基于STM32微控制器的無線智能家居監控系統探析

桂靜宜

摘? 要：家居監控系統運行過程中，需要對家居環境中的天然氣、煤氣進行檢測，但由于傳統家居系統數據分析延時、控制裝置靈活性不足，使得家居系統安全性能弱化。因此，文章對STM32微控制器在無線智能家居監控系統的具體應用展開研究，從而在該類控制器的應用中，提高無線智能家居監控系統的安全性能。

關鍵詞：STM32;微控制器;無線;智能家居;監控系統

中圖分類號：TU855? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2020）33-0036-02

Abstract： During the operation of the home monitoring system， it is necessary to detect the natural gas and the gas in the home environment. Due to the delay of data analysis of the traditional home system and the lack of flexibility of the control device， however， the safety performance of the home system is weakened. Therefore， this paper studies the specific application of STM32 microcontroller in wireless smart home monitoring system， so as to improve the safety performance of wireless smart home monitoring system in the application of this kind of controller.

Keywords： STM32; microcontroller; wireless; smart home; monitoring system

引言

現階段，無線智能家居監控系統在應用中，仍存在數據分析延時、控制方法滯后的問題，導致家居系統無法為住戶提供安全、高校的使用體驗。STM32微控制器在無線智能家居監控系統的應用，可改變系統原有控制模式，重新組合系統網絡編碼，對增強系統安全控制功能意義重大。

1 STM32微控制器相關概述

在無線智能家居監控系統中，STM32微控制器憑借自身所架構的Cortex-M3內核，可滿足系統實時應用、低功耗運行的基本要求，有助于增強智能家居安全性能，完善監控系統基本功能。具體來說，STM32微控制器用于無線智能家居系統的優勢來源，主要集中在以下內容中。第一，STM32微控制器在設計、制作中，可嵌入電源監控裝置，能夠支撐系統電壓檢測、自帶時鐘等自我管理工作，減少系統對外部設備、軟硬件的需求。比如該系列控制器可利用主晶振驅動USB、CPU等外設裝置，自動為內部時鐘篩選晶振，使系統在出廠前期確定主時鐘源。第二，STM32微控制器中包含的周件庫，其在作用時可為用戶訪問系統提供標準化外設，并通過集成各功能板塊為監控系統提供全面的編程文檔。第三，STM32微控制器在應用中，可兼容所有包含ARM內核的編譯器，為監控系統構建全局編碼向量，強化智能家居的安全控制力度[1]。

2 無線智能家居監控系統功能需求

信息時代中，居民生活模式產生較大改變，為改善人們生活質量，智能家居概念就此產生，監控系統作為智能家居重要組成部分，其功能設計與實現直接影響智能家居建設水平，以及居民對智能家居的滿意度。因此，為打造安全、舒適的智能家居系統，相關人員在利用STM32微控制器建立智能家居監控系統時，應挖掘該控制器實踐優勢，綜合分析監控系統使用要求，針對性完成智能家居監控系統功能設計工作。

首先，智能家居系統在為住戶提供良好家居環境的基礎上，還需保證住戶財產安全，使用戶能夠遠程控制室內溫度、電氣設備，提高家居生活便捷性。為此，相關人員需借助STM32微控制器在智能家居監控系統中，增設信息服務、遠程控制等功能板塊。其次，該監控系統運行時需準確檢測家用電器使用狀態、室內空氣質量檢測、天然氣及煤氣泄漏，并根據系統內相關數據，生成檢測信息，便于住戶有效處理室內險情。為此，智能家居監控系統應具有險情預測、控制的基本功能，但在傳統智能家居內控機制中，其在險情預測中仍存在信息采集速率低、信息提醒延時等現象，使得智能家居監控系統價值難以凸顯。最后，由于整體化的智能家居系統功能結構復雜，且家庭網絡具體獨立性特點，所以系統監控版塊還應挖掘STM32微控制器應用潛能，使系統內各設備、裝置具有獨立控制功能。同時在無線網絡技術實踐中，解決傳統家居系統布線復雜、電纜敷設難度大等問題[2]。

3 基于STM32微控制器的無線智能家居監控系統

3.1 實現原理

基于STM32微控制器的無線智能家居監控系統的實現原理，是通過監控系統內設有的傳感器采集室內天然氣濃度、溫濕度、家居設備運行狀態等基本信息，并且利用相關算法對應處理數據，使用戶檢測到更為全面、真實的家居環境，預防監控系統遠程控制時產生的數據偏差。在此基礎上，住戶可憑借智能手機，操控家居設備，顯示家居監控系統所監測的數據。另外，在STM32微控制器作用下，無線智能家居監控系統在實現中，可利用新型網絡全局向量編碼方案，改變傳統觸發控制、在線控制模式，同時在PID算法的應用中，系統可高效核查監控新型，調節誤差信號，確保系統采集、輸出數據的一致性，強化智能家居生活的可控性。

3.2 整體設計

無線智能家居監控系統無線接收、無線信號發射等控制終端組成，具體包括STM32微控制器、語音播報、視頻、無線操作、語音識別等功能板塊組成，其中無線操作板塊是對室內信息的接收與處理，需由STM32單片機、自動避障、視頻獲取等子板塊組成。首先，系統在無線板塊支撐下，可組建數據傳遞平臺，并將STM32微控制器作為系統主要控制裝置，用于控制系統操作、數據處理工作，經各項指令完成后，可實現系統整體監控、預測、操作功能。其次，系統在視頻版塊作用時，可將接入設備連取系統專屬無線網絡，隨后將根據家具設備運行專業切換視頻畫面，使監控系統能夠根據住戶要求顯示室內區域。最后，為凸顯智能家居監控系統的智能化，可增設語音版塊，使住戶在手術、平板電腦終端語音操控系統。另外，在無線智能家居系統持續優化中，確保系統視頻上傳的及時性，在該系統的整體設計中，相關人員還應挖掘STM32微控制器的嵌入優勢，完善監控系統的人機交互功能[3]。

3.3 硬件設計

STM32微控制器的主芯片是無線智能監控系統的主要硬件支撐，能夠聯合系統基本電路成為系統核心控制設備。此外，STM32微控制器芯片具有數據運算效率高、處理優勢明顯等特點，且運行穩定、IO口資源豐富，可與系統內各板塊裝置相連接，滿足系統數據交互需求。以電源板塊、信號采集板塊為例，基于STM32微控制器的無線智能監控系統的電源供電路，包含多個電位電壓。為此，系統建立時，設計人員需結合各功能板塊裝置運行要求，針對性設計電源供電電路，使系統正常運轉。比如STM32微控制器芯片、語音識別設備、語音數據分析板塊應分別設計3.3V、3.3～5V、5V供電量。在信號采集板塊中，需包含溫度傳感器、濕度傳感器、可燃氣體傳感器等設備，便于系統獲取室內溫濕度、相關氣體濃度。但是為確保系統數據信號轉換的靈活性，設計人員可選用數字化溫度傳感器，以此利用該器件中測溫、測濕元件中信號模數的可變性，為住戶提供直觀監控信息，而選用可燃性氣體傳感器時，可選擇對常見可燃氣體敏感度較高的傳感器。比如MQ-5，該傳感器所測可燃氣體種類多樣，同時對甲烷、丙烷等常見氣體靈敏度高。

3.4 軟件設計

無線智能家居監控系統的軟件設計，直接關系著STM32微控制器數據傳輸速率、系統正常運行，以及各功能板塊控制命令的下達。因此，相關人員在建立該系統時，其軟件設計應根據監控系統特征、STM32微控制器運行要求，從無線發射、無線接收等控制端口、網絡設計中分別完成程序設計。其一，無線發射端口程序可由無線模塊、無線接入設備、STM32微控制器等內部程序組成。其二，無線接收控制端程序則由攝像頭、電磁感應、STM32單片機組成。其三，系統網絡設計中，可采用ZigBee通信技術，該技術適用于短距離、無線家居系統中，可在網絡層中形成三種拓撲結構，滿足不同住戶的多樣化需求。比如，基于該通信技術，住戶可選擇簇狀、星型、網狀等網絡結構，適應小范圍智能家居監控系統。另外，基于STM32微控制器的無線智能監控系統，其在軟件設計時還應堅持模塊化設計原則，并且在系統主程序、控制器驅動、顯示等程序完成后，與STM32微控制器建立通信協議，匹配監控系統內的通信數據位、起始位、停止位，確保各設備間的數據交互工作順利開展。再者，由于無線智能家居系統中同時包含無線發射、無線信號接收等終端，所以在軟件設計時，還應在各板塊地址編寫結束后，對各引腳進行初始化，同時確立誤碼率低、操作流程較為簡化的通信模式。

3.5 系統綜合測試

綜合測試是評估無線智能家居監控系統設計方案可行性的主要手段，但基于STM32微控制器的無線智能家居監控系統，其在軟件、硬件組成中采用模塊化設計模式。因此在系統測試時，需根據監控系統中語音識別、無線控制、人機對話、數據分析等板塊功能設計，采取對應的測試試驗，各子板塊測試結束后，方可按照系統整體設計組建系統，并對系統進行整體測試。以人機對話測試試驗為例，該板塊的核心功能為語音識別，所以在測試時可對系統說出對應語言，判斷系統反應。另外，該板塊在設計中，所設計的語音識別指標包括音量、音色等內容，需要測試者在語言測試中注意記錄相關指標產生的影響。經測試后，發現音量為人機對話板塊運行效果的主要變量。為此，設計人員需通過程序設計中合理控制音量輸入范圍，并記錄大量識別數據，便于后期對程序進行升級與優化。

4 結束語

綜上所述，為在智能家居監控系統建立中，提高系統安全性能，減少家居環境檢測誤差，相關人員嘗試將STM32微控制器用于系統組成中。STM32微控制器在智能家居監控系統中的應用，對優化系統功能板塊設計，完善系統控制體系有著重大意義，但是在該系統的設計與實現中，相關人員還應準確評估系統功能需求，靈活選用數據算法、通信技術，提高系統控制精度。

參考文獻：

[1]朱向慶，鄧浩欣，李嘉寶，等.基于STM32和Android的智能家居系統設計[J].電子設計工程，2018（18）：185-189.

[2]周賽青，宋文璐，楊聰.基于STM32單片機智能家居音控系統硬件設計[J].科學技術創新，2019（06）：78-79.

[3]何世添，謝海昌.基于STM32和uCOS-Ⅲ的智能家居控制系統設計[J].輕工科技，2018（08）：100-102.

[4]彭銀橋，吳吉.基于ZigBee技術的智能家居控制系統[J].電子技術與軟件工程，2018（08）：66-67.