引言
作为电子专业本科毕业生既需要撰写毕业论文,又需要做出毕业设计实物。很开心,在前几日我的答辩正式结束,现在此对我所做的毕业设计做一个总结和分享,希望对本项目有兴趣的同学能有所收获。同时,如果有问题或者需要代做同学可以私信我哦,此项目可应用于环境监测和智能家居!
实现的功能
- 监测空气中温度、湿度、光照和空气质量等环境因素;
- 控制模拟的“家居”:门、灯、窗帘、风扇;
- 监测数据OLED显示、手机显示、电脑显示;
- 控制方式:按键控制、手机控制、电脑控制;
- 环境因素可视化展示;
- 环境因素超标平台自动报警;
硬件选型
本部分主要介绍硬件选择的原因,具体使用方法可以在购买元器件的时候向商家索要。
主控模块
主控模块选用的是STM32F103C8T6。选择这款芯片的主要原因是性价比,相较于51,32具有强大外设接口和较高的运行速度。并且大多数同学本科阶段也使用过 ,所以应用起来也是很方便。
无线通信模块
无线通信模块选用的是ESP01S。基于此模块首先考虑的是通信方式,如果不谈应用场景,比较传输速度、传输距离和安全性,zigbee和蓝牙会是更好的选择。但是在智能家居的场景下,wifi会是更优选择,因为当下wifi威廉希尔官方网站
基本普及到了每个家庭。接下来是芯片的选择,安信可的ESP8266模组,其具体的区分主要体现在封装方式、硬件配置、资源引脚等等方面。具体的区分可以参考安信可官网给出的文档说明,please click!
数据采集模块
温湿度监测
本设计中温湿度检测模块选取的是DHT11。DHT11是一款有已校准数字信号输出的温湿度传感器。此传感器使用起来简单,精度和性能参数足够满足环境监测的场景。
DHT11遵从单总线协议,有严格的时序要求。主机先要发送一个至少18ms的低电平,在这个过程中,DHT11内部完成AD转换等操作,当主机拉高后,有20-40us时间,这个时间用于主机做输入输出切换,当主机释放总线控制权(此时主机为输入状态,总线被上拉电阻拉高),DHT11尝试将总线拉低,成功拉低后就开始准备发送数据了,再拉高一次就开始传输数据了。
空气质量监测
空气监测选用的是MQ135。MQ系列传感器是监测空气环境最常用的传感器,大概十几个都是针对不同污染物进行检测的,本次实验我们采用的是MQ135,主要针对氨气、苯、酒精、烟雾颗粒进行空气质量检测,同样根据自己的需求可以选择其他型号的传感器吧,比如烟雾、酒精、一氧化碳等等。
光照监测
光照监测模块选用的是BH1750模块。在最开始设计的时候并没有将此项监测放在考虑范围,考虑到家庭中可以能会根据此项监测进行开关灯的操作。而最常用的是BH1750模块,该模块遵循IIC协议,在硬件配置和代码书写的时候需要格外注意。
数据展示模块
数据展示模块选用的是OLED模块。数据显示无非就是OLED、LCD、TFT屏幕等,该模块起到的作用只是辅助进行监测,考虑性价比因素最终选取0.96寸OLED屏幕显示。
家具模拟模块
家具模拟模块主要是模拟到了门、窗、灯和风扇。具体是通过步进电机、舵机、LED灯和风扇模块实现的。在某宝直接购买就可以,而应用也很简单,配置IO口的工作模式,控制GPIO口输出的高低电平即可。
云平台选择
本设计云平台选用的是中国移动的OneNET物联网云平台。
在设计之前考虑过很多物联网云平台:OneNet、机智云、阿里云等等。最终经过比较选择采用机智云或者OneNET其中一个,在此针对两个云平台的使用范围进行说明。
- OneNET:更适合已有工程文件,在此基础之上继续进行开发。
- 机智云:适合没有工程文件,从刚开始就选择使用该物联网云平台。可以在平台上生成代码包进行开发。
代码编写
代码部分所有内容比较多,在此只展示部分主函数代码。除此之外,数据上云格式定义、命令下发、各个模块的驱动函数同样重要,在此不进行详细展示。
软件设计
整个代码工程内容相对较大,在此就不进行详细的展示了如果有需要可以私信我。在此只展示部分主函数代码和相关头文件等,除此之外,数据上云格式定义、命令下发、各个模块的驱动函数同样重要!
头文件
#include "stm32f10x.h"
#include "stdio.h"
#include "math.h"
#include "delay.h"
#include "string.h"
#include "dht11.h"
#include "BH1750.h"
#include "adc.h"
#include "led.h"
#include "OLED_I2C.h"
#include "usart.h"
#include "timer.h"
#include "exti.h"
#include "key.h"
#include "door_bsp.h"
#include "fan.h"
#include "esp8266.h"
#include "MqttKit.h"
#include "onenet.h"
主函数
typedef struct{ //定义结构体
uint8_t temp; //温度
uint8_t humi; //湿度
float mq; //MQ135传感器
float sun; //光照强度传感器
uint8_t LED_FLAG; //LED
uint8_t FAN_FLAG; //风扇
uint8_t DOOR_FLAG; //步进电机
uint8_t WARNING_FLAG; //步进电机
}SendData;
extern SendData send_data;
extern uint8_t cmd_rev_flag;
SendData send_data = {0, 0, 0.0, 0.0, 0 , 0 , 0 ,0}; //初始化
uint8_t cmd_rev_flag = 0;
int main(void)
{
unsigned char *data_ptr = NULL;
unsigned short timeCount = 0; //发送间隔变量
Hardware_Init();
Net_Init();
while(1)
{
if(++timeCount >= 200 || (cmd_rev_flag == 1))
{
DHT11_Read_Data(&send_data.temp,&send_data.humi);
send_data.mq=(float)(Get_Adc_Average(ADC_Channel_1,10))*(3.3/4096);
send_data.sun = LIght_Intensity();
OneNet_SendData(); //发送数据
timeCount = 0;
cmd_rev_flag=0;
ESP8266_Clear();
}
data_ptr = ESP8266_GetIPD(0); //检查是否有下发指定
if(data_ptr != NULL)
OneNet_RevPro(data_ptr);
delay_ms(10);
}
}
硬件初始化
void Hardware_Init(void)
{
delay_init(); //延时函数初始化
TIM2_Int_Init(4999,7199); //用于OLED显示
Usart1_Init(115200); //串口调试
Usart2_Init(115200); //esp8266--stm32通信
OLED_Init(); //OLED初始化
OLED_CLS();
KEY_Init(); //按键初始化
NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);
//设置中断优先级分组2,为后面外部中断做基础
EXTIX_Init(); //判断键值执行操作
DHT11_Init(); //温湿度传感器初始化
Adc_Init(); //空气检测初始化
BH1750_Init(); //光照
TIM3_Int_Init(4999,7199); //报警显示
ESP8266_Init(); //初始化ESP8266
while(OneNet_DevLink()) //接入OneNET
delay_ms(500);
}
结果展示
实物图与手机界面展示
云平台数据可视化界面
云平台控制界面展示
可扩展功能
该系统具有很高的扩展性,做出基础模型之后可以进行二次开发。需要注意的是将硬件资源分配好。
- 语音模块。语音控制智能家居的状态。
- 安防系统。添加指纹、RFID、面部识别等开门方式。
- 告警系统。目前只是遇到告警平台自动提醒,可以添加短信通知功能。
- 自动控制。某项环境因素达到某项值,自动改变智能家居的状态。
- 模式选择。居家多种模式自动切换,娱乐模式、休息模式、离家模式等等,家具可以对应着不同状态。
- ……
总结
本来计划这部分要写遇到的问题的总结,但是想了一下问题太多并不能一下子说清楚,如果有请私信,必要的话单独写一篇。整理来说,本设计实现的功能是:四测三显两控一平台,基本实现了智能家居的要求,但是这些都是基础的模拟。
本设计硬件的选型及测试是本着低成本、低功耗、高集成、高仿真度的原则来进行实施的,所以整个系统有很多优点。首先,本设计对于智能家居控制系统的模拟从传统到智能、从前端到后端覆盖面、还原度还是比较高的;其次,系统的兼容性和可扩展移植性较高,基于此可以进行再次开发,比如:添加语音模块、改变更高精度的传感器等等;最后就是应用性较强,当有独立电源之后可以直接应用的实际当中,达到监控的作用。
行文至此,差不多啦,如果还有不到位请指出再完善~