智能家居系统设计(裸机stm32/μCOS-III)

智能家居系统设计[裸机stm32/μCOS-III]

在正式讲解之前，先来总结一下。该项目是对大学学过的部分知识进行整合，同时这也是我大学的毕业设计，也算是对大学的一个交待。
首先来讲述一下该项目具体实现了哪些功能，方便大家理清思路。该项目拥有四种控制方式，分别是语音识别、触摸屏、小程序、APP，而控制的对象是家用电器(这里利用一个多路继电器来模拟家用电器)。
这四种控制方式还能对采集的数据进行反馈显示：
在语音识别方面，语音模块识别到特定的关键词语后，会将采集到的温湿度数据通过语音播报模块进行播报反馈；
在触摸屏和APP方面，将采集到的温湿度、有害气体浓度、光照强度显示在触摸屏上，还可以设置湿度和有害气体浓度的阈值(湿度阈值的设置是当湿度超过设定阈值时，表明室外下雨了，让窗户自动关闭(这样也是利用一路继电器来模拟窗户的打开与关闭)；有害气体浓度阈值的设置是当浓度超过设定阈值时，表明屋内有害气体浓度过高，让语音播报"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和小程序上也会改变相对应的图标。
在小程序方面，除了可以显示采集到的数据和控制用电器之外，这里还可以显示当地的天气状态。

APP的远程控制可参考我之前写的文章：stm32+esp8266+onenet平台
小程序的远程控制可参考我之前写的文章：stm32利用mqtt与小程序通信
语音识别的控制可参考我之前写的文章：stm32利用语音识别与播报智能控制led灯
触摸屏的控制可参考淘晶驰官方文档：USART HMI资料中心

本项目所用到的器件如下：
STM32F103ZET6最小系统板
ESP8266-01S模块(2个，一个用于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
语音识别与播报模块(亚博智能)
串口触摸屏(淘晶驰X3系列 4.3寸)

为了让大家更加深刻的理解器件的摆放位置，这里利用soliwork画了一个三维理想模型，里面清楚表明了器件的具体位置。如下图所示：

由于本项目需要连接的线非常多，如果采用杜邦线连接的话，会非常繁琐，所以为了简化接线，这里画了一块PCB板来代替杜邦线，整体的效果也美观了许多。如下图所示：

本项目的接线定义如下所示：

/*  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 3.3VRX->stm32 TX(PA2)  GND->stm32 GND       GND->stm32 GND   GND->stm32 GND   GND->stm32 GND   GND->stm32 GND3.3V->stm32 3.3V    DATA->stm32 PF12 AO->stm32 PA1    AO->stm32 PA4    AO->stm32 PF13   AO->stm32 PF14GND->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 3.3VSDA->单片机PB9       SDA->单片机PB11     GND->stm32 GND           GND->stm32 GNDGND->单片机GND     GND->单片机GND
*/

再来看看设计的页面效果图：
APP界面设计：

小程序界面设计：

触摸屏界面设计：

接着附上录制的相关视频：

1.小程序登录

2.语音识别(有声)

3.数据采集

4.按键控制

5.安防检测(有声)

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 <string.h>
#include <stdio.h>//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 3.3VRX->stm32 TX(PA2)  GND->stm32 GND       GND->stm32 GND   GND->stm32 GND   GND->stm32 GND   GND->stm32 GND3.3V->stm32 3.3V    DATA->stm32 PF12 AO->stm32 PA1    AO->stm32 PA4    AO->stm32 PF13   AO->stm32 PF14GND->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 3.3VSDA->单片机PB9       SDA->单片机PB11     GND->stm32 GND           GND->stm32 GNDGND->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APPUsart3_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50msdeal_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50msdataPtr = 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)

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