STM32的智能家居.doc

中北大學-儀器與電子學院 基于STM32的智能家居監(jiān)控系統(tǒng) 指導(dǎo)教師： 洪應(yīng)平 專業(yè)：電子科學與技術(shù) 班級： 13060241 小組成員： 趙云璋（1306024122） 楊 杰 （1306024136） 章燦然（1306024141） 摘要隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的概念進入公眾視線，以及無線技術(shù)的發(fā)展和高速寬帶網(wǎng)絡(luò)的普及，利用互聯(lián)網(wǎng)來掌控傳統(tǒng)一切的做法已為人們廣泛接受?，F(xiàn)在人們的生活條件大大改善，人們的物質(zhì)文化追求也逐漸提高。用戶打開一款PC軟件或手機APP，通過互聯(lián)網(wǎng)接入到家庭的WIFI網(wǎng)關(guān)，向其發(fā)送指令即可控制家中的一切，反之亦可查看家中（傳感器）狀態(tài)，以此來掌控家中的一切情況。本文推出了一種基于WIFI的智能家居系統(tǒng)，主要提供安全舒適的居家環(huán)境，采用STM32F103ZET6作為主控芯片，通過WIFI無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將家中的監(jiān)測設(shè)備連接到一起，提供火災(zāi)報警、有害氣體監(jiān)控、環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測等。與傳統(tǒng)的智能家居系統(tǒng)相比，無需布線，免去了安裝過程中的布線繁多復(fù)雜，成本高，以及使用3G網(wǎng)絡(luò)作為傳輸?shù)母哳~流量費用。有利于提升家庭生活的安全性、便利性、舒適性等，改變了傳統(tǒng)的呆板生活方式，幫助人們有效的安排時間，另外也為家庭能源開支節(jié)約資金。關(guān)鍵詞：智能家居WIFISTM32物聯(lián)網(wǎng) AbstractWiththeconceptofInternet+intothepubliceye,andthedevelopmentofwirelesstechnologyandthepopularityofhigh-speedbroadbandnetwork,usetheInternettocontrolalltraditionalapproachhasbeenwidelyacceptedforthepeople.Nowpeopleslivingconditionsgreatlyimproved,peoplesmaterialandculturalpursuitalsograduallyimprove.UseropensaPCsoftwareormobilephoneAPP,throughWIFIInternetaccesstohomegateway,tosendcommandstocontroleverythinginthehome,andcanalsoviewthehomestate(sensor),inordertocontrolallhomesituation.ThispaperintroducedakindofsmarthomesystembasedonWIFI,mainlytoprovideasafeandcomfortableenvironmentthatoccupythehome,usingSTM32F103ZET6asthemastercontrolchip,throughWIFInetworktechnologywillbepartoftheapplianceinthehomeormonitoringequipmenttogether,providetheentranceguardsystemcontrol,fanautomaticcontrol,securityalarm,environmentaldatamonitoring,etc.Comparedwiththetraditionalintelligenthouseholdsystemwithoutwiring,removesthewiringinstallationprocessofcomplex,highcost,andtheuseof3gnetworkasatransportflowofhighcost.Helpenhancefamilylifesafety,convenience,comfort,etc.,haschangedthetraditionalrigidlifestyle,helpingpeopleeffectivelyarrangeatime,whilealsosavingmoneyforhomeenergycosts.Keywords:SmartHome,WIFI,STM32,Internetofthings 目錄第一章緒論.1.1智能家居發(fā)展的主要方向.1.2本課題的研究意義和目的.第二章智能家居控制系統(tǒng)的總體設(shè)計.2.1系統(tǒng)總體描述.2.2系統(tǒng)總體設(shè)計框圖.2.3系統(tǒng)主要功能.2.4系統(tǒng)的設(shè)計原則和目標.2.5系統(tǒng)的設(shè)計特點.第三章 智能家居系統(tǒng)的硬件設(shè)計.3.1 STM32主控制器模塊. 3.1.1STM32F103ZET6芯片. 3.1.2Open103z開發(fā)板.3.2STM32外圍硬件模塊設(shè)計. 3.2.1無線傳輸-WIFI模塊. 3.2.2蜂鳴器.3.3家居系統(tǒng)模塊設(shè)計. 3.3.1溫濕度采集模塊. 3.3.2煙霧報警模塊. 3.3.3紅外報警模塊. 3.3.4有害氣體報警模塊.第一章緒論家庭居住已經(jīng)是人們生活的基本條件之一，原本家電設(shè)備使用方便，但是其運行單一，需要人為的各個進行操作，操作麻煩，缺乏集中管理。隨著科技的發(fā)展，人們對家居生活要求的不斷提高，它在為人們提供居住的同時，還需要最大化的滿足和方便住戶的需求。高新技術(shù)的發(fā)展，帶來了智能化的深化和更新。近年來，智能化的概念已經(jīng)逐漸擴展到了家居生活，不僅使得家居生活更加智能化、自動化，而且還在節(jié)約資源和環(huán)保方面起到了重要的作用。它將家電設(shè)備進行智能化集中管理。在這種大背景下，智能家居系統(tǒng)開始形成了。1.1智能家居發(fā)展的主要方向智能家居包括網(wǎng)絡(luò)、計算機、傳感器、智能控制等多方面技術(shù)，同時，又必須和當前提倡的節(jié)能、環(huán)保相結(jié)合。因此，智能家居系統(tǒng)也是一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。隨著技術(shù)的突飛猛進，智能家居系統(tǒng)的發(fā)展日新月異，但是總的來說智能家居的發(fā)展方向有以下幾點：（1）網(wǎng)絡(luò)化。隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，將家居生活與網(wǎng)絡(luò)緊密聯(lián)系起來，已成為一種必然趨勢，無論是采用近程的Zigbee短距離無線方式，還是采用遠程的GPRS、以太網(wǎng)等遠距離傳輸控制方式，都將智能家居系統(tǒng)推向了物聯(lián)網(wǎng)的方向。（2）模塊化。在設(shè)計智能家居系統(tǒng)的時候，采用模塊化獨立設(shè)計，不僅使得系統(tǒng)簡單明了，運行起來互不干擾，同時也方便系統(tǒng)的日后維護、功能擴展等。（3）標準化。智能家居以后的發(fā)展必須協(xié)議統(tǒng)一，遵循統(tǒng)一的標準和規(guī)范，這樣可以使得不同廠家的產(chǎn)品相互補充使用，增大系統(tǒng)的使用范圍，豐富系統(tǒng)的功能。（4）節(jié)能化。智能家居的發(fā)展在不影響環(huán)境的前提下，盡量做到節(jié)能、環(huán)保。（5）人性化。在滿足人們?nèi)粘Ｉ钚枨蟮南?，盡量做到讓用戶更加舒適、更加方便、更加快捷和高效。1.2 本課題的研究意義和目的智能家居行業(yè)發(fā)展有著巨大的市場潛力和經(jīng)濟效益。在我國，智能家居有一定程度的發(fā)展，但是受很多因素約束，仍然還處于初級階段，許多標準不統(tǒng)一、產(chǎn)品價格昂貴。從總體來看，不是很樂觀。智能家居控制系統(tǒng)為用戶提供了便捷、高效、節(jié)能等一系列方便。隨著科技的發(fā)展、人們需求的提高，家居智能化控制已成為一種必然趨勢。因此必須設(shè)計一種價格合理的、符合我國國情的、具有自主產(chǎn)權(quán)的智能家居控制系統(tǒng)，具有著重要的現(xiàn)實意義。本課題就是本著這一原則，設(shè)計了一種成本低廉、實用方便的智能家居控制系統(tǒng)，可以方便的適合普通家庭住戶使用，也有利于智能家居控制系統(tǒng)的推廣。第二章智能家居控制系統(tǒng)的總體設(shè)計2.1系統(tǒng)總體描述 智能家居控制系統(tǒng)主要是以STM32嵌入式控制芯片，外接各種模塊電路，利用紅外探測器、溫度傳感器、濕度傳感器以及煙霧傳感器對室內(nèi)狀況的檢測，并將檢測到的數(shù)據(jù)發(fā)送到嵌入式控制器進行數(shù)據(jù)分析，當有異常狀況發(fā)生時，嵌入式控制器立即作出相應(yīng)的處理并發(fā)出報警聲系統(tǒng)中使用到的傳感器主要對室內(nèi)環(huán)境溫度、濕度、煤氣、PM2.5及煙霧濃度數(shù)據(jù)進行采集， 并把采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絊TM32主控芯片中；STM32主控芯片負責數(shù)據(jù)處理及分析，然后通過無線WiFi將數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)诫娔X終端進行顯示，當某項數(shù)據(jù)達到設(shè)定的警戒值時中央處理器會發(fā)出報警信號通知用戶，避免危險的發(fā)生。WIFI無線串口收發(fā)器實現(xiàn)控制中心（PC）與STM32主控芯片的相互通信，將采集到的數(shù)據(jù)提供給中心控制器，并且能將接收來自控制器的指令回傳給STM32主控芯片；控制中心（PC）負責將一切來自傳感器的數(shù)據(jù)接收；2.2系統(tǒng)總體設(shè)計框圖Ov9655攝像頭手機紅外傳感器Stm32主控芯片WiFiA/DPC路由MQ-5，MQ-7溫濕度傳感器A/D煙霧傳感器手機LCD蜂鳴器圖2.2.2 系統(tǒng)框圖2.3系統(tǒng)主要功能溫濕度傳感器：實習監(jiān)控房屋內(nèi)的溫濕度情況，并顯示在屏幕上。煙霧傳感器：防止火災(zāi)的發(fā)生。天然氣、液化氣傳感器：主要檢測廚房倉庫的危險氣體，并發(fā)出警報。紅外傳感器：實時監(jiān)控門窗位置是否有人活動。wifi模塊：通過無線進行數(shù)據(jù)傳輸并與pc機交互數(shù)據(jù)stm32：作為主控芯片將采集到的傳感器數(shù)據(jù)通過wifi傳輸?shù)絧c。pc機：將采集到的傳感器數(shù)據(jù)和視頻信號反應(yīng)在pc機上usb攝像頭：采集視頻數(shù)據(jù)。2.4系統(tǒng)的設(shè)計原則和目標（1）簡單實用和經(jīng)濟性作為一種日常使用的實用性系統(tǒng)設(shè)計，應(yīng)該考慮其設(shè)計簡單、安裝方便、操作簡潔的同時，還要降低成本，能夠滿足大多數(shù)用戶的承受能力。因此，要設(shè)計一種系統(tǒng)簡單、性價比高和經(jīng)濟實用的智能家居系統(tǒng)滿足普通用戶的需求。（2）穩(wěn)定性和可靠性穩(wěn)定性和可靠性是智能家居控制系統(tǒng)的基本原則，只有滿足這兩個條件，系統(tǒng)才能得以運行和推廣。要想系統(tǒng)能夠長時間無障礙運行，不能出現(xiàn)硬件的故障和軟件的內(nèi)存泄露等。因此必須保證系統(tǒng)在運行期間軟硬件設(shè)計的協(xié)調(diào)。（3）可擴展性和實時性在設(shè)計本系統(tǒng)時，需要考慮本系統(tǒng)以后的優(yōu)化和升級，以及在不同環(huán)境中使用時可以方便的對其功能進行增加，使其適應(yīng)不同規(guī)模的環(huán)境。與此同時，當系統(tǒng)啟動時，需要實時監(jiān)控室內(nèi)數(shù)據(jù)，并實時發(fā)送信息到用戶手持設(shè)備和其他檢測站點，對數(shù)據(jù)進行檢測，同時使主人第一時間知道室內(nèi)的變化。2.5系統(tǒng)的設(shè)計特點圖2.5.1 建筑圖（1）廚房做飯易燃氣泄漏，或產(chǎn)生CO； 用到天然氣傳感器1，CO傳感器1；（2）臥室24小時監(jiān)測溫濕度，或監(jiān)測意外火災(zāi)；用到溫濕度傳感器1，煙霧傳感器1；（3）客廳人出現(xiàn)會多而且面積較大需安放：煙霧傳感器3，也可以監(jiān)測溫濕度安放溫 濕度傳感器1；（4）雜物架干燥易發(fā)生火災(zāi)需要 ：煙霧傳感器1，同時監(jiān)測危險氣體需天然氣傳感器1，CO傳感器1；（5）衛(wèi)生間需要監(jiān)測燃氣泄漏，用天然氣傳感器1； 每個窗戶和門安放紅外傳感器15；（煙霧傳感器放在天花板，天然氣傳感器放在容易產(chǎn)生天然氣的爐灶和管道旁邊，溫濕度傳感器可以掛在墻壁上）。綜合所有傳感器 天然氣傳感器3，CO傳感器2，煙霧傳感器5，溫濕度傳感器2，紅外傳感器15。另外用到主控芯片STM32F103ZE (LQFP144)1，Open103Z調(diào)試器 下載器 1；顯示屏2.2inch 320x240 Touch LCD (A)1，High-Precision AD/DA 1，蜂鳴器*10，wifi模塊2；pc機1；usb攝像頭1；路由器1；LED*20，電源適配器（5V）*5，電源適配器（3.3V）*5，洞洞板*6、杜邦線*6 雙排雙塑插針*6、雙排針母座*6，繼電器開關(guān)模塊*1，支架*1，工具箱*2，螺絲螺母*5，反扣魔術(shù)帶*6，矩陣開關(guān)*1。第三章 智能家居系統(tǒng)的硬件設(shè)計3.1 STM32主控制器模塊主控模塊方案的比較與論證（1）使用C8051F：C8051F的運算能力相對于ARM與FPGA顯得力不從心，特別是本設(shè)計中若采用攝像頭模塊，或是傳感器數(shù)量多采集的數(shù)據(jù)量會很龐大，故單片機首先淘汰。（2）使用ARM（103Z）或FPGA（XC3S500E）作為主控模塊：FPGA（XC3S500E）該款芯片的運算能力在FPGA中并不算強。Xilinx的Spartan-3E系列的XC3S500E有9312個LUT，對比Altera的Cyclone II系列的EP2C35有33216個LUT就可以看出來。雖然該芯片的靜態(tài)功耗很低。但該方案環(huán)境中系統(tǒng)一直處于實時監(jiān)測狀態(tài)，且其編譯環(huán)境是ISE，在win8（64位）及其以上版本系統(tǒng)中存在嚴重的兼容性問題，雖可強行改變軟件內(nèi)部設(shè)置（類似于一種偽裝32位的手段）。但該軟件在仿真，編譯時還是會有問題。ARM（103Z）具有強大的處理能力可以輕松實現(xiàn)對采集的信息和圖形的處理，可以滿足本次設(shè)計需要。且近年來基于嵌入式的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計，ARM用的越來越廣泛。故使用ARM作為主控芯片。 3.1.1STM32F103ZET6芯片介紹基于ARM Cortex-M3核心的32位微控制器,LQFP-144封裝.512K片內(nèi)FLASH（相當于硬盤）,64K片內(nèi)RAM（相當于內(nèi)存）,片內(nèi)FLASH支持在線編程(IAP).高達72M的頻率,數(shù)據(jù),指令分別走不同的流水線,以確保CPU運行速度達到最大化.通過片內(nèi)BOOT區(qū),可實現(xiàn)串口下載程序(ISP).片內(nèi)雙RC晶振,提供8M和32K的頻率.支持片外高速晶振(8M),和片外低速晶振(32K).其中片外低速晶振可用于CPU的實時時鐘,帶后備電源引腳,用于掉電后的時鐘行走.42個16位的后備寄存器(可以理解為電池保存的RAM),利用外置的紐扣電池,和實現(xiàn)掉電數(shù)據(jù)保存功能.支持JTAG,SWD調(diào)試.配合廉價的J-LINK,實現(xiàn)高速低成本的開發(fā)調(diào)試方案.多達80個IO(大部分兼容5V邏輯),4個通用定時器,2個高級定時器,2個基本定時器,3路SPI接口,2路I2S接口,2路I2C接口,5路USART,一個USB從設(shè)備接口,一個CAN接口,SDIO接口,可兼容SRAM,NOR和NAND Flash接口的16位總線-FSMC.3路共16通道的12位AD輸入,2路共2通道的12位DA輸出.支持片外獨立電壓基準.CPU操作電壓范圍:2.0-3.6V. 3.1.2Open103z開發(fā)板介紹表3.1.1 開發(fā)板介紹Open103Z開發(fā)板功能簡介：主控芯片： STM32F103ZE (LQFP144)主要資源：關(guān)鍵接口：1 x LCD, 1 x 8-Bit I/O, 1 x ONE-WIRE, 1 x SDIO, 1 x CAN, 1 x USB FS Device1 x DA, 2 x AD, 2 x USART, 2 x SPI, 2 x I2C, 3 x FSMCOpen103Z調(diào)試器 下載器功能簡介：ST-LINK/V2是一款可以在線仿真以及下載STM8以及STM32的開發(fā)工具?；緦傩裕篠T-LINK/V2是ST意法半導(dǎo)體為評估、開發(fā)STM8系列和STM32系列MCU而設(shè)計的集在線仿真與下載為一體的開發(fā)工具。STM8系列通過SWIM接口與ST-LINK/V2連接;STM32系列通過JTAG / SWD接口與ST-LINK/V2連接。3.2STM32外圍硬件模塊設(shè)計3.2.1無線傳輸-WIFI模塊WiFi（無線保真協(xié)議）WiFi技術(shù)簡介WiFi(Wireless Fidelity，無線保真技術(shù))是IEEE 80211的簡稱，是一種可支持數(shù)據(jù)，圖像，語音和多媒體且輸出速率高達54Mb/s的短程無線傳輸技術(shù)，在幾百米的范圍內(nèi)可讓互聯(lián)網(wǎng)接入者接收到無線電信號。WiFi的首版于1997年問世，當時其中定義了物理層和介質(zhì)訪問接入控制層(MAC層)并在規(guī)定了無線局域網(wǎng)的基本傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的同時規(guī)范了介質(zhì)訪問層(MAC)的特性和物理層（PHY），其中物理層采用的是FSSS(調(diào)頻擴頻)技術(shù)、紅外技術(shù)和DSSS(直接序列擴頻)技術(shù)。在1999年又新增了IEEE 80211g和IEEE 80211a標準進行完善。WiFi技術(shù)特點（1） 傳輸范圍廣WiFi的電波覆蓋范圍半徑高達100 m，甚至連整棟大樓都可以覆蓋，相對于半徑只有15m藍牙，優(yōu)勢相當明顯。 （2）傳輸速度快高達54Mb/s的傳輸速率使得WiFi的用戶可以隨時隨地接收網(wǎng)絡(luò)，并可快速地享受到類似于網(wǎng)絡(luò)游戲、視頻點播(VOD)、遠程教育、網(wǎng)上證券、遠程醫(yī)療、視頻會議等一系列寬帶信息增值服務(wù)。在這飛速發(fā)展的信息時代，速度還在不斷提升的WiFi必能滿足社會與個人信息化發(fā)展的需求。（3）健康安全WiFi設(shè)備在IEEE 80211的規(guī)定下發(fā)射功率不能超過100 mW，而實際的發(fā)射功率可能也就在6070 mW。與類似的通信設(shè)備相比，手機發(fā)射功率約在200 mW1 W，而手持式對講機更是高達5 W。相對于這兩者WiFi產(chǎn)品的輻射更小。（4）普及應(yīng)用度高現(xiàn)今配置WiFi的電子設(shè)備越來越多，手機、筆記本電腦、平板電腦、幾乎都將WiFi列入了他們的主流標準配置。雖然ZigBee功耗低，成本低，安全保密性好，但是傳播距離近，數(shù)據(jù)信息傳輸速率低，本身受用范圍較小，較難普及。所以我們小組采用WiFi作為無線傳輸模塊。本模塊采用上海慶科信息技術(shù)有限公司開發(fā)的高速率嵌入式Wi-Fi模塊EMW3162。它內(nèi)部集成了TCP/IP協(xié)議棧和Wi-Fi通訊模塊驅(qū)動，用戶利用它可以輕松實現(xiàn)嵌入式設(shè)備的無線網(wǎng)絡(luò)功能。其中EMW3162 是由上海慶科信息技術(shù)有限公司開發(fā)的一款低功耗嵌入式 WIFI 模塊。 它集成了一個無線射頻芯片和一個型號為 STM32F205 的Cortex-M3 微控制器，內(nèi)置 “self-hosted”WIFI 網(wǎng)絡(luò)函數(shù)庫以及應(yīng)用組件。此外，還提供1M 字節(jié)的 flash、128K 字節(jié)的 RAM 以及豐富的外設(shè)資源。 屬性單獨工作電壓：3.3V； 功耗： - 連接 AP 且無數(shù)據(jù)傳輸時，7mA; - 20kbps 下發(fā)送數(shù)據(jù)時，24mA； - 待機模式時，8A； STM32F2 MCU 頻率：120MHz，flash 大小：1M 字節(jié)，RAM 大小：128k 節(jié)片內(nèi)功能：MAC/BB/RF;l 外設(shè)：- 32 x GPIOs- 2 x UARTs，包括硬件流控制- 1 x SPI/I2S- 8 x ADC 輸入信道，2 x DAC 輸出信道- 1 x USB OTG，2 x CAN- 1 x I2C- GPIO 引腳適用于 PWM/Timer input/ountput- SWD debug 接口Wi-Fi 連接屬性- 支持 2.4GHz 下的 802.11b/g/n 114 信道- WEP, WPA/WPA2 PSK/Enterprise 加密- 傳輸功率：18.5dBm11b, 15.5dBm11g, 14.5dBm11n- 最小接收靈敏度：-96dBm- 最大數(shù)據(jù)傳輸速率：11Mbps11b, 54Mbps11g, 72Mbps11n HT20- WIFI 模式：Station, SoftAP 和 WIFI 直連- 1x1 802.11n 高級屬性工作溫度：-4085 EMW3162 擁有兩排引腳（1X15+1X15） ，引線結(jié)距 2mm. 蜂鳴器 蜂鳴器是一種小巧玲瓏的電子發(fā)聲器，可采用直流電壓直接驅(qū)動供電，廣泛應(yīng)用于PC機、報警器、電子玩具等電子產(chǎn)品中用作發(fā)聲器。 蜂鳴器結(jié)構(gòu)原理 1. 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器（Multivibrator）、壓電蜂鳴片（The piezoelectric buzzer）、阻抗匹配器（Impedance matching）及 共鳴腔（Resonance chamber）、外殼等組成。 多諧振蕩器（Multivibrator)由晶體管或者集成電路組建而成。接通電源后,自身的多諧振蕩器（Multivibrator）發(fā)生振動, 產(chǎn)生出1.5到2.5k赫茲的有源聲音信號，然后阻抗匹配控制器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。 2.蜂鳴器電磁式結(jié)構(gòu)是由振蕩器（oscillator）、Magnet coil、磁鐵（Magnet）、振動膜片和塑料外殼等組成。接通電源后，振蕩器(Oscillator)產(chǎn)生的有源信號通過電磁線圈電阻使其產(chǎn)生磁場。電磁線圈(Magnet coil)和磁鐵的相互影響作用下，使得振動膜片規(guī)律性地發(fā)聲。驅(qū)動方式及電路 自激蜂鳴器是完全由直流電壓驅(qū)動的，完全不需要其他交流信號等來進行驅(qū)動，只需要直接對引腳驅(qū)動口輸出一定電壓即可，引腳連接著三極管放大器的基極，通過三極管即可使蜂鳴器發(fā)出聲音。 圖3.2.1 蜂鳴器驅(qū)動電路3.3家居系統(tǒng)模塊設(shè)計3.3.1溫濕度采集模塊 本模塊采用DHT22溫濕度傳感器。AM2302 濕敏電容數(shù)字溫濕度模塊是一款含有己校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電容式感濕元件和一個高精度測溫元件，并與一個高性能 8 位單片機相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。每個傳感器都在極為精確的濕度校驗室中進行校準。校準系數(shù)以程序的形式儲存在單片機中，傳感器內(nèi)部在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準系數(shù)。標準單總線接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達 20 米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選擇。產(chǎn)品為 3 引線（單總線接口）連接方便。特殊封裝形式可根據(jù)用戶需求而提供。 接口說明 （以接入 MCU 為例） VCC：接 3.3V 5.5V GND：接 GND DOUT：接 MCU.IO本產(chǎn)品是已校準的數(shù)字溫濕度傳感器，用于檢測環(huán)境溫濕度，采用 DHT22(AM2302)，標準單總線接口。擁有比 DHT11 更高的精度和更大的量程。 表3.3.1 DHT22溫濕度傳感器特性參數(shù)： 濕度 溫度分辨率0.1 %RH0.1 量程范圍0 99.9 %RH-40 80精度2 %RH (25)0.5推薦存儲環(huán)境60%RH 以下 10C 40C工作電壓3.3V-5V 圖3.3.1 DH22原理圖AM2302 器件采用簡化的單總線通信。單總線即只有一根數(shù)據(jù)線，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換、控制均由數(shù)據(jù)線完成。單總線通常要求外接一個約 5.1k 的上拉電阻，這樣，當總線閑置時，其狀態(tài)為高電平。SDA 用于微處理器與 AM2302 之間的通訊和同步,采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次傳送 40位數(shù)據(jù)，高位先出。具體通信時序如圖所示。圖3.3.2 時序圖1微處理器的 I/O 設(shè)置為輸出， 同時輸出低電平，且低電平保持時間不能小于 800us，典型值是拉低 1MS， 然后微處理器的 I/O 設(shè)置為輸入狀態(tài)， 釋放總線， 由于上拉電阻， 微處理器的 I/O 即AM2302 的 SDA 數(shù)據(jù)線也隨之變高， 等主機釋放總線后， AM2302 發(fā)送響應(yīng)信號， 即輸出 80 微秒的低電平作為應(yīng)答信號， 緊接著輸出 80 微秒的高電平通知外設(shè)準備接收數(shù)據(jù)， 信號傳輸如圖所示：圖3.3.3 時序圖2位數(shù)據(jù)“0”的格式為： 50 微秒的低電平加 26-28 微秒的高電平；位數(shù)據(jù)“1”的格式為： 50 微秒的低電平加 70 微秒的高電平；位數(shù)據(jù)“0”、位數(shù)據(jù)“1”格式信號如圖 所示：圖3.3.4 時序圖3外設(shè)讀取設(shè)備流程圖：圖3.3.5 單總線讀取流程圖Open103Z1) 用杜邦線將 DHT22 接到 Open103Z，DOUT 接到 UNO 的 PA3 端口。2) 用 keil 軟件打開程序. Open103ZMDK_ProjectDHT22,并編譯下載。3) 打開串口監(jiān)視軟件，選擇正確的串口號，并設(shè)置如下：波特率：9600；數(shù)據(jù)位：8；停止位：1；校驗位：None；控制流：None。串口輸出溫度和濕度。3.3.2煙霧報警模塊 一般火災(zāi)發(fā)生時除了有燃燒的大火外，通常還伴隨著濃烈的煙霧產(chǎn)生。煙霧報警器的工作原理就是通過內(nèi)部的粉塵傳感器對空氣中煙霧的濃度進行檢測，從而對火災(zāi)進行預(yù)警。本模塊是以夏普 GP2Y1010AU0F 為核心的灰塵傳感器。傳感器內(nèi)部的紅外二極管，可以輸出一個跟灰塵濃度成線性關(guān)系的電壓值。通過該電壓值即可計算出空氣中的灰塵和煙塵含量。與其他同類產(chǎn)品相比，此傳感器可測量0.8微米以上的微小粒子，又具有體積小,重量輕,便于安裝的優(yōu)點。 測量對象：直徑大于 0.8m 灰塵顆粒 有效量程：500g/m3 輸出類型：電壓模擬量 工作電壓：2.5V5.5V 產(chǎn)品尺寸：63.2mm*41.3mm 固定孔尺寸：2.0mm 通氣孔尺寸：9.0mm 圖3.3.1 灰塵傳感器原理圖傳感器控制原理（1）通過設(shè)置模塊 ILED 引腳為高電平，從而打開傳感器內(nèi)部紅外二極管。 （2）等待 0.28ms，外部控制器采樣模塊 AOUT 引腳的電壓值。這是因為傳感器內(nèi)部紅外二極管在開啟之后 0.28ms，輸出波形才達到穩(wěn)定。（3）采樣持續(xù) 0.04ms 之后，再設(shè)置 ILED 引腳為低電平，從而關(guān)閉內(nèi)部紅外二極管。 （4）根據(jù)電壓與濃度關(guān)系即可計算出當前空氣中的灰塵濃度。 主要用途 檢測空氣中灰塵濃度，用于空氣凈化器、空氣質(zhì)量監(jiān)測儀、PM2.5 檢測儀等。 表 3.3.3 傳感器接口說明引腳號標識描述1VCC電源正(2.5V-5.5V)2GND電源地3AOUT電壓模擬量輸出4ILED傳感器內(nèi)部 LED 驅(qū)動煙霧傳感器模塊輸出的是一個模擬量，所以我們需要使用STM32自帶的ADC（12位）進行數(shù)據(jù)采集（使用前需要將開發(fā)板上的ADC參考電壓引腳VREF+接到3.3v，VREF-接到GND），同時因為模塊供電為5v輸出模擬電壓最大在4v以上，所以我們需要對輸出電壓進行一定的分壓處理，分壓電路如下圖：圖3.3.2 分壓電路Vin為傳感器模擬輸出口，Vout接STM32 ADC接口。 表3.3.2 空氣濃度指數(shù)PM2.5空氣質(zhì)量空氣質(zhì)量空氣質(zhì)量指濃度均值(g/m3)AQI級別數(shù)類別0-350-50一級優(yōu)35-7551-100二級良115-150151-200四級中度污染150-250201-300五級重度污染250-500300六級嚴重污染3.3.3紅外報警模塊HC-SR501人體感應(yīng)模塊是基于紅外線技術(shù)的自動控制模塊，采用德國原裝進口LHI778探頭設(shè)計，靈敏度高，可靠性強，超低電壓工作模式，廣泛應(yīng)用于各類自動感應(yīng)電器設(shè)備，尤其是干電池供電的自動控制產(chǎn)品。當有人進入其感應(yīng)范圍則輸入高電平，人離開感應(yīng)范圍則自動延時關(guān)閉高電平，輸出低電平。模塊可設(shè)置光敏控制，白天或光線強時不感應(yīng)。工作電壓范圍寬：默認工作電壓DC4.5V-20V。 電平輸出 高3.3 V /低0V. 感應(yīng)模塊采用雙元探頭，探頭的窗口為長方形，雙元（A元B元）位于較長方向的兩端，當人體從左到右或從右到左走過時,紅外光譜到達雙元的時間、距離有差值，差值越大，感應(yīng)越靈敏，當人體從正面走向探頭或從上到下或從下到上方向走過時，雙元檢測不到紅外光譜距離的變化，無差值，因此感應(yīng)不靈敏或不工作；所以安裝感應(yīng)器時應(yīng)使探頭雙元的方向與人體活動最多的方向盡量相平行，保證人體經(jīng)過時先后被探頭雙元所感應(yīng)。為了增加感應(yīng)角度范圍，本模塊采用圓形透鏡，也使得探頭四面都感應(yīng)，但左右兩側(cè)仍然比上下兩個方向感應(yīng)范圍大、靈敏度強，安裝時仍須盡量按以上要求。圖3.3.3 模塊內(nèi)部電路圖3.3.4有害氣體報警模塊（液化氣天然氣傳感器與CO傳感器）根據(jù)實際情況需要監(jiān)測天然氣或煤氣泄漏的位置：廚房（燃氣灶使用天然氣） 北側(cè)衛(wèi)生間（可能會使用燃氣式熱器）另外考慮到天然氣或煤氣的不完全燃燒可能會產(chǎn)生對人體有害的氣體CO，故在上述兩處地方安裝CO傳感器。因其數(shù)量較少，通過引線直接接到主控芯片上。該傳感器使用與煙霧傳感器使用方法是一樣的不再贅述。但是使用ADC通道時注意不要出現(xiàn)重復(fù)。1，本方案中的監(jiān)測天然氣或煤氣泄漏采用MQ-5 Gas Sensor傳感器原理圖如下圖所示： 圖3.3.4 MQ-5 Gas Sensor傳感器原理圖MQ-5 Gas Sensor傳感器性能參數(shù)指標：表3.3.3 產(chǎn)品特性 ：敏感氣體液