基于STM32开发的智能家居照明控制系统

发布时间：2024-12-08 15:27

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1. 引言

智能家居照明控制系统通过集成光照传感器、继电器、显示屏、Wi-Fi模块等硬件，实现对照明系统的自动化控制与远程管理，提升家庭或办公室的能源利用效率。本文将介绍如何使用STM32微控制器设计和实现一个智能家居照明控制系统。

2. 环境准备工作

硬件准备 STM32开发板（例如STM32F103C8T6）光照传感器（例如BH1750，用于测量环境光照强度）继电器模块（用于控制灯光的开关）OLED显示屏（用于显示光照强度和灯光状态）Wi-Fi模块（例如ESP8266，用于远程监控）按钮和LED（用于用户交互）面包板和连接线USB下载线软件安装与配置 Keil uVision：用于编写、编译和调试代码。STM32CubeMX：用于配置STM32微控制器的引脚和外设。ST-Link Utility：用于将编译好的代码下载到STM32开发板中。

3. 系统设计

系统架构

智能家居照明控制系统通过STM32微控制器连接光照传感器、继电器、OLED显示屏、Wi-Fi模块和LED，实现对环境光照的监测和灯光的智能控制。系统包括光照监测模块、照明控制模块、用户交互模块和远程通信模块。

硬件连接将光照传感器的VCC引脚连接到STM32的3.3V引脚，GND引脚连接到GND，SCL和SDA引脚连接到STM32的I2C引脚（例如PB6、PB7）。将继电器的控制引脚连接到STM32的GPIO引脚（例如PA0），VCC引脚连接到电源，GND引脚连接到GND。将OLED显示屏的VCC引脚连接到STM32的3.3V引脚，GND引脚连接到GND，SCL和SDA引脚连接到STM32的I2C引脚（例如PB6、PB7）。将Wi-Fi模块的TX、RX引脚分别连接到STM32的USART引脚（例如PA9、PA10），VCC引脚连接到STM32的3.3V引脚，GND引脚连接到GND。将按钮的一个引脚连接到STM32的GPIO引脚（例如PA1），另一个引脚连接到GND。将LED的正极引脚连接到STM32的GPIO引脚（例如PA2），负极引脚连接到GND。

4. 代码实现

系统初始化

#include "stm32f1xx_hal.h"

#include "light_sensor.h"

#include "relay.h"

#include "oled.h"

#include "wifi.h"

#include "button.h"

#include "led.h"

void SystemClock_Config(void);

static void MX_GPIO_Init(void);

static void MX_USART1_UART_Init(void);

static void MX_I2C1_Init(void);

int main(void) {

HAL_Init();

SystemClock_Config();

MX_GPIO_Init();

MX_USART1_UART_Init();

MX_I2C1_Init();

LightSensor_Init();

Relay_Init();

OLED_Init();

WiFi_Init();

Button_Init();

LED_Init();

while (1) {

// 循环处理

}

void SystemClock_Config(void) {

// 配置系统时钟

}

static void MX_GPIO_Init(void) {

// 初始化GPIO

__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_2;

GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;

GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;

GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;

HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);

}

static void MX_USART1_UART_Init(void) {

// 初始化USART1用于Wi-Fi通信

huart1.Instance = USART1;

huart1.Init.BaudRate = 115200;

huart1.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;

huart1.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;

huart1.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;

huart1.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;

huart1.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;

huart1.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;

if (HAL_UART_Init(&huart1) != HAL_OK) {

Error_Handler();

}

static void MX_I2C1_Init(void) {

// 初始化I2C1用于光照传感器和OLED显示屏通信

hi2c1.Instance = I2C1;

hi2c1.Init.ClockSpeed = 100000;

hi2c1.Init.DutyCycle = I2C_DUTYCYCLE_2;

hi2c1.Init.OwnAddress1 = 0;

hi2c1.Init.AddressingMode = I2C_ADDRESSINGMODE_7BIT;

hi2c1.Init.DualAddressMode = I2C_DUALADDRESS_DISABLE;

hi2c1.Init.OwnAddress2 = 0;

hi2c1.Init.GeneralCallMode = I2C_GENERALCALL_DISABLE;

hi2c1.Init.NoStretchMode = I2C_NOSTRETCH_DISABLE;

if (HAL_I2C_Init(&hi2c1) != HAL_OK) {

Error_Handler();

}

传感器数据采集

#include "light_sensor.h"

void LightSensor_Init(void) {

// 初始化光照传感器

}

uint16_t LightSensor_Read(void) {

// 读取光照强度数据

uint16_t lux = 0;

// 读取传感器数据

lux = HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, LIGHT_SENSOR_ADDR, LIGHT_SENSOR_CMD, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &lux, sizeof(lux), HAL_MAX_DELAY);

return lux;

}

显示与控制逻辑

#include "oled.h"

#include "relay.h"

#include "led.h"

void OLED_DisplayLightLevel(uint16_t lux) {

char displayStr[32];

sprintf(displayStr, "Light: %d lux", lux);

OLED_DisplayString(displayStr);

}

void Control_Lighting(uint16_t lux) {

if (lux < 100) {

Relay_On();

LED_On();

} else {

Relay_Off();

LED_Off();

}

Wi-Fi通信

#include "wifi.h"

void WiFi_Init(void) {

}

bool WiFi_IsConnected(void) {

return true;

}

void WiFi_SendData(uint16_t lux) {

char dataStr[32];

sprintf(dataStr, "Light: %d lux", lux);

HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t*)dataStr, strlen(dataStr), HAL_MAX_DELAY);

}

文章内容资料
包括stm32的项目合集【源码+开发文档】
都在文章内绑定资源

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5. 应用场景

家庭智能照明

本系统可以应用于家庭照明，通过监测环境光照强度，自动调节灯光的开关，提升居住的舒适度和节能效果。

办公室节能照明控制

本系统还可以应用于办公室，通过实时监测光照强度，智能控制照明系统，减少不必要的能耗，提升能源利用效率。

6. 常见问题及解决方案

常见问题光照传感器数据不准确Wi-Fi模块无法连接网络继电器控制的灯光无法正常工作解决方案校准光照传感器使用标准光源校准传感器，确保测量数据的准确性。检查Wi-Fi网络配置确保Wi-Fi网络配置正确，信号强度足够，必要时重新配置。检查继电器和灯光连接确保继电器与灯光的连接无误，检查电源和控制信号是否正常。