STM32+NRF24L01无线智能家居环境监测系统设计(上位机+下位机源码与硬件图)

ID:438753 · 发表于 2018-12-10 20:50

基于ZigBee的智能家居环境监测系统设计，包括上位机和下位机，附带源码

ARM-STM32校园创新大赛
题目：基于STM32的智能环境监测系统

摘要

本系统采用stm32f407作为主控芯片，实现对环境的监测。并且通过和手机通信，获取当前的天气预报信息，结合当前测得的温湿度，可以为用户提供出行建议。利用stm32自带的RTC可以实现时间及闹钟功能。此外RTC还可以用于电子日历的制作。从机主控芯片是STM32f103，其主要功能是测取当前的温湿度信息和语音识别。主从机通过nrf24l01无线通信。

1. 引言

　　科技发展越来越快，我们将要进入物联网的世界。利用已经成熟的温湿度传感器技术，可以获得当前的温湿度信息；利用已经很成熟的光敏传感器技术可以获得当前的光照强度。如果我们将这些信息搜集起来，通过微处理器分析，从而给出控制信息，实现智能控制。我们所要做的事情就是：通过微处理器丰富的外设，来获取周围信息。再分析这些数据，利用自动控制算法，控制外围器件，实现环境的调控。

2. 　系统方案

一、温湿度监测模块：1.与数字温度传感器通信，获取当前的温湿度信息。

2.将获得温湿度信息进行滤波处理

3.将温湿度数据打包传送给上位机

4.上位机接受下位机传输数据，将数据解包存储

5.上位机数据分析

该模块中最关键的算法是数据滤波，代码如下：

#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];
}

复制代码

二、光照强度监测模块

本模块比较简单。通过监测光敏电阻两端的电压，来获得电压数据。再将电压数据转化成光照强度数据。检测电压的方法是采用STM32F407的AD模块来实现。同上一个模块一样，要对数据进行滤波处理。算法如上。

三、2.4G无线通信模块

本模块是连接主从机的关键模块。采用的通信芯片是NRF24L01。该芯片内部包括频率发生器、增强型ShockBurst模式控制器、功率放大器、晶体振荡器、调制器、解调器等功能模块。通信接口为SPI，待机电流22uA。

该模块的使用主要是通过对其进行初始化、再选择工作状态（RX/TX）、发送或接收数据。通过软件查询方式，来通信。前期调试时，下位机由于以前调试过，没有遇到什么问题。主要是在STM32F407上由于干接触，还不太了解该SPI库函数的使用方法，犯了一些低级错误。后期调好之后没有出现过大的问题。

蓝牙通信模块

　　　　　蓝牙通行模块是用于与智能手机及电脑通信的。本系统通过该模块与手机通信，获取当前的天气预报信息。此外，还可通过智能手机、电脑等获取本系统当前的信息以及控制本系统。该模块与ＳＴＭ３２ｆ４０７通过ＵＳＡＲＴ通信。主要难点是：控制指令是ＡＴ指令。由于此前没有学习过该指令，学习该指令花费了几天时间。该模块稳定性高，调试成功后一直没有出现过大的问题。

　　五、SYN6288合成语音模块

本模块采用ＵＳＡＲＴ进行通信。该语音合成芯片，支持多种编码的数据。如：ＡＳＩＣ　ＧＢＫ　ＵＴＦ等。语音合成数据通过打包发送到该模块。

支持多音字及人名的智能识别。该模块控制命令多大几十条，可以很好的实现对输出音量、语速、背景音、多音字识别、强制连读等调控。该模块实现时遇到两个难题：１、多指令的学习使用问题　２、电流干扰问题。第一个问题通过学习该芯片使用手册很快得到了解决。第二个问题的现象是，每当播放语音时，显示屏上就会乱码。经过多次检测，发现问题是该模块播音时电流变化大，对开发板上的电源产生了干扰。解决办法是采用外界电源。

六、语音识别模块ＬＳＤ３３２０

　　　本模块基本功能是识别语音，附加功能是播放语音。本模块通过ＳＰＩ与从机主控芯片通信。从机控制该模块进行语音识别和语音播放。结合ｆａｔｆｓ与ｓｄｉｏ，可从ｓｄ卡上读取ＭＰ３数据，从而实现了语音识别ＭＰ３播放器。该模块使用时首先初始化，再选择模块工作模式。通过查阅数据手册，可以更好的控制该芯片。结合无线模块可以实现对上位机的控制。结合语音识别功能和语音播放功能可以实现语音对话。

3. 系统硬件设计

详细介绍系统各个模块的硬件实现过程，包括电路系统仿真，说明采用关键器件的理由及关键部分的原理图（不得大量复制原理图和PCB图，更多用框图的方式示意，仅对能体现工作量和创新的部分提供原理图，评委有权对滥用原理图的论文扣分）

语音模块

语音识别模块　

无线模块

4. 系统软件设计

5. 系统创新

　　　本系统将主从机分开，利用从机进行语音识别和温湿度监控，主机进行数据分析。通过蓝牙通信，获取智能手机上的天气数据，很好的解决了微控制器连接网路难题。并且，通过蓝牙连接，用户能够使用手机获得当前的温度信息。语音识别功能，增添了更加丰富的人机交互方式。此外，利用开发板上自带的加速度模块，能够实现彩屏的横竖屏切换。

6. 评测与结论　　
系统的测试分三个阶段，第一个阶段主要是对硬件的测试。包括原理图，焊接等检测。焊接时，分模块焊接、测试。最后，进行整个模块上电测测。

　　第二个阶段主要是对软件的测试。软件测试也是先分模块测试，再总的进行测试。

　　第三个阶段是黑盒测试。我们小组内先进行组内测试。通过后，再请其他同学通过使用，发现其中的问题。再进行改进。

进过测试，第一，第二个阶段的测试比较顺利。第三个阶段的测试出现一些问题，主要是语音识别上的问题。通过不断改变算法，最终得到了很好的效果。

附录

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