智能家居系统设计(裸机stm32/μCOS-III)

??在正式解释之前，让我们总结一下。该项目整合了大学所学的一些知识，这也是我大学的毕业设计，也是对大学的解释。
??首先，让我们来谈谈项目实现了哪些功能，以便每个人都能理清自己的想法。该项目有语音识别、触摸屏、小程序四种控制方法APP，控制对象是家用电器(这里使用多路继电器模拟家用电器)。
??这四种控制方法还可以反馈收集的数据：
??在语音识别方面，在语音模块识别到特定的关键字后，通过语音广播模块反馈收集到的温度和湿度数据；
??在触摸屏和APP另一方面，在触摸屏上显示收集到的温度和湿度、有害气体浓度和光强度，也可以设置湿度和有害气体浓度的阈值（湿度阈值设置为当湿度超过设定阈值时，表示室外下雨，让窗户自动关闭（也使用继电器模拟窗户的开关）；当浓度超过设定阈值时，设置有害气体浓度阈值，表明室内有害气体浓度过高，语音广播"煤气含量过高，请及时处理"来达到警示的目的)，最后还能设置是否开启安防模式，在安防模式下，会通过人体感应模块不断检测周围是否有人，如果有人的话，蜂鸣器就会报警警示，同时在APP相应的图标也会在小程序上改变。
??除了显示收集到的数据和控制电器外，小程序还可以显示当地的天气状态。

APP远程控制可以参考我之前写的文章:stm32 esp8266 onenet平台
小程序的远程控制可以参考我之前写的文章:stm32利用mqtt通信小程序
语音识别的控制可以参考我之前写的文章:stm32利用语音识别和广播智能控制led灯
控制触摸屏可参考淘晶驰官方文件：USART HMI资料中心

本项目使用的设备如下：
STM32F103ZET6最小系统板
ESP8266-01S模块(2，一APP，一个用于小程序)
USB转microUSB数据线
DHT11温湿度
MQ-5模块
光敏电阻模块
HC-SR505人体感应模块
BEEP蜂鸣器
语音识别与广播模块(亚博智能)
串口触摸屏(淘晶驰X3系列 4.3寸)

为了让大家对设备的位置有更深入的了解，这里用soliwork画一个三维理想模型，清楚地显示了设备的具体位置。如下图所示：

因为这个项目需要很多线连接，如果用杜邦线连接，会很麻烦，所以为了简化接线，这里画了一块PCB板替代杜邦线，整体效果也美观多了。如下图所示：



本项目的接线定义如下：

/* 接线定义 ESP8266(APP) DHT11 MQ-5 光敏电阻 HC-SR505 BEEP(有源,低电平触发) TX->stm32 RX(PA3) VCC->stm32 3.3V VCC->stm32 5V VCC->stm32 5V VCC->stm32 5V VCC->stm32 3.3V RX->stm32 TX(PA2) GND->stm32 GND GND->stm32 GND GND->stm32 GND GND->stm32 GND GND->stm32 GND 3.3V->stm32 3.3V DATA->stm32 PF12 AO->stm32 PA1 AO->stm32 PA4 AO->stm32 PF13 AO->stm32 PF14 GND->stm32 GND 语音识别模块 语音合成广播模块 串口屏 ESP8266(小程序) IIC1 IIC2 TX->stm32 RX(PD9) TX->stm32 RX(PC11) VCC->单片机5V VCC->单片机5V RX->stm32 TX(PD8) RX->stm32 TX(PC10) SCL->单片机PB8 SCL->单片机PB10 5V->stm32 5V 3.3V->stm32 3.3V SDA->单片机PB9 SDA->单片机PB11 GND->stm32 GND GND->stm32 GND GND->单片机GND GND->单片机GND */ 

让我们来看看设计页面效果图：
APP界面设计：

小程序界面设计：

触摸屏界面设计：

然后附上录制的相关视频：

最后附上32程序的主代码：

#include "stm32f10x.h" #include "onenet.h" #include "esp8266.h" #include "delay.h" #include "usart.h" #include "serial.h"
#include "led.h"
#include "dht11.h"
#include "adc.h"
#include "hc-sr505.h"
#include "beep.h"
#include "bsp_i2c.h"

#include "esp8266_mqtt.h"
#include "onenet_mqtt.h"

//C库
#include 
#include 

//网络卡导致发送到云平台的速度变慢

/* 接线定义 ESP8266(APP) DHT11 MQ-5 光敏电阻 HC-SR505 BEEP(有源,低电平触发) TX->stm32 RX(PA3) VCC->stm32 3.3V VCC->stm32 5V VCC->stm32 5V VCC->stm32 5V VCC->stm32 3.3V RX->stm32 TX(PA2) GND->stm32 GND GND->stm32 GND GND->stm32 GND GND->stm32 GND GND->stm32 GND 3.3V->stm32 3.3V DATA->stm32 PF12 AO->stm32 PA1 AO->stm32 PA4 AO->stm32 PF13 AO->stm32 PF14 GND->stm32 GND 语音识别模块 语音合成播报模块 串口屏 ESP8266(小程序) IIC1 IIC2 TX->stm32 RX(PD9) TX->stm32 RX(PC11) VCC->单片机5V VCC->单片机5V RX->stm32 TX(PD8) RX->stm32 TX(PC10) SCL->单片机PB8 SCL->单片机PB10 5V->stm32 5V 3.3V->stm32 3.3V SDA->单片机PB9 SDA->单片机PB11 GND->stm32 GND GND->stm32 GND GND->单片机GND GND->单片机GND */
 
 /* 初始化阶段不要说话，防止被语音识别到，导致语音识别卡住 */
 
 /* 发送数据给服务器端，如果没有应答，可能是因为服务器不稳定,过段时间就好了 */
 
 /* 在开发过程中发现，有时候明明只延时了10ms但是实际上延时了足足100ms(多了十倍), 其原因可能是： 1、外部HSE没起震，结果使用的是内部HSI，这种情况下，默认的是没有倍频的。 实际时钟速度就变成了8MHZ，而不是72MHZ，所以时间相差了接近10倍。 解决方法是重新复位，直到他外部晶振起震 2、语音识别模块使用的硬件IIC干扰到晶振的正常运行，可能是硬件设计电路的问题， 如果要想正确延时的话，必须关闭语音识别模块，若想要打开语音识别模块，则会加长延时时间 */
extern SendData sendata;
extern unsigned short esp8266_cnt;

const char *devSubTopic[] = { 
       "/iot/1009/zsd1"};	//适用EMQX(无需主题前缀)、杰叔叔服务器(需要指定前缀)
const char *devPubTopic = "/iot/1009/zsd2";		//适用EMQX(无需主题前缀)、杰叔叔服务器(需要指定前缀)

void Hardware_Init(void)							//各种功能器件的初始化
{ 
       
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);	//中断控制器分组设置
	delay_init();									//systick初始化 
	Usart1_Init(115200);							//串口1，打印信息用 
	Usart2_Init(115200);							//串口2，驱动ESP8266用于APP 
	Usart3_Init();									//串口3，与串口屏通信进行数据交互
	Uart4_Init(115200);								//串口4，驱动ESP8266用于小程序
	
	LED_Init();                                		//LED灯初始化
	Device_Init();									//继电器六个IO的初始化
	HC_SR505_Init();								//人体感应模块初始化
	Beep_Init();									//蜂鸣器初始化
	
	Adc_Init();		  								//ADC初始化

	while(DHT11_Init())								//DHT11初始化 
		delay_ms(200);	
 	
	UsartPrintf(USART_DEBUG, " Hardware init OK\r\n");
}

int main(void)
{ 
       
	char array[256];						//将要发布主题的数据存储区
	unsigned char *dataPtr_mqtt = NULL;		//接收MQTT数据的数据包指针

	unsigned short timeCount = 0;			//发送间隔变量 
	unsigned char *dataPtr = NULL;			//存储接收到的数据
	u8 i = 0;								//LED灯闪烁计数位
	u8 j = 0;								//ESP8266(APP)复位计数位
	bool flag = 0;							//LED取反标志位
	
	Hardware_Init();						//初始化外围硬件 
	
	ESP8266_Init();							//初始化ESP8266(APP) 
	ESP8266_Init_MQTT();					//初始化ESP8266(小程序) 
	
	while(OneNet_DevLink())					//接入OneNET服务器
		delay_ms(500);
		
	while(OneNet_DevLink_MQTT())			//接入EMQX服务器
		delay_ms(500);
	OneNet_Subscribe(devSubTopic, 1);		//MQTT的订阅主题

	voice_module();							//语音模块初始化 

	while (1) { 
       
			
		if (++timeCount > 3) { 
       //下面ESP8266_GetIPD函数执行完需要70-100ms的时间，这里计数30，表示大约3s发送一次数据；如果外部晶振不起作用，这里就设置为3也就是3s 
			//UsartPrintf(USART_DEBUG, "data:%d\r\n",esp8266_cnt); //判断串口2是否有数据接收到
			DHT11_Read_Data(&sendata.temp,&sendata.humi);				//读取温湿度值
			get_ppm_lx(&sendata.ppm, &sendata.lx);						//获取煤气ppm、光强lx，这个函数大概花费50ms 

			deal_with();												//判断湿度、煤气含量是否超阈值
			
			OneNet_SendData();											//发送数据给云平台
			
			sprintf(array, "{\"temp\":%.1f,\"humi\":%.0f,\"light\":%.1f,\"ppm\":%.0f,\"led1\":%d,\"led2\":%d,\ \"win\":%d,\"cur\":%d,\"fan\":%d,\"cook\":%d,\"sec\":%d,\"sec_image\":%d}", \
			sendata.temp, sendata.humi, sendata.lx, sendata.ppm, sendata.light1, sendata.light2, sendata.window\
			, sendata.curtain, sendata. fan, sendata.rice_cooker, sendata.security, sendata.detect);
			OneNet_Publish(devPubTopic, array);							//MQTT的发布主题
			memset(array, 0, sizeof(array));
			
			//发送数据给串口屏
			Screen_SendData(sendata.temp, sendata.humi, sendata.ppm, sendata.lx);									
			
			timeCount = 0;
			//ESP8266_Clear(); //清除esp8266_buf中的数据
		}
		speech_recognition(sendata.temp, sendata.humi);			//判断是什么指令并给出相应的回应
		data_handle();											//对串口返回的数据进行处理 
		if (sendata.security == 1) { 
       							//安防模式开启
			if (HC_SR505 == 1) { 
       								//感应到人
				sendata.detect = 1;	
				beep = 0;										//蜂鸣器响
			} else if (HC_SR505 == 0) { 
       						    //感应不到人
				sendata.detect = 0;
				beep = 1;										//蜂鸣器不响
			}
		} else if (sendata.security == 0) sendata.detect = 2;	//安防模式关闭
						
		//若延时正常，这里设置等待的时间为10*10ms=100ms，确保进入一次函数后能收到数据，如果返回NULL，表示暂时接收不到数据
		//若延时不正常，这里可以设置等待1*10ms，虽然会使得数据在下一次才接受到，不过程序运行很快，这种的话会实时响应其他的程序代码，这里延时大概是50ms 
		dataPtr = ESP8266_GetIPD(10);							
		if(dataPtr != NULL){ 
       
			OneNet_RevPro(dataPtr);
			j=0;
		}
		
		dataPtr_mqtt = ESP8266_GetIPD_MQTT(1);
		if(dataPtr_mqtt != NULL)
			OneNet_RevPro_MQTT(dataPtr_mqtt);
			
		i++;
		j++;
		if (i > 3) { 
       											//这里计数10，表示1秒；如果外部晶振不起作用，这里计数1，表示1秒；如果进入此判断LED闪烁一次,表示系统正常运行
			i = 0;
			flag = !flag;
			LED0(flag);
		}
		
		if(j > 12){ 
       												//这里计数160，表示16秒；如果外部晶振不起作用，这里计数16，表示16秒；如果进入此判断表明设备掉线，需要重新连接
			ESP8266_Init();										//这里需要等待几分钟，要等到WIFI模块彻底断开连接后，串口才会接收到WIFI模块的AT指令返回值
			OneNet_DevLink();
			j = 0;
		}
		
	}
}

这里主要给大家列出main程序，几乎每个函数后面都有相应的注释，里面嵌套的函数也有相应的注释，由于函数过多，这里就不一一列举出来。该项目采用BSP工程管理的思想来进行模块化，方便代码的维护。如下图所示：

本项目具体的执行流程如下图所示：

上面只是给大家提供一个大概的思路，希望对大家能有所启发。在制作该项目过程中，考虑到实时性问题，将原来裸机的代码移植到μCOS-III中，从而来提高系统的响应。
附上整个智能家居项目代码链接：智能家居系统设计(stm32/μCOS-III)
代码要的下方留言邮箱我会第一时间发给你们的，有什么问题也可以下面评论！(其中包含裸机stm32和μCOS-III两个版本)