播模块使用JQ8900（可以插TF卡张卡，这个没有要求，根据自己的情况买就行了)，作者开发的方法是通过STM32串口与两个模块连接(如使用串口2)RX端连接LD3320的TX，TX端连接JQ8900的X），LD3320识别语音指令后，通过TX端发送对应的指令给STM32的RX端，然后STM32再根据接收到的指令执行对应的控制，并且通过串口的TX端发送特定的指令控制JQ8900播放已存在TF卡（SD卡）里面对应的语音曲目，这样便实现了语音交互的功能。 详细通信格式可看JQ8900的通信手册（某宝有）。
（2）部分命令展示
| LD3320识别指令 | JQ8900播放的语音 |
|---|---|
| xiao ai（小爱） | 我在 |
| da kai ke ting deng（打开客厅灯） | 客厅灯已打开 |
| guan bi ke ting deng（关闭客厅灯） | 客厅灯已关闭 |
| zhi ma kai men（芝麻开门） | 门已打开 |
| kai chuang（开窗） | 窗已打开 |
| jie shao yi xia ni zi ji（介绍一下你自己） | 你好，我叫小爱，… |
| da dian hua gei***（打电话给***） | 好的 |
| … | … |
需要注意的是，这些指令都是需要提前设置好的，并不是真正的AI识别，并且播放的语音要通过语音合成器提前转换好并存入SD卡中（要插入JQ8900）。
3、微信小程序开发部分
小程序开发可以看这个B站UP主的视频学习哦，参考学习资料：stm32+esp8266+小程序智能家居毕设
下面这个是有大佬学习之后做的笔记，大家可以参考一下，应该可以少走很多弯路，这也是笔者做完之后才发现的：
大佬整理的stm32+esp8266+小程序智能家居毕设笔记
本设计是经过扩展了的哦，除了小程序是参考的视频，其他很多设计都是自己开发的哦。
小程序的设计主要由3部分组成，分别为天气显示、环境监测、命令下发。天气数据主要通过调用知心天气的API接口获取；环境监测部分显示的数据主要由STM32单片机通过MQTT协议上传；命令下发由小程序通过MQTT协议下发给STM32单片机，单片机再根据接收到的命令控制执行对应的操作。
可能需要用到的网站：
1、阿里巴巴矢量图标库
2、vue安装网站
3、阿里云镜像
4、mpvue安装
4、人脸识别开发部分
人脸识别使用的是Maix Bit开发板（K210模块），这个模块功能很强大，可以跑机器视觉和神经网络等算法，因为笔者想要实现一个人脸识别开关门的功能，所以就随便买了这个模块，但只是会用一点，主要是通过修改和烧录官网的人脸识别程序即可，通过串口与STM32通信，若人脸识别成功则通过K210的串口TX引脚发送指定命令给单片机，从而让单片机控制舵机（模拟窗户）的开关。但不推荐大家使用这个模块来实现人脸识别的功能，因为性价比不高，这里推荐大家使用esp32 cam来实现，该模块性价比更高，使用Arduino环境开发，会更加的简单（虽然我没做）😄。
但如果你想玩k210的人脸识别的话，可以参考这个网站Maxipy人脸识别文档
下面是人脸识别成功的情况，识别成功后绿灯会亮，并且显示已录入的人脸信息，如果识别失败则红灯亮，且显示“X”（未知人脸）
内容大概就是这几大方面，因为项目比较大，所以只能简略的介绍一下，大家可以参考一下，目前项目还有不少的BUG，但笔者不打算完善了，因为有更重要的事做~
五、还可以怎么完善？
1、增加视频监控功能，推荐使用esp32 cam。
2、语音播报可以把JQ8900改为SYN6288（这个笔者没有用过），SYN****是一款TTS文字转语音模块，在播报方面会更加的灵活。
3、移植lvgl，显示的内容更加丰富。
4、绘制电路板，将硬件焊接在一起。
5、基于freeRTOS等操作系统开发等等…
六、总结
总体来说，本设计实现的功能主要是对家居的控制，有本地控制、远程控制和语音控制，整体上实现了一个功能较杂的智能家居系统（基于裸板开发的），但该系统整体上还有很多内容需要优化，也还存在一定的BUG，所以大家在参考的时候可以带有辩证的眼光去看待，希望不要被我带偏了😄
最后，如果代码能整理好且成功上传github或者百度网盘了我再把链接发上来吧~
这是笔者第一次写博客，如果写得不好请见谅哈！都看到这里了，各位大佬难道不给笔者点个赞再走嘛~~~
