STM32+NRF24L01無線智能家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(上位機+下位機源碼與硬件圖)

ID:438753 · 發(fā)表于 2018-12-10 20:50

基于ZigBee的智能家居環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計，包括上位機和下位機，附帶源碼

ARM-STM32校園創(chuàng)新大賽
題目：基于STM32的智能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

摘要

本系統(tǒng)采用stm32f407作為主控芯片，實現(xiàn)對環(huán)境的監(jiān)測。并且通過和手機通信，獲取當前的天氣預(yù)報信息，結(jié)合當前測得的溫濕度，可以為用戶提供出行建議。利用stm32自帶的RTC可以實現(xiàn)時間及鬧鐘功能。此外RTC還可以用于電子日歷的制作。從機主控芯片是STM32f103，其主要功能是測取當前的溫濕度信息和語音識別。主從機通過nrf24l01無線通信。

1. 引言

　　科技發(fā)展越來越快，我們將要進入物聯(lián)網(wǎng)的世界。利用已經(jīng)成熟的溫濕度傳感器技術(shù)，可以獲得當前的溫濕度信息；利用已經(jīng)很成熟的光敏傳感器技術(shù)可以獲得當前的光照強度。如果我們將這些信息搜集起來，通過微處理器分析，從而給出控制信息，實現(xiàn)智能控制。我們所要做的事情就是：通過微處理器豐富的外設(shè)，來獲取周圍信息。再分析這些數(shù)據(jù)，利用自動控制算法，控制外圍器件，實現(xiàn)環(huán)境的調(diào)控。

2. 　系統(tǒng)方案

一、溫濕度監(jiān)測模塊：1.與數(shù)字溫度傳感器通信，獲取當前的溫濕度信息。

2.將獲得溫濕度信息進行濾波處理

3.將溫濕度數(shù)據(jù)打包傳送給上位機

4.上位機接受下位機傳輸數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)解包存儲

5.上位機數(shù)據(jù)分析

該模塊中最關(guān)鍵的算法是數(shù)據(jù)濾波，代碼如下：

#define N 11
char filter()
{
char value_buf[N];
char count,i,j,temp;
for ( count=0;count<N;count++)
{
value_buf[count] = get_ad();
delay();
}
for (j=0;j<N-1;j++)
{
for (i=0;i<N-j;i++)
{
if ( value_buf[i]>value_buf[i+1] )
{
temp = value_buf[i];
value_buf[i] = value_buf[i+1];
value_buf[i+1] = temp;
}
}
}
return value_buf[(N-1)/2];
}

復(fù)制代碼

二、光照強度監(jiān)測模塊

本模塊比較簡單。通過監(jiān)測光敏電阻兩端的電壓，來獲得電壓數(shù)據(jù)。再將電壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成光照強度數(shù)據(jù)。檢測電壓的方法是采用STM32F407的AD模塊來實現(xiàn)。同上一個模塊一樣，要對數(shù)據(jù)進行濾波處理。算法如上。

三、2.4G無線通信模塊

本模塊是連接主從機的關(guān)鍵模塊。采用的通信芯片是NRF24L01。該芯片內(nèi)部包括頻率發(fā)生器、增強型ShockBurst模式控制器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器、解調(diào)器等功能模塊。通信接口為SPI，待機電流22uA。

該模塊的使用主要是通過對其進行初始化、再選擇工作狀態(tài)（RX/TX）、發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。通過軟件查詢方式，來通信。前期調(diào)試時，下位機由于以前調(diào)試過，沒有遇到什么問題。主要是在STM32F407上由于干接觸，還不太了解該SPI庫函數(shù)的使用方法，犯了一些低級錯誤。后期調(diào)好之后沒有出現(xiàn)過大的問題。

藍牙通信模塊

　　　　　藍牙通行模塊是用于與智能手機及電腦通信的。本系統(tǒng)通過該模塊與手機通信，獲取當前的天氣預(yù)報信息。此外，還可通過智能手機、電腦等獲取本系統(tǒng)當前的信息以及控制本系統(tǒng)。該模塊與ＳＴＭ３２ｆ４０７通過ＵＳＡＲＴ通信。主要難點是：控制指令是ＡＴ指令。由于此前沒有學(xué)習(xí)過該指令，學(xué)習(xí)該指令花費了幾天時間。該模塊穩(wěn)定性高，調(diào)試成功后一直沒有出現(xiàn)過大的問題。

　　五、SYN6288合成語音模塊

本模塊采用ＵＳＡＲＴ進行通信。該語音合成芯片，支持多種編碼的數(shù)據(jù)。如：ＡＳＩＣ　ＧＢＫ　ＵＴＦ等。語音合成數(shù)據(jù)通過打包發(fā)送到該模塊。

支持多音字及人名的智能識別。該模塊控制命令多大幾十條，可以很好的實現(xiàn)對輸出音量、語速、背景音、多音字識別、強制連讀等調(diào)控。該模塊實現(xiàn)時遇到兩個難題：１、多指令的學(xué)習(xí)使用問題　２、電流干擾問題。第一個問題通過學(xué)習(xí)該芯片使用手冊很快得到了解決。第二個問題的現(xiàn)象是，每當播放語音時，顯示屏上就會亂碼。經(jīng)過多次檢測，發(fā)現(xiàn)問題是該模塊播音時電流變化大，對開發(fā)板上的電源產(chǎn)生了干擾。解決辦法是采用外界電源。

六、語音識別模塊ＬＳＤ３３２０

　　　本模塊基本功能是識別語音，附加功能是播放語音。本模塊通過ＳＰＩ與從機主控芯片通信。從機控制該模塊進行語音識別和語音播放。結(jié)合ｆａｔｆｓ與ｓｄｉｏ，可從ｓｄ卡上讀取ＭＰ３數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)了語音識別ＭＰ３播放器。該模塊使用時首先初始化，再選擇模塊工作模式。通過查閱數(shù)據(jù)手冊，可以更好的控制該芯片。結(jié)合無線模塊可以實現(xiàn)對上位機的控制。結(jié)合語音識別功能和語音播放功能可以實現(xiàn)語音對話。

3. 系統(tǒng)硬件設(shè)計

詳細介紹系統(tǒng)各個模塊的硬件實現(xiàn)過程，包括電路系統(tǒng)仿真，說明采用關(guān)鍵器件的理由及關(guān)鍵部分的原理圖（不得大量復(fù)制原理圖和PCB圖，更多用框圖的方式示意，僅對能體現(xiàn)工作量和創(chuàng)新的部分提供原理圖，評委有權(quán)對濫用原理圖的論文扣分）

語音模塊

語音識別模塊　

無線模塊

4. 系統(tǒng)軟件設(shè)計

5. 系統(tǒng)創(chuàng)新

　　　本系統(tǒng)將主從機分開，利用從機進行語音識別和溫濕度監(jiān)控，主機進行數(shù)據(jù)分析。通過藍牙通信，獲取智能手機上的天氣數(shù)據(jù)，很好的解決了微控制器連接網(wǎng)路難題。并且，通過藍牙連接，用戶能夠使用手機獲得當前的溫度信息。語音識別功能，增添了更加豐富的人機交互方式。此外，利用開發(fā)板上自帶的加速度模塊，能夠?qū)崿F(xiàn)彩屏的橫豎屏切換。

6. 評測與結(jié)論　　
系統(tǒng)的測試分三個階段，第一個階段主要是對硬件的測試。包括原理圖，焊接等檢測。焊接時，分模塊焊接、測試。最后，進行整個模塊上電測測。

　　第二個階段主要是對軟件的測試。軟件測試也是先分模塊測試，再總的進行測試。

　　第三個階段是黑盒測試。我們小組內(nèi)先進行組內(nèi)測試。通過后，再請其他同學(xué)通過使用，發(fā)現(xiàn)其中的問題。再進行改進。

進過測試，第一，第二個階段的測試比較順利。第三個階段的測試出現(xiàn)一些問題，主要是語音識別上的問題。通過不斷改變算法，最終得到了很好的效果。

附錄

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