基于STM32的智能家居系统应用研究

摘要 系统以STM32F103为控制核心，用户通过手机或其它手持设备经蓝牙模块发送数据到STM32上，STM32接收到指令处理后经红外模块发送到终端设备上。实现家居的智能控制，整个系统具有较强的抗干扰能力及可靠性，可适用于智能家居应用领域。

关键词 智能家居;蓝牙模块;红外模块

智能家居是以住宅为平台，利用综合布线、网络通信、智能家居系统设计方案、安全防范、自动控制、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。

1 智能家居系统硬件平台

STM32的智能家居的系统拓扑结构如图1所示，STM32系列基于专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的ARM Cortex-M3内核。该系统采用STM32F103“增强型”系列的STM32芯片，设计的总体思路通过手机或其它手持设备的蓝牙通信模块与STM32上的蓝牙模块进行通信，接收到的数据进行处理，再通过红外模块发送到受控终端上。受控终端接收到红外指令后执行指定的操作，如电视、风扇、空调等电器设备的开关等操作。红外模块可以学习到各种遥控器的指令，通过学习遥控器的指令储存到QT软件所编写的界面中，解决了遥控器过多的烦恼，从而实现家居的智能化控制。通过报警模块可以实现火灾时的报警，保障了家居安全。

1.1 蓝牙模块

蓝牙HC05是主从一体的蓝牙串口模块，即当蓝牙设备与蓝牙设备配对连接成功后，可以忽视蓝牙内部的通信协议，直接将蓝牙当作串口用。当建立连接，两设备共同使用一通道也就是同一个串口，一个设备发送数据到通道中，另外一个设备便可以接收通道中的数据。当然，对于建立这种通道连接有一定条件，那就是对蓝牙设置好能进行配对连接的AT模式。

HC05蓝牙模块与STM32的串口3相连接。HC05的RDX与STM32芯片的第55管脚USART3-TX连接，TXD与第56管脚USART3-RX连接，GND与Vcc连接到相应的GND与Vcc上，KEY与第65管脚PC8连接。模块上电后，通过KEY接Vcc，使模块进入AT指令，模块的波特率设置为38400。

1.2 红外模块

BC7210芯片由海外知名厂商制造，比高公司拥有版权的红外遥控解码专用芯片。BC7210可以完成目前国内市场上常用的飞利浦RC5和NEC两种红外编码信号的解码。BC7210的输出可以设置为并行输出或者串行输出，串行输出方式兼容SPI和UART两种接口，可以轻松完成与各种MCU的接口相连接，完成与MCU的通信。BC7210与STM32连接的硬件设计方法如图2所示。

BC7210的串行输出兼容于“波特率9 600 bit·s-1，1个起始位，1个停止位，无奇偶校验”的USART，只需D7与STM32的87管脚USART2-RX连接。MOD与S/P分别与PB3和PB5相连接。这种接口方式只需占用1根口线，微处理器的数据接收可以由硬件完成，占用CPU资源少。

1.3 报警模块

无线收发模组，采用射频技术，也叫RF433射频小模块，采用全数字科技生产的单IC射频前段与ATMEL的AVR单片机组成，可高速传输数据信号的微型收发信机，无线传输的数据进行打包、检错、纠错处理。元器件都采用工业级标准，工作稳定可靠，体积小便于安装。适用于安全报警、无线自动抄表、家居及工业自动化、远端遥控、无线数传等领域，433报警模块与STM32的串口1相连接。

SM30型433MHz微功率无线串口通信模块，是上海上志电子信息技术有限公司生产，可以动态管理无线通信方式：将STM32和无线模块JP1引脚的1(GND)，2(Vcc)，3(RXD/TTL)，4(TXD/TTL)，9(RESET)共5个引脚连接好，1脚接GND，2脚接VCC，3和4两脚分别接STM32的串口上，通过串口发送给模块设置命令，设置完成以后，置SETEN为高电平或与地断开，上电复位或RST(如果8脚接在用户STM32的I/O口上)低电平(10 ms)复位，及可以用新的参数工作。

2 软件系统设计

整个智能家居系统以STM32微处理器为控制核心，使用C语言编写。智能家居系统的软件可分为手机、STM32系统2个部分，主要由蓝牙驱动程序、红外驱动程序和433报警程序组成。QT的软件控制流程如图3所示。当一个特定事件发生时，一个信号被发射。QT的窗口部件有多种预定义的信号，但可以通过继承来加入自己的信号。槽就是一个可以被调用处理特定信号的函数。信号与槽是宽松地联系在一起：一个发射信号的类无需已知哪个槽要接收这个信号。QT信号和槽可以保证如果将一个信号与一个槽连接起来，槽会在正确的时间使用信号的参数而被调用。信号和槽可以使用任何数量、任何类型的参数。

2.1 手机软件设计

通过调用Qobject对象的connect函数来将某个对象的信号与另一个对象的沐曹函数相关联，这样当发射者发射信号时，接收者的槽函数将被调用，该函数的定义为：

boolQObjeet：：eonnect(eonstQOb—ieet*sender，eonstchar*signal，

eonstQObjeet*reeeiver，eonstehar*mexnber)

conneet函数将sender对象中的信号signal与reeeiver中的member槽函数相关联，这里的sender和receiver都是指向QObject类型对象的指针。QT的宏signal()用于指定信号signal;宏slot()用于指定槽函数。

当对象内部发生某些事件时，它有可能发出信号。如果这个信号连接到槽，那么相应的槽函数就被执行。可以将多个槽连接到同一个信号，那么这些槽就将一一被执行，其执行顺序是任意的。

2.2 STM32系统软件设计

STM32系统软件设计首先对STM32系统的初始化，采用Rtthread系统并创建了3个子进程，分别为蓝牙模块子进程、红外模块子进程、报警模块子进程，设定任务的优先级并初始化各子进程。编写相应的初始化及数据处理函数实现系统的正常运行，通过Rtthread进行系统的线程调度。

STM32的软件控制流程如图4所示。

(1)蓝牙子进程程序设计，KEY位置高电平进入AT指令模式，通过发送AT指令进行蓝牙模块的设置，例如USART_Send_Cmd(“%s\r\n”，atstr);设置完成后KEY位置低进入数据透传模式，进行数据传输。接受到指令后返回数据，手机端对返回数据进行分析，如果接受错误数据，则手机端重新发送数据。接收到正确数据后发送给相应的模块，执行相应的操作。蓝牙软件设计流程如图5所示。

(2)红外子进程程序设计，先初始化红外模块，对要发送的数据解码后编码再经过红外模块发送出去。判断是否发送结束，未发送完整则继续发送。红外软件设计流程如图6所示。

(3)报警子进程程序设计，初始化报警模块，将一个家用烟感探测器与报警模块相连，一旦超过设定值报警模块通过STM32系统将报警信息，发送送到手机或其他终端设备上实现智能报警。判断是否有报警信息，如果有报警信息则通过串口1将数据发送给STM32芯片，再执行报警函数。

2.3 该系统在智能家居系统中的应用

要控制红外设备必须先学习控制该设备的红外码。首先，通过半口工具连接到该模块，将该设备的遥控器对准红外接收头，通过半口工具发送对应的报文，按下需要学习的键，然后就可以收到该控制键对应的红外码。将学习到的红外码保存在QT的槽函数内。实现了一个手机或终端设备智能的控制家电，并且实现了智能报警。

3 结束语

综上所述，可知基于STM32的智能家居系统实现简单，应用广泛。而蓝牙技术的成熟和普及，可以将各种遥控器由一个Android手机软件所代替，实现了智能化的控制电视、风扇、空调等设备。通过在室内安装多个STM32系统，可以实现对每间房间的控制。基于STM32的智能家居系统综合了多门技术，主要包括视蓝牙通信、红外遥控技术、433报警等，随着这些技术的发展，该智能家居系统将拥有更为广阔的发展空间。