基于STM32远程控制智能家居技术

智能家居系统远程控制的基本步骤 #生活技巧# #居家生活技巧# #家居保养技巧# #智能家居使用#

第1章 基于STM32远程控制智能家居技术概述

1.1 课题背景及意义

1.1.1 课题背景：

随着物联网技术的快速发展，人们对智能家居的需求不断增长。智能家电通过互联网和传感器技术实现远程控制和监测，为用户带来了便捷和舒适的居住体验。在智能家居系统中，微控制器是关键组成部分之一，而STM32是一款常用的微控制器系列之一，具有强大的计算和通信能力。基于STM32实现物联网应用，可以通过传感器采集数据、通过网络传输控制指令，实现对智能家电的远程控制。当谈到物联网时，我们指的是将各种设备和物体连接到互联网的网络结构。这些设备可以包括传感器、执行器、智能家电、车辆、工业设备和其他物品。物联网的关键目标是提供更高的自动化、效率和安全性，以及改善用户体验。

在过去几年中，物联网已经迅速发展，得到了广泛的应用。它已经融入了我们的日常生活中，例如智能家居系统、智能监控系统、智能城市基础设施等。物联网的发展不仅改变了人们的生活方式，而且对行业和经济产生了深远的影响。智能家居技术作为一种新兴的科技应用，得到了广泛的关注和应用。随着智能化和自动化需求的增加，越来越多的家庭开始采用智能家居设备，以提高生活的舒适度、便利性和安全性。而基于STM32的远程控制智能家居技术就是其中一种重要的应用。

为了实现物联网的功能，需要使用各种技术和平台。微控制器是其中一种核心技术，它是一种小型、低功耗的计算机芯片，可以集成处理器、存储器、输入/输出接口和其他功能。STM32是一系列流行的微控制器，由意法半导体开发并广泛使用。它具有强大的计算和通信能力，并提供各种接口来连接传感器和执行器。

使用STM32微控制器来实现远程控制智能家电，可以通过连接传感器来收集环境数据，通过无线网络通信模块将数据传输到云平台或手机应用程序，从而实现用户对智能家电的远程控制。这种方法不仅提供了方便的控制方式，还可以实现能源管理、安全监测等功能。

综上所述，基于STM32的远程控制智能家居技术对大学生们具有重要的背景意义，既能满足对智能化生活的需求，又能够提供商业机会和创新创业的可能性。因此，对于大学生来说，研究和掌握这一技术具有重要的意义和发展空间。

1.1.2 意义：

1.提高生活便捷性：通过基于STM32的远程控制技术，用户可以通过手机、平板电脑等设备实现对智能家居设备的远程控制，如灯光、温度、安防等。这将极大地提高人们的生活便利性，无论身处何地都可以方便地控制家居设备。

2.增强能源管理：利用基于STM32的远程控制技术，用户可以通过设定定时开关、远程关闭等方式，合理利用家庭能源资源，提高能源利用效率。这有助于节约能源、降低能源消耗，促进可持续发展。

3.提升家庭安全性：基于STM32的远程控制技术能够实时监控家庭安全设备，如安防摄像头、烟雾报警器等。用户可以随时查看家庭的安全状态，并在发现异常情况时及时采取措施，如远程报警、联系相关人员。这能够提升家庭的安全性，保护家庭成员的生命财产安全。

4.推动智能家居产业发展：随着智能家居市场的不断扩大，基于STM32的远程控制技术具有广阔的市场前景。掌握这一技术，可以为企业带来商业机会，开拓智能家居领域的市场份额。

5.提供学术研究价值：基于STM32的远程控制智能家居技术是一个具有研究价值的课题。通过深入研究和探索该技术，可以扩展对嵌入式系统、通信协议、智能算法等方面的理论认识，推动相关领域的学术研究进展。

总之，基于STM32远程控制智能家居技术的研究与应用，不仅能够提升生活便捷性、节约能源资源、提升家庭安全性，还有助于推动智能家居产业发展和学术研究的进步。因此，这一课题具有重要的意义和实际应用价值。

1.2 课题技术指标及需求分析 

1.2.1 课题技术指标：

远程控制：能够通过互联网实现对智能家电的远程控制，包括开关控制、调节控制等。

即时响应：系统应具备快速响应用户指令的能力，确保用户的操作能够及时有效地传达到智能家电。

安全性：数据传输过程中要保证数据的机密性和完整性，以防止信息泄露和篡改。

稳定性：系统应具备稳定的通信和工作功能，能够持续运行并处理大量的数据和指令。

1.2.2 需求分析：

传感器数据采集：系统需要能够连接和采集各类传感器（如温度传感器、湿度传感器等）的数据，并对其进行处理和存储。

远程数据传输：采集到的传感器数据需要通过云平台或其他网络方式进行传输，实现远程控制和监测。

用户界面设计：系统需要提供用户友好的界面，以便用户能够方便地进行远程控制和监测操作。

安全策略：系统应采取适当的安全策略，包括加密通信、身份验证等，以保护用户数据的安全性。

可扩展性：系统应具备可扩展性，能够方便地添加更多的智能家电设备和传感器，并与其他物联网设备进行互联互通。

低功耗设计：针对智能家电的实际环境和使用场景，系统应具备低功耗设计，以延长设备的使用寿命。

1.2.3 开发工具选择：

微控制器开发工具：选择适用于STM32的开发工具，如STMCubeMX、Keil MDK等，以方便编写和调试嵌入式软件。

通信协议：选择适用于物联网的通信协议，如MQTT（消息队列遥测传输）或HTTP（超文本传输协议）等，用于设备之间的通信。

云平台：选择可靠且具备安全性的云平台，如AWS IoT、Microsoft Azure等，用于数据传输和远程控制。

服务器：可选择市面上的阿里云、腾讯云。百度云服务器等，也可以通过socket以及TCP协议自己编写一个多路Io复用的服务器。

用户界面开发工具：选择合适的开发工具，如HTML/CSS、JavaScript等，用于开发用户友好的远程控制界面。

综上所述，根据技术指标和需求分析，开展基于STM32实现远程控制智能家电的实战课题需要选择适用的开发工具和技术，以满足远程控制、即时响应、安全性和稳定性等方面的要求。

第2章 基于STM32远程控制智能家居系统总体设计

2.1 系统总体功能结构

基于STM32的远程控制智能家居系统可以分为以下几个功能模块：

1、远程通信模块：负责与互联网进行通信，包括网络连接、数据传输和接收等。其中，可以使用以太网、Wi-Fi或者蓝牙等通信方式，将本地智能家居系统连接到远程服务器或者智能手机等远程设备。

2、控制中心模块：作为系统的核心模块，负责接收远程指令，解析指令内容，并对智能家居系统进行控制。控制中心模块通常会有多个输入/输出接口，用于连接各种传感器和执行器，如温湿度传感器、光照传感器、红外传感器、电灯、窗帘等。

3、传感器模块：用于感知环境信息的模块，可以包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、人体红外传感器等。传感器模块可以实时采集环境数据，并将数据发送给控制中心模块。

4、执行器模块：负责执行控制指令，将控制中心模块下发的指令转化为对智能家居设备的操作。例如，打开/关闭电灯、调节温度、控制窗帘等操作。

5、数据处理与存储模块：负责对传感器采集的数据进行处理和存储，以便后续分析和使用。数据处理模块可以对采集到的数据进行滤波、校准等操作，以提高数据的准确性和可信度。

6、用户界面模块：提供给用户交互的界面，可以是基于网页的远程控制界面，也可以是手机应用程序。用户可以通过界面发送控制指令、查看设备状态以及设置定时任务等。

2.2 系统界面设计及软件开发功能设计

图2.1 界面设计及软件开发系统流程图

系统界面设计：

1、确定用户需求：在设计系统界面之前，首先要明确用户的需求和使用场景，了解用户的特点和目标。

2、界面风格和布局：选择适合系统的界面风格和布局，包括颜色、字体、图标等。确保界面简洁、直观和易于使用。

3、用户交互设计：设计用户与系统进行交互的方式，包括菜单、按钮、表单、列表等元素的设计，以及导航和操作流程的规划。

4、响应式设计：考虑不同设备上的响应式设计，确保系统在不同尺寸的屏幕上都能良好显示和操作。

5、信息架构：合理组织和呈现系统中的信息，确保信息的分类清晰、层次分明。

软件开发功能设计：

1、功能梳理：将系统需求拆分为不同的功能模块，明确每个模块的功能和实现方式。可以使用流程图、用例图等工具辅助梳理。

2、功能优先级和排期：根据系统的紧急性和重要性，确定功能的优先级，并进行排期和分解开发任务。

3、数据结构设计：设计系统中的数据结构，包括数据库表的设计、数据模型的设计等。确保数据结构合理、易于管理和扩展。

4、功能实现：根据功能梳理和设计，进行具体的功能开发。可以采用适合的编程语言和开发框架进行开发。

5、单元测试和集成测试：开发完成每个功能后，进行单元测试以验证功能的正确性。在集成测试阶段，通过模拟用户操作和不同的测试场景，确保功能之间的协作和系统的稳定性。

6、Bug修复和优化：根据测试结果和用户反馈，修复发现的Bug，并对系统进行性能优化，提升系统的稳定性和用户体验。

通信协议MQTT：

MQTT是一种轻量级的、开放的、基于发布/订阅模式的消息传输协议。它最初由IBM于1999年开发，并于2013年成为OASIS的标准。

MQTT被广泛应用于物联网（IoT）和传感器网络等领域，因其轻量级和可靠性而受到青睐。以下是MQTT的一些特点和优势：

1. 轻量级和低带宽消耗：MQTT协议的设计目标是在带宽有限的网络环境下，尽可能减少网络流量和资源消耗。它使用简明的消息二进制格式，并且占用较少的网络带宽和存储空间。

2. 发布/订阅模式：MQTT使用发布/订阅模式进行消息传递，发布者向特定主题发布消息，订阅者通过订阅相应主题来接收消息。这种模式使得设备之间的通信更加松耦合和灵活。

3. 服务质量等级（QoS）：MQTT定义了三个不同的服务质量等级，用于控制消息的可靠性和传递顺序。可以根据应用的需求选择合适的QoS级别，确保消息的可靠传输。

4. 心跳保持连接：MQTT协议引入了心跳机制，也称为Keep Alive。客户端和服务器之间定期发送心跳消息，以确保连接的活跃性和稳定性。

5. 客户端库支持广泛：MQTT客户端库已经被开发和移植到许多不同的编程语言和平台上，包括C、C++、Java、Python、JavaScript等。这使得在各种设备和应用程序上使用MQTT变得更加容易。

MQTT协议在物联网应用中具有广泛的应用场景，例如智能家居、工业自动化、物流追踪、能源管理等。它为设备之间的即时通信、数据传输和远程控制提供了一种高效、可靠的解决方案。

2.3 系统硬件开发功能设计

图2.2 系统总原理图

模块功能：

1. 智能家居设备：以STM32f103zet6为核心的智能家居设备，集成了DHT11传感器和esp8266模块。STM32f103zet6负责控制家居设备的执行器，通过esp8266模块与腾讯云服务器进行通信，并获取腾讯云服务器下发的控制指令。同时，DHT11传感器用于感知环境的温度和湿度。

2. ESP8266模块：作为智能家居设备的网络通信模块，与腾讯云服务器进行通信。它利用WiFi连接到网络，并通过MQTT传输协议将传感器数据上传到腾讯云服务器，同时接收云端下发的指令，通过串口与STM32f103zet6进行通信。

3. 腾讯云服务器：作为智能家居设备的云端平台，用于接收设备上传的传感器数据，并存储、分析和处理数据。

4. Android APP：作为用户的操作界面，通过Android APP可以实现远程控制智能家居设备。用户可以通过APP查看家居设备的实时温湿度、控制设备的开关，设置定时任务和场景模式。

2.4 本章小结

在系统界面设计中，注重对用户的友好性，尽量提供直观、简洁、易于操作的界面，使用户能够轻松实现对智能家居系统的远程控制和监测。同时考虑不同设备和屏幕尺寸的适配，以及用户界面在不同平台上的一致性，确保用户在不同设备上都能有良好的用户体验，在界面设计中，要保证所有必要的功能模块，如传感器模块、场景设置等，确保系统的功能完整性。

系统的软件设计根据系统的需求，编写嵌入式软件，实现传感器数据的采集、执行器控制和通信协议MQTT的处理。在软件设计中，需要关注实时性、稳定性和可扩展性，优化代码结构和算法，提高系统的效率和性能。软件架构设计时采用合适的软件架构，将界面、业务逻辑和数据处理分离，提高软件的可维护性和可扩展性。同时要确保软件伽罗设计的合理性与正确性。

系统的硬件设计需要根据系统需求和选择的STM32微控制器，然后再通过keil编写程序实现功能，通过串口工具将串口连接起来，通过串口将编写好的程序所生成的hex文件下载到芯片板上，进行硬件部分的效果观察与验收。

第3章 基于STM32远程控制智能家居系统详细设计

3.1 系统界面设计及软件开发功能详细设计

界面开发的目的是为了设计和创建用户与软件系统或应用程序进行交互的界面。界面是用户与系统之间的桥梁，通过界面用户可以输入信息、进行操作、获取反馈和展示结果。界面开发的目的主要包括以下几个方面：

1、用户体验：界面的设计应该注重用户体验，使用户能够愉快、高效地与系统进行交互。良好的界面设计可以提高用户满意度，增强用户的使用欲望和黏性。

2、交互性：界面应该提供清晰、直观的交互方式，使用户能够方便地进行操作和控制，完成所需的任务和功能。良好的交互性可以提高用户效率和操作便利性。

3、用户友好性：界面的设计应该符合用户的习惯和认知方式，简洁明了、易于理解和操作。适应性强的界面可以降低用户的学习成本和认知负担，提高系统的可用性和易用性。

4、可视化展示：界面应该能够有效地展示系统的信息、数据和结果，以便用户直观地理解和分析。通过图表、图形、动画等可视化手段，使用户更容易抓住关键信息和趋势。

5、响应性能：界面的响应速度和性能应该保持在一个合理的范围内，能够及时响应用户的操作和请求。较快的响应速度可以提高用户的满意度和工作效率。

6、系统一致性：界面应该与系统整体风格和品牌形象保持一致，提供统一的界面元素和样式。系统一致性可以提高用户的熟悉度和信任感。

7、总体而言，界面开发的目的是通过设计直观、易用、高效的界面，提供良好的用户体验，使用户能够轻松地理解和操作系统或应用程序，从而实现用户需求并达到预期的目标。

根据此次项目需要实现基于STM32实现软件控制远程家居的功能，控制LED灯以及温湿度显示和蜂鸣器警报功能。

图3.1 QT界面设计显示

控件分布：

首先根据用户需求拖拽控件：pustButton（按键）、groupBox(容器)、QLable(显示文本和图像的控件)等实现界面设计的初步实现，根据功能的分类进行布局，要注意界面风格和布局的美观性能使用户的体验性更好。

控件布局：

使用水平、垂直、栅格布局等实现对界面的控制。

图3.2 生成.apk文件安卓端显示

软件开发中的功能的目的：

是为了满足用户的需求和解决问题。功能是软件系统提供的各种操作和行为，它们可以通过用户界面或后台逻辑来实现。

基于STM32实现远程控制智能家居：

图3.3 与云端交互控制智能家居流程图

MQTT是一种轻量级的消息传输协议，用于在物联网设备和应用程序之间进行通信。它是一个发布/订阅模式的协议，其中设备可以发布（发送）消息到主题（Topic），同时订阅对应主题的设备可以接收并处理这些消息。Broker（代理服务器）: MQTT通信的中介，负责接收和转发消息。设备与Broker建立连接并通过它来进行消息的发布和订阅。Topic（主题）: 是消息发布和订阅的目的地。发布者将消息发布到一个特定的主题，而订阅者则通过订阅该主题来接收消息。Publisher（发布者）: 发布消息到特定主题的设备或应用程序。

首先客户端发布CMD_LOGIN 1的消息进行登录后的初始化（实现安卓端和STM32灯的状态的交互），这样登录后就可以在手机端看到家居的状态。

然后通过客户端发布消息，服务器接收后转发，STM32接收消息后修改家居的状态从而实现远程控制智能家居。

图3.4 代码实现控制智能家居流程图

代码实现：

isConnected()函数：  1.void Widget::isConnected()  {      if(m_client->getClient()->state()==QMqttClient::Connected)        {          m_client->subscribe("CMD_LED_1_REP");          m_client->subscribe("CMD_LED_2_REP");          m_client->subscribe("CMD_BUZZER_REP");          m_client->subscribe("CMD_TEMHUM_REP");          m_client->sendMessage("CMD_LOGIN","1");          qDebug() << "Connected!";        }  }  receiveMsg()函数：  void Widget::receiveMsg(const QByteArray &message,const QMqttTopicName &topic)  {      qDebug()<< "recv msg: topic<" << topic.name() << ">" << "msg:" << message;      if (topic.name() == "CMD_LED_1_REP"){//小灯1          if(message.toInt()==1){              pushButton_2 = true;              ui->pushButton_2->setStyleSheet("QPushButton{image:url(:/ image/image/ON.png);}");          }else{              pushButton_2 = false;              ui->pushButton_2->setStyleSheet("QPushButton{image:url(:/ image/image/OFF.png);}");          }      }      else if (topic.name() == "CMD_LED_2_REP"){//小灯2          if(message.toInt()==1){              pushButton_3 = true;              ui->pushButton_3->setStyleSheet("QPushButton{image:url(:/ image/image/ON.png);}");          }else{              pushButton_3 = false;              ui->pushButton_3->setStyleSheet("QPushButton{image:url(:/ image/image/OFF.png);}");          }      }      else if (topic.name() == "CMD_BUZZER_REP"){//BUZZER          if(message.toInt()==1){              pushButton = true;              ui->pushButton->setStyleSheet("QPushButton{image:url(:/ image/image/ON.png);}");          }else{              pushButton = false;              ui->pushButton->setStyleSheet("QPushButton{image:url(:/ image/image/OFF.png);}");          }      }      else if (topic.name() == "CMD_TEMHUM_REP"){//温湿度传感          QString str = message;          QStringList list = str.split("-");          float tem =list[0].toFloat();          float hum = list[1].toFloat();          qDebug()<<"temp:"<< tem <<" ℃ "<< " hum:"<< hum <<"%rh";          ui->TEMHUM->setText(QString(" %1℃  \n%2%rh").arg(tem).arg(hum));      }  }  

图3.5 实现服务器与客户端通信

3.2 系统硬件开发功能详细设计

3.3.1 智能家居控制系统硬件框架

由单片机最小系统，拓展DHT11温湿度传感器模块、蜂呜器模块、LED小灯模块、ESP8266连网模块、电源模块。其硬件结构体如下：

图3.6 系统硬件结构

3.3.2 蜂鸣器系统硬件设计

蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中作发声器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂呜器两种类型。压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成，当接通电源后（1.5~15V 直流工作电压），多谐振荡器起振，输出 1.5~5kHZ 的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。

电磁式蜂呜器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场，振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。其在STM32F1开发板上电路设计如图所示：

图3.7 蜂鸣器模块电路示意图

3.3.3 DHT11温湿度传感器硬件设计

DHIT11是一款湿温度—体化的数字传感器。该传感器包括一个电阻式测湿元件和一个 NTC 测温元件，并与一个高性能 8位单片机相连接。通过单片机等微处理器简单的电路连接就能够实时的采集本地湿度和温度。

DHIT11与单片机之间能采用简单的单总线进行通信，仅仅需要一个 10 口。传感器内部湿度和温度数据 40Bit 的数据一次性传给单片机，数据采用校验和方式进行校验，有效的保证数据传输的准确性。DHIT11 功耗很低，5V 电源电压下，工作平均最大电流 0.5mA。 DHIT11 的技术参数如下：

•工作电压范国：3.3V-5.5V

•工作电流：平均 0.5mA

•输出：单总线数字信号

•测量范围：温度20~90%RH，温度 0~50°C

•精度：湿度±5%，温度±2°C

•分辨率：湿度 1%，温度 1°C

3.3.4 ESP8266模块硬件设计

ESP8266是一个完路且成体系的Wi-Fi网络解决方案，能够搭载软件应用，或通过另一个应处理器卸载所有 Wi-Fi网络功能。我们使用的 ESP8266是串口型WIFI，速度比较低，不能用来传输图像或者视频这些大容量的数据，主要应用于数据量传输比较少的场合，比如温度信息，一些传感器的开关量等。

图3.8 ESP8266模块

VCC:3.3V 电源，开发板上丝印已经标了。

RST： ES8266 复位管脚，可做外部硬件复位使用。

CH_PD：使能管脚，高电平有效。

UTXD：串口发送管脚，与开发板上串口3的RXD相连。

URXD：串口接收管脚，与开发板上串口 3的下XD相连。

GPIO0: GPIO0 为高电平代表从FLASH 启动，GPIO0 为低电平代表进入系统升级状态，此时可以经过串口升级内部固件，这里我们不需要对此管脚操作。

GPIO2：此管脚为 ESP8266引出的一个1口，这里我们不需要对此管脚操作。

GND: GND 管脚，开发板上丝印已经标了。

3.3 本章小结

首先介绍的是智能家居控制系统硬件框架，由硬件框架拓展LED小灯、蜂鸣器模块、DHT11温湿度传感器、ESP8266 (WIFI)) 模块，USB串口作为电源供电。

主控系统STM32开发板控制LED小灯、蜂鸣器系統中断系統、DHT11温湿度传感器、ESP8266模块、电源模板。主控系统STM32开发板，控制小灯亮灭，控制蜂鸣選系统用手发声报警，DHT11温湿度传感器是用于测量周围环境温度和湿度。DHT11温湿度传感器这个传输数据是一个逆向的过程，DHT11温湿度传感器主动将命令发送出去，再由板子传给安卓端。ESP8266是WIFI模块用于格整个系统连接网络。如图为整个系统示意图。

图3.9 系统示意图

客户端即手机中的APP

云服务器是搭建在网络之上的，需要在网络里面拥有一个自己的IP地址（一般情况租），将服务器代码跑在这台云主机上，我们这里云服务器用于数据转发。如果我们在客户端APP中按下一个控制按钮，我们的安桌端向开发板发送数据，中间需要通过服务器进行转发，最终命令到达开发板上，开发板通过ESP8266接收到这个数据，它会通过串口发给STM32。开发板会进行解析，分折这是什么命令，灯亮还是灭，蜂鸣器响还是不响，分析清楚是哪一种行为，这是我们自定义的了，MQTT格式是top加value，STM32主题+value值自己定义。

第4章 系统测试及分析

4.1 系统测试总体说明

为了确保基于STM32f103ZET6、ESP8266模块和DHT11传感器的智能家居控制系统的功能和性能符合预期，进行了以下测试：

DHT11模块功能测试：对DHT11温湿度传感器进行了功能测试，确保其能够准确地读取环境的温度和湿度数据。在不同温湿度条件下进行测试，并与其他可靠的温湿度测量设备进行对比，以验证DHT11的准确性和稳定性。

2. ESP8266模块AT功能测试：对ESP8266模块的AT指令功能进行了测试，确保其能够正常工作并与开发板进行通信。发送一系列指令并验证模块的回应，包括获取模块信息、设置网络参数和建立网络连接等。通过AT指令的测试，以确认ESP8266模块的正常工作状态。

3. ESP8266模块与开发板WiFi模块连接测试：测试ESP8266模块与开发板WiFi模块的连接，确保二者可以成功建立通信。验证模块的硬件连接和网络设置，并通过发送数据包进行测试，确保数据的准确传输和接收。

4. 整体系统集成测试：为了测试整个智能家居控制系统的功能，进行整体集成测试。使用Android APP远程控制开关灯、蜂鸣器等功能。同时，监测温湿度数据的获取和传输，以确保系统的稳定性和数据的准确性。

4.2 DHT11模块功能测试

4.2.1 ESP8266模块简介

DHT11是一款数字式传感器，用于测量湿度和温度。它由一个电阻式湿度元件和一个负温度系数（NTC）热敏电阻组成，并与高性能的8位单片机相连接。通过简单的电路连接，例如与单片机等微处理器连接，可以实时采集本地的湿度和温度数据.DHT11与单片机之间采用简单的单总线通信方式进行通信，只需要一个I/O口即可。传感器内部将湿度和温度数据以40位的数据格式一次性传输给单片机，并通过校验和的方式确保数据传输的准确性。DHT11具有低功耗特性，在5V电源电压下，平均工作时的最大电流为0.5mA。需要注意的是，开发板通常不会预装DHT11传感器，而仅提供与DHT11传感器连接的接口。因此，用户需要将DHT11传感器插入开发板上预留的DHT11接口中，才能正常使用该传感器。总结来说，DHT11是一款低功耗的数字湿温度一体化传感器，可通过单总线与单片机进行通信，用于实时采集湿度和温度数据。

4.2.2 ESP8266模块测试要求

开机的时候先检测是否有DHT11存在，如果没有，则提示错误。只有在检测到DHT11之后才开始读取温湿度值，并显示在XCOM的LCD上，如果发现了DHT11，则程序每隔100ms左右读取一次数据，并把温湿度显示在XCOM的LCD上。同样我们也是用DS0来指示程序正在运行。

DHT11和DS18B20的接口是共用一个的，不过DHT11有4个引脚，需要把U6的4个接口都用上，将DHT11传感器插入到这个上面就可以通过STM32F1来读取温湿度值了。

图4.1 DHT11的管脚排列

图4.2 连接示意图

图4.3 测试结果

main.c程序：

#include "stm32f10x.h"  #include "led.h"  #include "SysTick.h"  #include "stm32f10x_usart.h"  #include "string.h"  #include "usart.h"  #include "dht11.h"  #include <stdio.h>    //温湿度读取显示  DHT11_Data_TypeDef DHT11_Data;  int main()  {      int flag = 0;      int i = 0;      char buf[128];      SysTick_Init(72);      NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2);      DHT11_Init();      USART1_Init(115200);      LED_Init();      while(1)      {          i++;          if(i%50==0)          {              GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_5);              flag = 1;          }          else          {              GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_5);              flag = 0;          }                    memset(buf, '\0', sizeof(buf));          DHT11_Read_TempAndHumidity(&DHT11_Data);  sprintf(buf, "当前温度= %d.%d ℃，当前湿度 = %d.%d %%RH", DHT11_Data.temp_int, DHT11_Data.temp_deci, DHT11_Data.humi_int, DHT11_Data.humi_deci);          printf("buf = %s\r\n", buf);      }      delay_ms(10);  }  

4.3 ESP8266模块功能测试

4.3.1 ESP8266模块简介

ESP8266是一种全功能的Wi-Fi网络解决方案，具备成熟的软件应用支持，并可通过不同的处理器卸载所有与Wi-Fi网络相关的功能。当采用串口型WIFI的ESP8266时，传输速度较低，因此不适合传输大容量的数据，如图像或视频等。其主要应用领域是数据量较小的场景，比如温度信息、传感器的开关量等。尽管ESP8266的传输数据量较少，但它仍可以一次传输几千字节的数据，并且通信非常稳定，能够满足大多数应用需求。专业术语中，ESP8266被归类为一种串口型无线局域网（Serial Wi-Fi）模块，它通过串口与主控设备进行通信。

4.3.2 测试ESP8266模块AT功能

首先我们需要准备以下设备：

①PZ-ESP8266模块一个

②电脑一台

③USB转TTL模块或普中STM32开发板（普中所有STM32开发板均含有USB转TTL模块）一块

④USB数据线

使用“\3--软件工具\串口调试助手\XCOM（推荐）\XCOMV2.0.exe”可方便地测试PZ-ESP8266模块是否正常，测试步骤如下：

安装USB转TTL模块驱动:使用一根USB数据线连接USB转TTL模块或普中STM32开发板，如果使用普中STM32开发板用户，可直接找到CH340驱动安装，这里默认已经安装好了CH340驱动。

确保驱动安装成功后，将PZ-ESP8266模块与开发板上USB转TTL模块按照如下连接：（PZ-ESP8266模块-->STM32开发板上USB转TTL模块）（事先将开发板上USB转TTL模块P4端子的黄色跳线帽取下）

图4.4 PZ-ESP8266模块与开发板上USB转TTL模块连接方式

图4.5 飞线连接ESP8266端                   图4.6 飞线连接实验板端

连接ESP8266模块和开发板的引脚，并使用USB数据线将开发板与电脑连接。给开发板供电后，打开“XCOMV2.0.exe”软件。在软件的端口菜单中选择在设备管理器中识别到的CH340串口号，并选择默认的波特率为“9600”。然后点击打开串口，并勾选“发送新行”选项。接下来，在“字符串输入框”中输入“AT”，然后点击“发送”。如果在上方的接收窗口中收到返回的“OK”，那么说明你的模块正常工作。如果没有收到“OK”的返回，你可以尝试多次发送，或检查之前的步骤是否正确。

图4.7 AT测试实验结果

4.3.3 测试ESP8266模块与开发板WiFi模块连接

所需要的硬件资源如下：

①开发板1个；

②ESP8266WIFI模块1个；

③USB线一条（用于供电和模块与电脑串口调试助手通信）；

④安卓手机一台

WIFI接口与STM32使用时，必须将P10的USART3_TX（PB10和W_TX以及USART3_RX（PB11）和W_RX连接，才能完成和STM32的连接。默认Z500的P10端子上有黄色跳线帽，直接短接到对应端即可。

图4.8 连接示意图

模块插入WIFI接口处请注意方向，可将模块电源与WIFI接口丝印电源对应即可。对EPS8266WiFi模块选择不同的测试模式，然后调用相应的测试函数。

图4.9 WIFI测试实验结果

4.4 系统测试结果分析

4.4.1 系统测试功能结果分析

通过对DHT11模块功能、ESP8266模块的AT功能以及ESP8266模块与开发板WiFi模块的连接进行测试，我们可以评估系统在功能方面是否达到设计的指标要求。同时，还需要考虑系统的性能、稳定性和安全性等方面的指标要求。只有当系统能够正常运行、实现设计的功能，并且满足相应的性能、稳定性和安全性要求，才能说明系统在设计上是成功的。

4.4.2 系统设计评估

尽管系统可能达到了设计的指标要求，但仍可能存在一些不足之处。在系统设计评估阶段，需要考虑用户界面的友好性、操作的便捷性、应用的响应速度、系统的可靠性、稳定性等方面。这些因素对系统的实际使用体验和用户满意度是至关重要的。通过收集用户反馈和评估系统在实际应用中的表现，可以发现系统设计中存在的不足，并采取相应的措施进行改进。

4.4.3 系统对环境、社会、健康、法律等因素的影响

在系统设计过程中，还应考虑系统对用户的健康和社会的影响。例如，在设计智能家居控制系统时，需要确保设备使用过程中不会对用户的健康造成危害，比如尽量减少电磁辐射对人体的影响。此外，还要考虑系统对社会的影响，如智能家居对能源的消耗是否可持续、是否能够提高生活质量、服务于社会福利等方面。这些因素的考虑可以使系统设计更加全面和可持续。

此外，还需要审视系统设计是否符合相关法律法规的要求。例如，数据保护和隐私保护在智能家居控制系统中非常重要。设计中应采取措施确保用户数据的安全性和隐私保护，以遵守数据保护的法律法规标准，如通用数据保护条例（GDPR）等。同时，还应关注网络安全和用户权限管理等方面，以防止未经授权的访问和潜在的数据泄露。

为了改进系统设计，可以采取以下措施：

1. 进一步优化系统性能和稳定性：通过软硬件的优化，提升系统的运行效率和稳定性，以确保系统在各种环境条件下都能正常运行。

2. 改进用户界面和操作体验：通过用户反馈和测试结果，改进系统的用户界面设计，使其更加直观、易用和友好，提高用户的操作体验。

3. 加强数据安全和隐私保护措施：采用加密技术和访问控制策略，确保用户数据的安全存储和传输，并遵守相关的数据保护和隐私法律法规，以保护用户的隐私权。

4. 考虑环保和可持续发展因素：在系统设计中寻找节能的解决方案，例如，优化设备的功耗和使用环保材料，以降低对环境的影响，并确保系统在长期可持续发展的基础上运行。

5. 遵守法律法规：在系统设计过程中，时刻关注相关的法律法规，确保系统设计符合法律的要求，避免任何可能的法律风险和违规行为。

综上所述，通过对系统测试结果的分析，可以评估系统的设计指标要求是否达到，并发现系统设计中的不足之处。在优化系统设计时，还需要考虑系统对环境、社会、健康和法律等因素的影响，并采取相应的改进措施。这样可以提高系统的用户体验、性能和安全性，确保系统对环境和社会的影响最小化，并遵守相关的法律法规要求。

4.5 本章小结

本章对系统测试进行了总体的说明，并且分别对DHT11模块的功能进行了测试与介绍，系统测试分别是做了四部分的测试：一是对DHT11模块功能进行介绍测试，二是对ESP8266模块AT功能进行测试，三是对ESP8266模块与开发版WiFi连接进行了测试，最后四是对于整个系统进行了集成测试。

在对整体系统集成测试时，为了能够测试智能家居控制系统的功能，我们通过使用安卓APP远程控制芯片板上的开关灯蜂鸣器等功能同时使 温湿度传感器获取的数据进行传输，以此来确保系统的稳定和数据的准确。

我们在测试时先将程序检查确保无误，再逐步的测试，各部分的功能已达到，涉及系统的预期理想结果。将测试成功的DHT11模块、ESP8266对AT模块测试以及ESP8266与WiFi连接模块的成功的测试结果下进行了系统整体集成的检测测试。在最终整体系统集成测试时，虽然出现了一些问题，但都最终被化解,使得最后的整体测试结果与预期设计系统的理想效果一致。除此之外，我们还对系统，对环境社会健康法律等因素方面的影响进行了思考，并且将其撰写在其中。在本章节的检测模块时对于出现的各种各样的问题并且解决也让我们学习理解到，做模块检测时的任何一个细微的差错都可能导致系统模块检测的失败，要细致细心的做好模块检测。

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