27 卷Vol.27 第 24 期No.24 第 基于 STM32 Electronic Design Engineering 电子设计工程 2019 12 Dec. 2019 年 月 3. Android JPEG 广东工业大学 机电工程学院，广东 广州 广东工业大学 实验教学部，广东 广州 智能家居控制系统的设计 1 3 1 林玩杰 2 510006 ，李水峰 2. ，毛立夫 ； 广东工业大学 计算机学院，广东 广州 ，林凯隆 510006 STM32F103 ） 510006 ； 1. （ I/O DHT11 OV7670 连接 APP APP WiFi 摘要：设计一款 口控制灯的开和关；使用 对视频数据压缩编码并传给客户端 智能手机控制的智能家居系统，采用 温湿度传感器采集室内温湿度信息；通过 作为系统主处理器，使用 摄像头采集 进行播放。测试结果表明：用户通过 视频数据，采用 手机客户端 便可以远程监控家居情况，实现对家用灯光控制、环境检测以及视频监 控等功能。此外，该系统运行良好，操作界面友好，满足智能家居的各项功能需求，具有一定的实 用价值。 关键词：智能家居；监控系统； 中图分类号： DOI： 10.14022/j.issn1674-6236.2019.24.038 24-0176-05 1674-6236 文献标识码： STM32 TN915 TP273 文章编号： 2019 ；物联网 A ； （ ） Design of smart home supervision system based on STM32 LIN Wan⁃jie1 LI Shui⁃feng2 MAO Li⁃fu3 LIN Kai⁃long1 ， ， ， （ 1 510006 510006 2 3 . School of Electro-mechanical Engineering，Guangdong University of Technology，Guangzhou ，China； ，China； . Experimental Teaching Center，Guangdong University of Technology，Guangzhou . School of Computer Engineering，Guangdong University of Technology，Guangzhou 510006 ，China） I/O port to control the lights on and off Abstract: This paper designs a smart home system controlled by Android smart phone which use STM32F103 as the main processor. The system choses DHT11 temperature and humidity sensor to detect indoor temperature and humidity information OV7670 camera to collect video data and use JPEG to compress and encode video data and transmit it to the client APP for playback. The test result shows that users can monitor the household situation remotely by connecting WiFi with APP on mobile client environment detection and video monitoring. In addition which meets the functional requirements of smart home and has a certain practical value. Key words: smart home the system runs well and has friendly operation interface and realize the functions of lighting control supervision system STM32 IOT ， ， ， ， ， ， ， ， ； ； ； WiFi [1-5] 近年来，随着 通信技术、物联网技术的快 速 发 展 ，随 之 应 运 而 生 的 智 能 家 居 技 术 也 日 趋 成 熟 。国内也有像小米、海尔等品牌企业涉足这个 领域，开拓国内智能家居的市场，推动了智能家居在 中国的普及 [6-9] 。 智 能 家 居 通 过 物 联 网 技 术 将 家 中 的 各 种 设 备 201904141 2019-04-24 2017 学改革项目（ 1995 收稿日期： 基金项目： -176 - 稿件编号： 2018syixb015 ） 年广东工业大学大学生创新训练省级项目（ 作者简介：林玩杰（ —），男，广东汕头人。研究方向：工业自动化生产。 [10-13] （如照明系统、空调控制、安防系统、网络家电等）连 接到一起，提供家电控制、照明控制、防盗报警、环境 监测等多种功能和手段 。与普通家居相比，智 能 家 居 不 仅 具 有 传 统 的 居 住 功 能 ，兼 备 网 络 通 信、 信 息家电、设备自动化，提供全方位的信息交互功 能，提升用户体验的同时，又能节省各种资源资金的 浪费 [14-17] 2017118452 。 ;2018 ） 年广东工业大学实验教学部教 

STM32 林玩杰，等 基于 STM32 APP WiFi 本设计提出一种基于 的智能家居控制系 统的实现方案，用户可以登录手机客户端 的控 制 界 面 ，通 过 技 术 实 现 对 住 宅 设 施 的 远 程 监 控，包括灯光、家电的控制、环境（温湿度）的监测、视 频监控等功能，构建一个高效的住宅设施管理系统， 提升人们家居的安全性、便利性、舒适性。 1 系统架构 STM32 开 发 的监控界面 APP 智 能 家 居 系 统 架 构 主 要 由 单 片 机 WiFi 3 板、 这 Android 1 通信、 手机客户端 所示。 STM32 大模块组成，如图 智能家居的整个设计是基于单片机 Android 开发 板实现的，单片机开发板主要实现灯光照明控制、环 境监测、视频监控等模块的数据采集。另外，本设计 开发了 作为智能家居的监 控界面，通过手机连接 完成数据传输，实现对 单片机上各个模块的远程监控，包括灯光照明模块、 环境监测模块、视频监控模块，实现了智能家居的整 个控制系统。 手机客户端 WiFi APP 1 图 系统框架图 1.1 硬件设计 STM32 1 开发板 ） 本 设 计 中 采 用 STM32 MCU 64 kB SRAM 2 3 3 12 FSMC STM32F103ZET6 4 1 作为 芯片，包括以下资源： 个基本定时器、 个 串 口 、 、 口。 开 发 板 ，选 择 ，是一款功能十分强大的 、 、 个高级定时器、 个 位 个 个通用 所 示，包括温湿度传感器接口电路、摄像头接口电路、 无线模块接口电路 。 512 kB FLASH IIC SPI 5 2 1 ADC 12 112 2 DMA 12 CAN 1 1 1 STM32F103ZET6 控制器（共 个 个 个通用定时器、 个 位 的部分接口电路图如图 、 接口、 USB SDIO DAC IO 个通道）、 接口以及 个 、 2 2 、 、 个 、 个 个 STM32F103 [18] 开发板 ，它具有以下优点： 接口丰富，可以方便的进行各种外设的实验 对于 ① 和开发；② 设计灵活，接口位置设计安排合理，操作方便 智能家居控制系统的设计 2 STM32F103ZET 图 部分接口电路 顺手；③ 512k 字节 FLASH 资源充足，主芯片采用自带 STM32F103ZET6 2 的 储，保障本设计中视频传输的稳定性。 ，满 足 大 内 存 需 求 和 大 数 据 存 ）灯光照明模块 灯光照明模块用到的硬件只有两个 设计采用开发板上现有的两个 发板上是默认连接好的，分别是 灯，本 灯，其电路在开 和 。其中， 灯，本设计中以这 灯的熄灭模拟实现智能家居中灯光的控制。 LED DS0 LED LED DS1 LED DS1 DS0 是绿色 是红色 灯， 两个 LED 3 ）环境监测模块 该环境检测模块中，主要考虑室内温湿度对于 用户生活舒适度的影响，所以本设计主要对温度和 湿度进行监测，并采用 传感器进行温湿度数 DHT11 据采集。DHT11 I/O 是一款温湿度一体化的数字传感器，该 测温元 传感器包括一个电阻式测湿元件和一个 件。通过 口连接单片机微处理器，可以实时采集 本地湿度和温度，传感器内部湿度和温度数据一次 性传给单片机，数据采用校验和方式进行检验，有效 NTC -177 - 

地保证数据传输的准确性。 所示。 DHT11 2019 24 期 年第 《电子设计工程》 3 的电路图如图 3 DHT11 图 电路图 5 WiFi 图 模块的功能结构 6 WiFi 模块应用电路图 图 1.2 软件设计 Keil [20] ，本设计使用 本系统的软件设计主要是单片机开发板上各个 功能模块的设计 软件进行编程、 仿真和调试，实现了灯光照明控制、温湿度监测、视 频监控等各个模块的功能，整个软件设计流程如图 所示。首先，相对系统进行初始化，主要对进行 口进行初始化以确保硬件连接的稳定性；然后进入 检测函数，通过检测函数进行数据采集，如灯光状 态、温湿度数据、视频数据；最后再将采集到的数据 进行传输。 7 I/O 7 图 软件设计流程图 1 ）灯光照明模块 灯光照明模块的软件设计主要实现单片机开发 灯的熄灭，模拟智能家居控制系统中 灯连接的 板上两个 的灯光亮灭的控制。首先，初始化与 LED LED 4 OV7670 ）视频监控模块 视频监控模块是为解决用户对于家居安全状态 ，在设 摄像头进行视频 的监控，用户可以实时监控住宅安全等问题 计该视频监控模块时，采用 数据的采集。 OV7670 [19] 1/6 CMOS VGA 寸 的 是 一 颗 器，该传感器体积小、工作电压低，提供单片 像头和影像处理器的所有功能。该产品 最高达到 据格式和传输方式等， 图 像 传 感 摄 图像 秒，用户可以完全控制图像质量、数 所示。 VGA 4 OV7670 应用电路如图 30 帧 / VGA 4 OV7670 应用电路图 图 模块 ） WiFi 5 WiFi APP RS232/LVTTL ATK-RM04 WiFi UART-ETH-WiFi ATK- RM04 WiFi 3 模块是为了实现单片机上各功能模块与手 之间数据传输，保证数据传输的及时性和高 机 模块，这 效性。该设计的硬件采用 （串口—以太网—无 是一款高性能 模 块 采 用 串 口 线 网 ）模 块 。 协 议 栈 ， （ 个 接 口 之 间 的 转 能 够 实 现 串 口 、以 太 网 、无 线 网 换，如图 模块，单片机 开发板在不需要更改任何配置的情况下，直接连接 模块传输单片机上采集到 模块 ATK-RM04 WiFi WiFi ATK-RM04 WiFi 模块，即可通过 TCP/IP 所示。通过 通 信 ，内 置 MCU WiFi ）与 5 的温度、湿度、视频等数据。 的应用电路如图 所示。 -178 - 6 

STM32 智能家居控制系统的设计 林玩杰，等 基于 0 1 硬件接口，然后通过设置“ 控制，最终达到控制灯光亮灭的目的。 ”和“ ”实现高低电位的 ）环境监测模块 环 境 监 测 模 块 的 软 件 设 计 主 要 实 现 传 感器温湿度数据采集和传输。 数字温湿度传 感器采用单总线数据格式，即单个数据引脚端口完 成输入输出的双向传输。 DHT11 DHT11 0 1 DHT11 ，则表示检测到 DHT11 DHT11 首先，需通过函数代码对传感器进行初始化设 的存在；若返回 置，若返回 的存在。然后，再根据单 ，则表示检测不到 ， 总线操作时序来读取 ，则表示温湿度读 则表示温湿度读取成功；若返回 取失败。在进行一系列初始化后，如果初始化成功， 主函数代码则实现每个 读取一次数据，并将 数据传输并显示在单片机开发板的显示屏上。 的温湿度值，若返回 100 ms 0 1 2 3 IO 相关的 口，然后再完成 OV7670 ）视频监控模块 视频监控模块的软件设计主要实现视频采集、 视 频 数 据 传 输 、视 频 显 示 等 功 能 。 首 先 ，初 始 化 的寄存器 序列初始化，完成初始化后，便可进行视频图像采 集。将采集到的原始图像数据通过 压缩输出 进行实时播放，网络传输中应用层采 给客户端 协议配合来保证传输的质量，传输层 用 与网络层采用 协议。同时移植服务器，通过 APP TRTP /RTCP OV7670 JPEG TCP/IP APP 监听客户端 的请求，从而实现与客户端 APP CGI 的网络交互。 1.3 监控界面设计 Java APP Android 针对监控界面的设计，本设计使用 语言开 发了 所 示，包含了温湿度模块、灯光控制模块、视频监控模 块以及基础设置模块。 ，其控制界面如图 手机客户端 8 8 APP 图 监控界面 C/S 智能家居系统采用传统的 架构，手机 APP 作 9 为客户端，嵌入式硬件作为服务器端。客户端每个 模块的实现大致流程图如图 所示，首先初始化用 户界面；然后开启子线程请求访问服务器，若服务器 成功响应，则将数据解析出来并显示在用户界面；最 后如果用户执行刷新操作，则继续访问服务器。 9 图 模块实现流程图 Socket 其中客户端访问服务器采用底层 进行数 据的传输，这样做的好处是便于把握细节，同时可以 节省流量。由于网络请求通常属于耗时操作，如果 直接在主线程中请求网络，则有可能导致主线程被 阻塞。因此我们采用 回调机制，首先在客户端 开启一个子线程，然后将数据发送给服务器，最后再 回调处理服务器响应的数据。 JAVA 完成 的程序设计后，可进行 APP 的操作。通过基础设置模块，连接单片机上的 模块，实现单片机与手机 输，完成之后便可查看各个功能模块，如图 2 系统测试 客户端之间的数据传 所示。 10 APP 各项功能 WiFi APP STM32 摄像头、 模块通过 WiFi 该智能家居控制系统以 APP OV7670 WiFi DHT11 I/O STM32 WiFi 开发板为主控制 模 ，为验证该智能控制系统的稳定 温 口与 器，结合灯光模块、温湿度模块、视频监控、 块、手机客户端 性和有效性，需进行系统测试。首先，将 湿度传感器、 单片机连接，接通电源后将程序代码烧写到 的控制界面， 单片机开发板上。然后，打开手机 连 如图 接。最后，在移动端成功接入后，可以选择控制温湿 度、灯光、视频、设置四个按钮并检测硬件部分的相 应模块是否执行成功。图 上系 统执行后的结果，系统运行良好，该测试结果满足了 智能家居控制系统的设计要求。 所示，点击“设置”后输入 显示了手机 地址进行 APP APP 10 IP 8 -179 - 

2019 《电子设计工程》 24 期 年第 10 图 各功能模块的监控 ） 10 :76. [10] 18 （ 朱向庆，邓浩欣，李嘉宝，等 的智能家居系统设计 （ 李伟，张秀娟 制系统设计与实现研究 :179-183. . [J]. STM32 基于 ） 2016 :50. . STM32 基于 和 电子设计工程， Android 2018 26 ， 单片机的智能家居控 科技创新与应用， [J]. STM32 2013 8 3 [J]. 单片机在室内监测研究 [J]. [D]. 荆 :1053 -1055. 的温室温湿度采集 ） 一种基于 的智 廊坊师范学院学报：自 STM32 的网络监控系统的研究 . . ） （ （ ） （ 基于 基于 8 :74. . .stm32 GPRS 2018. 2018 浙江农业科学， 胡古月，黄丽华 系统 孟锦涛，刘淮霞 计算机产品与流通， 余金遥 州：长江大学， 耿树芳，王宁，张雪莹，等 能家居无线网关设计 然科学版， ） 的无线 樊智一 基于 电子世界， 统设计 （ 林建华，林二妹 基于 控制系统设计与实现 （ 韩媛媛，周皓，陈金辉，等 伏电站智能直流汇流箱监测单元的研究 电力， 蒲星星，王建设，高玉闪，等 障监控特征参数提取研究 [J]. :26-30. 4 WIFI 2016 :35-37. 18 STM32 [J]. 2018 18 STM32 . 2017(6): 73-77. :35-39. . [J]. 基于 2 ， （ ） . 26-31. 温湿度监测系 ） 无线网络智能家居 2019 攀枝花学院学报， STM32F103 [J]. 的光 陕西 . [J]. . : 6 液氧煤油发动机故 火箭推进， ） （ 2017 AutoCAD 平台 2017 基于 [J]. 火箭推进， 庄宿国，赵伟刚，杨霞辉，等 的涨圈密封参数化软件开发 （ :47-52. 3 ） [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] 3 结束语 STM32 APP STM32 APP 本设计是基于 的智能家居控制系统，以 为主控制器，实现了灯光照明模块、环境检测 手机客户端 Android 模块和视频监控模块，并开发了 作为智能家居系统的控制界面，最终通过 WiFi 通信技术实现了在 上远程控制各个功能模块的 设想。本设计满足智能家居的基础功能，实现成本 低廉，用户操作简单，体现了智能家居的智能化、信 息化、舒适性，具有良好的应用价值。 参考文献： 浅谈嵌入式智能家居系统设计 （ ） 基于 STM32 2018 12 STM32 的智能 ） :4-7. 2018 （ 的智能家 基于 电脑与电信， . 2018 . 11 :58. [J]. 向兵，刘成 营科技， 李志凯，江桂升，余丽红，等 家居控制系统设计 闫华，戴月真，曹晓慧，等 居设计 （ 党鹏，马菁 :167-146. [J]. ） . . 14 [J]. 物联网在智能家居中的应用与发展 城市建设理论研究（电子版）， [J]. 民 [1] [2] [3] [4] [5] 2019 4 :120. S3C2440 . [J]. （ 基于 ） 安防科技， 31 的嵌入式 ， 2010 [J]. ）： 基于 16 计算机产品与流通， 冯飞雨，于春梅，胡立锋 远程视频监控系统的设计 （ 陶冶 联网技术， 郭俊 为研究 郭哲 以 3569-3572. Arduino 2019 9 : 2019 . [D]. WiFi 基于安卓智能家居 电子测试， . . . 南昌 3 （ 和 ， （ ） 杨利荣，李伟 基于 WiFi :23-24 App ） :65-67. 4 Android [J]. [J]. APP - [6] [7] [8] [9] -180 的温室监控系统 物 ， 26. 2018. 控制系统及用户行 南昌航空大学， 技术为基础的智能家居系统探究 的 设 计 与 开 发 科 技 创 新 与 应 用 ， 平台的空气质量监测 2016