使用STM32实现智能家居系统

智能家居系统是将智能技术应用于家居设备和家庭生活中的一种创新方式。它可以通过互联网连接和自动化控制，提供更便捷、舒适、安全和节能的居家体验。本文将介绍如何使用STM32单片机实现一个简单的智能家居系统，包括控制灯光、温度和湿度监测以及远程控制等功能。

1. 系统概述 本系统使用STM32单片机作为控制核心，通过WiFi模块与互联网连接，实现远程控制功能。系统包括三个主要模块：灯光控制、温湿度监测和远程控制。灯光控制模块用于控制房间内的灯光开关。温湿度监测模块用于实时监测房间的温度和湿度。远程控制模块允许用户通过手机或电脑远程控制灯光开关。

2. 使用的硬件和软件工具 硬件：

• STM32F103开发板
• W5500 Ethernet模块
• DHT11温湿度传感器
• HC-SR04超声波传感器
• 电线、面包板和其他必要的电子元件

软件工具：

• Keil uVision MDK开发环境
• STM32CubeMX配置工具
• HAL库函数（STM32F1xx_HAL_Driver）
• 串口调试助手（如Tera Term）

1. 灯光控制模块实现 首先，我们需要连接LED灯和STM32开发板。将LED的正极连接到STM32的一个GPIO引脚，负极连接到GND。在代码中，我们使用HAL库函数来控制该引脚的电平状态。以下是示例代码：

#include "stm32f1xx_hal.h"
 
GPIO_TypeDef* LED_GPIO_Port = GPIOA;
uint16_t LED_Pin = GPIO_PIN_5;
 
void LED_Init(void)
{
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
  
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
  
  GPIO_InitStruct.Pin = LED_Pin;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  HAL_GPIO_Init(LED_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
  
  HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin, GPIO_PIN_RESET);
}
 
void LED_On(void)
{
  HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin, GPIO_PIN_SET);
}
 
void LED_Off(void)
{
  HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin, GPIO_PIN_RESET);
}

在主函数中，我们可以通过调用LED_On()和LED_Off()函数来分别打开和关闭LED灯。

1. 温湿度监测模块实现 我们需要连接DHT11温湿度传感器与STM32开发板。将DHT11的VCC引脚接到STM32的一个GPIO引脚上，GND引脚接地，DATA引脚连接到STM32的另一个GPIO引脚。在代码中，我们使用HAL库函数来读取DHT11的数据。以下是示例代码：

#include "stm32f1xx_hal.h"
 
GPIO_TypeDef* DHT11_GPIO_Port = GPIOA;
uint16_t DHT11_Pin = GPIO_PIN_6;
 
uint8_t DHT11_Read(void)
{
  uint8_t data = 0;
  uint8_t i;
 
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
 
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
 
  GPIO_InitStruct.Pin = DHT11_Pin;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;
  HAL_GPIO_Init(DHT11_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
 
  HAL_GPIO_WritePin(DHT11_GPIO_Port, DHT11_Pin, GPIO_PIN_RESET);
  HAL_Delay(18);
 
  HAL_GPIO_WritePin(DHT11_GPIO_Port, DHT11_Pin, GPIO_PIN_SET);
  HAL_Delay(20);
 
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_DISABLE();
 
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;
  HAL_GPIO_Init(DHT11_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);
 
  for (i = 0; i < 8; i++)
  {
    while (HAL_GPIO_ReadPin(DHT11_GPIO_Port, DHT11_Pin) == GPIO_PIN_RESET)
    {
    }
 
    HAL_Delay(40);
 
    if (HAL_GPIO_ReadPin(DHT11_GPIO_Port, DHT11_Pin) == GPIO_PIN_SET)
    {
      data |= (1 << (7 - i));
    }
 
    while (HAL_GPIO_ReadPin(DHT11_GPIO_Port, DHT11_Pin) == GPIO_PIN_SET)
    {
    }
  }
 
  return data;
}
 
float DHT11_GetTemperature(void)
{
  uint8_t data[5];
  float temperature;
 
  DHT11_Read();
 
  data[2] = DHT11_Read();
  data[3] = DHT11_Read();
  data[4] = DHT11_Read();
 
  temperature = data[2] + data[3] / 10.0;
 
  return temperature;
}
 
float DHT11_GetHumidity(void)
{
  uint8_t data[5];
  float humidity;
 
  DHT11_Read();
 
  data[0] = DHT11_Read();
  data[1] = DHT11_Read();
 
  humidity = data[0] + data[1] / 10.0;
 
  return humidity;
}

在主函数中，我们可以通过调用DHT11_GetTemperature()和DHT11_GetHumidity()函数来获取温度和湿度值。

1. 远程控制模块实现 为了实现远程控制功能，我们需要使用W5500模块将STM32单片机连接到互联网。我们可以使用TCP/IP协议栈来实现网络通信。以下是示例代码：

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "lwip/init.h"
#include "lwip/netif.h"
#include "lwip/tcp.h"
#include "lwip/etharp.h"
 
void MX_LWIP_Init(void)
{
  IP_ADDR4(&ipaddr, 192, 168, 1, 100);
  IP_ADDR4(&netmask, 255, 255, 255, 0);
  IP_ADDR4(&gw, 192, 168, 1, 1);
 
  lwip_init();
 
  netif_add(&gnetif, &ipaddr, &netmask, &gw, NULL, ðernetif_init, &tcpip_input);
  
  netif_set_default(&gnetif);
  
  if (netif_is_link_up(&gnetif))
  {
    netif_set_up(&gnetif);
  }
  else
  {
    netif_set_down(&gnetif);
  }
}
 
void tcp_server_init(void)
{
  struct tcp_pcb* pcb;
  
  pcb = tcp_new();
 
  if (pcb != NULL)
  {
    err_t err;
    
    err = tcp_bind(pcb, IP_ADDR_ANY, 80);
    
    if (err == ERR_OK)
    {
      pcb = tcp_listen(pcb);
      
      tcp_accept(pcb, tcp_server_accept);
    }
    else
    {
      memp_free(MEMP_TCP_PCB, pcb);
    }
  }
}
 
err_t tcp_server_accept(void* arg, struct tcp_pcb* newpcb, err_t err)
{
  err_t ret_err;
  
  tcp_setprio(newpcb, TCP_PRIO_MIN);
 
  tcp_recv(newpcb, tcp_server_recv);
  tcp_err(newpcb, tcp_server_error);
  tcp_poll(newpcb, tcp_server_poll, 4);
 
  ret_err = ERR_OK;
 
  return ret_err;
}
 
err_t tcp_server_recv(void* arg, struct tcp_pcb* tpcb, struct pbuf* p, err_t err)
{
  if (p != NULL)
  {
    // 处理接收到的数据
    tcp_server_process_packet(p->payload, p->len);
 
    tcp_recved(tpcb, p->tot_len);
 
    pbuf_free(p);
  }
  else if (err == ERR_OK)
  {
    tcp_server_close(tpcb);
  }
 
  return ERR_OK;
}
 
void tcp_server_process_packet(uint8_t* data, uint16_t len)
{
  if (len > 0)
  {
    if (data[0] == '1')
    {
      LED_On();
    }
    else if (data[0] == '0')
    {
      LED_Off();
    }
  }
}
 
void tcp_server_close(struct tcp_pcb* tpcb)
{
  tcp_arg(tpcb, NULL);
 
  tcp_sent(tpcb, NULL);
  tcp_recv(tpcb