STM32实现简单的智能家居系统

智能家居系统是基于物联网技术的一种应用，可以通过各种传感器和执行器来实现对家庭环境和设备的监控与控制。在本文中，我们将使用STM32微控制器来实现一个简单的智能家居系统，包括温度传感器、湿度传感器、人体红外传感器以及LED灯和蜂鸣器的控制。

心梓知识

1241人浏览 · 2024-09-28 00:10:21

心梓知识 · 2024-09-28 00:10:21 发布

硬件准备

STM32微控制器：我们选择STM32F103C8T6作为控制器，这是一款基于ARM Cortex-M3内核的微控制器。
温湿度传感器：我们选择DHT11传感器用于监测环境的温度和湿度。
人体红外传感器：我们选择HC-SR501红外传感器用于检测人体的行动。
LED灯和蜂鸣器：我们选择一颗红色LED灯和一个蜂鸣器用于作为报警设备。

软件准备

Keil MDK：我们将使用Keil MDK来编译和调试我们的STM32代码。
STM32CubeMX：我们将使用STM32CubeMX来进行硬件配置和生成初始化代码。
HAL库：我们将使用STM32的HAL库来编写我们的应用程序。

在开始之前，请确保你已经正确安装了上述软件和库，并且将STM32开发板连接到计算机。

硬件连接

首先，让我们来连接硬件。根据下图所示进行连接：

+----------------+                     +--------------------+
|                |                     |                    |
|   MCU (STM32)  |                +----->   DHT11 Sensor    |
|                |                |    |                    |
|                |                |    +--------------------+
|                |                |    |                    |
|                +----+       +----+    |    HC-SR501 Sensor |
|                     |       |         |                    |
|                     |       |         +--------------------+
|                     |       |         |                    |
|            LED Pin +-------+         |    LED             |
|                     |                |                    |
|                     |                |                    |
|            Buzzer Pin +---------------->   Buzzer         |
|                     |                |                    |
+---------------------+                +--------------------+

确保正确连接了传感器和执行器，并将它们的引脚连接到正确的STM32引脚。

硬件配置

打开STM32CubeMX，创建一个新工程。选择你使用的STM32型号，并选择对应的封装。
在Pinout & Configuration选项卡中，为每个传感器和执行器选择一个GPIO引脚。确保你根据前面的硬件连接图来选择正确的引脚。例如，你可以将DHT11的数据引脚连接到PA0引脚。
在Configuration下的RCC选项卡中，选择你的时钟源和系统时钟频率。
点击 "Project" > "Settings"，设置生成的代码的存放位置和文件名。
点击 "Project" > "Generate Code"，生成初始化代码。
将生成的代码导入到Keil MDK中，然后打开main.c文件。

初始化代码

在main.c文件中，我们将初始化所需的外设，并编写一个主循环来监测传感器并控制执行器。

首先，我们将包含必要的头文件和定义一些全局变量：

/* Includes */
#include "main.h"
#include "dht11.h"

/* Global variables */
float temperature = 0;
float humidity = 0;
GPIO_PinState pirState = GPIO_PIN_RESET;

然后，在main函数中，我们将调用HAL库的初始化函数来初始化STM32外设：

int main(void)
{
  /* MCU Configuration */
  HAL_Init();

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();

  /* Initialize DHT11 sensor */
  if (DHT11_Init(&htim2, &htim3) != DHT11_OK){
    Error_Handler();
  }

  /* Main loop */
  while (1)
  {
    
  }
}

在初始化代码中，我们还通过调用DHT11_Init函数来初始化DHT11传感器，该函数将设置定时器的计数器和GPIO引脚。

接下来，我们将在主循环中读取传感器的值并控制执行器：

while (1)
{
  /* Read temperature and humidity */
  if (DHT11_Read(&temperature, &humidity) != DHT11_OK)
  {
    Error_Handler();
  }

  /* Read PIR sensor state */
  pirState = HAL_GPIO_ReadPin(PIR_GPIO_Port, PIR_Pin);

  /* Control LED */
  if (temperature > 25 || humidity > 60 || pirState == GPIO_PIN_SET)
  {
    HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin, GPIO_PIN_RESET);
  }
  else
  {
    HAL_GPIO_WritePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin, GPIO_PIN_SET);
  }

  /* Control buzzer */
  if (temperature > 30 || humidity > 70 || pirState == GPIO_PIN_SET)
  {
    HAL_GPIO_WritePin(BUZZER_GPIO_Port, BUZZER_Pin, GPIO_PIN_SET);
  }
  else
  {
    HAL_GPIO_WritePin(BUZZER_GPIO_Port, BUZZER_Pin, GPIO_PIN_RESET);
  }

  /* Delay for 1 second */
  HAL_Delay(1000);
}

在循环中，我们首先调用DHT11_Read函数来读取温度和湿度的值，并将结果存储到全局变量中。然后，我们读取PIR传感器的状态，并根据温度、湿度和PIR传感器的状态来控制LED和蜂鸣器的状态。最后，我们延迟1秒钟。

DHT11传感器驱动

在上面的代码中，我们使用了一个名为DHT11的库来驱动DHT11传感器。下面是DHT11库的实现：

#include "dht11.h"

DHT11_StatusTypeDef DHT11_Init(TIM_HandleTypeDef *htim2, TIM_HandleTypeDef *htim3)
{
  /* Store timer handles */
  DHT11_TIM2Handle = htim2;
  DHT11_TIM3Handle = htim3;

  /* Initialize DHT11 pin */
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;
  GPIO_InitStruct.Pin = DHT11_Pin;
  GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD;
  GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
  GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
  HAL_GPIO_Init(DHT11_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

  /* Set DHT11 pin to high */
  HAL_GPIO_WritePin(DHT11_GPIO_Port, DHT11_Pin, GPIO_PIN_SET);

  /* Delay for 1 second */
  HAL_Delay(1000);

  return DHT11_OK;
}

DHT11_StatusTypeDef DHT11_Read(float *temperature, float *humidity)
{
  /* Prepare for data reception */
  DHT11_StatusTypeDef status = DHT11_OK;
  uint8_t data[5] = {0};
  uint8_t byte = 0;

  /* Send start signal */
  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);

  /* Wait for response */
  HAL_GPIO_Init(DHT11_GPIO_Port, (GPIO_InitTypeDef*)NULL);
  HAL_TIM_IC_Start_IT(DHT11_TIM3Handle, TIM_CHANNEL_1);

  /* Read data */
  if (HAL_TIM_IC_PollForCapture(DHT11_TIM3Handle, TIM_CHANNEL_1, HAL_TIMEOUT) == HAL_OK)
  {
    for (int i = 0; i < 40; i++)
    {
      /* Wait for falling edge */
      if (HAL_TIM_IC_PollForCapture(DHT11_TIM3Handle, TIM_CHANNEL_2, HAL_TIMEOUT) == HAL_OK)
      {
        /* Calculate bit value */
        if (HAL_TIM_GetCapture2(DHT11_TIM3Handle) > 50)
        {
          byte |= (1 << (7 - (i % 8)));
        }

        /* Wait for rising edge */
        if (HAL_TIM_IC_PollForCapture(DHT11_TIM3Handle, TIM_CHANNEL_1, HAL_TIMEOUT) != HAL_OK)
        {
          status = DHT11