基于STM32的室内物联网控制系统

梁浩林，何永玲，冯博华,2

（1.广东药科大学 医药信息工程学院 ，广东 广州 510006；2.广东省医药3D打印机及个性化医疗工程技术研究中心，广东 广州 510006）

0 引 言

随着科技的提升和经济的发展，人们物质生活水平提高的同时，对家居环境的要求也越来越高。作为家居智能化的核心部分，智能化自动控制愈发重要，智能控制系统的开发和建设是未来国家发展的必然趋势。但基于物联网的室内智能控制系统尚未普及，对于绝大多数家庭而言，实现室内智能控制的成本过高。本系统在低成本前提下，实现室内物联网控制系统的搭建并结合手机APP加入百度语音识别，为室内物联网发展提供解决方案。

1 系统总体设计

该方案采取一主多从架构，由主机客户端、云端服务器、手机APP端和子设备等四部分组成。系统总体方案如图1所示。

图1 系统总体方案

首先在阿里云上搭建MQTT远程服务器，主机客户端以STM32F103单片机为主控制器，搭载OLED显示屏，采用ESP8266作为WiFi模块，使用MQTT协议和阿里云的远程服务器通信。子设备分别设计了继电器插座开关、温湿度传感器、摄像头等，用于监测家中情况和控制家中电器开关。每个子设备由一个STM32F103单片机作控制器，通过蓝牙模块与主机通信，以此搭建拥有一个主机和多个子设备的室内物联网控制系统。手机APP端通过互联网与阿里云的MQTT远程服务器或主机通信，同时加入百度语音识别模块以进行远程智能控制。

2 控制系统硬件设计

本系统的硬件设计包括主机、JDY-24M蓝牙模块、DHT11温湿度传感器、ESP32-CAM摄像头及其他电子元件。

2.1 主机硬件电路

主机的硬件部分由STM32F103单片机和电阻屏组成，主机主要负责与MQTT远程服务器、手机APP端通信，用户可在电阻屏的GUI界面查看相关状态信息并对子设备电器进行控制。STM32最小系统电路如图2所示。

图2 STM32最小系统电路

2.2 蓝牙模块

蓝牙模块使用JDY-24M蓝牙组网模块，工作模式为MESH组网模式。JDY-24M蓝牙模块电路如图3所示。

图3 JDY-24M蓝牙模块电路

2.3 温湿度传感器与OLED显示屏

为实现温度和湿度数据的采集，子设备选用DHT11温湿度传感器，这是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，具有很高的可靠性与稳定性。显示屏选用0.96英寸的SSD1306 128×64 OLED显示屏，主要用于显示温湿度信息和子设备电器状态。HDT11温湿度传感器电路如图4所示，OLED显示屏电路如图5所示。

图4 HDT11温湿度传感器电路

图5 OLED显示屏电路

2.4 AC-DC开关电源模块和继电器模块

为控制家用电器，首先使用AC-DC电源转换模块HLK-5M05将220 V电压转换为5 V电压供电，继而使用欧姆龙固态继电器G3MB-202P控制家用电器。HLK-5M05开关电源模块电路如图6所示，G3MB-202P固态继电器电路如图7所示。

图6 HLK-5M05开关电源模块电路

图7 G3MB-202P固态继电器电路

2.5 摄像头模块

子设备摄像头选用ESP32-CAM，ESP32-CAM是小尺寸的摄像头模组，可以作为最小系统独立工作，其被广泛应用于各种物联网场合。

3 控制系统软件设计

本系统的软件设计包括天气预报信息获取、子设备电器控制以及手机APP界面设计。

3.1 天气预报信息获取

主机通过MQTT协议向阿里云服务器发送信息，云服务器继而向天气预报网站发送请求获取信息，随后云服务器再将信息返回到主机并显示。天气预报获取流程如图8所示。

图8 天气预报获取流程

3.2 子设备电器控制

手机APP端信息经百度语音识别后，控制信息先由MQTT客户端发布，STM32控制器在对其进行解析后，通过蓝牙模块发送到子设备终端，以此实现远程控制。子设备控制流程如图9所示。

图9 子设备控制流程

3.3 手机APP界面设计

手机APP界面设计如图10、图11所示。

图10 手机APP界面设计（1）

图11 手机APP界面设计（2）

4 系统测试

用户可直接在主机和手机APP上查看天气、温湿度、子设备状态等信息，并在手机APP上通过用户界面进行语音或手动操作，远程控制摄像头拍摄。

为使系统设计一体化，我们绘制各子设备原理图后，打印PCB板制板，使其模块化，便于在家中对房间设备进行监测和控制。子设备PCB图如图12所示。

图12 子设备PCB图

5 结 语

本系统设计方案通过STM32F103单片机和MQTT远程服务器搭建了一个室内物联网控制系统，通过蓝牙实现主机和子设备间的通信。可在手机APP端监测室内温湿度情况，并实现语音远程控制子设备电器开关。在本设计的基础上，还可进行进一步的研发，子设备可根据需要接入更多传感器，使得检测范围更广、系统更智能化。