基于STM32的智能晾衣架设计

引言

随着智能家居的普及，智能晾衣架成为了提升生活便利性的重要设备。智能晾衣架通过集成多个传感器，能够自动感知天气变化、湿度、光照等环境因素，实现自动升降、风干和报警功能，帮助用户更加高效地晾晒衣物。本项目基于STM32设计了一个智能晾衣架系统，能够检测环境条件，控制晾衣架自动伸缩，保护衣物免受天气影响。

环境准备

1. 硬件设备

• STM32F103C8T6 开发板（或其他 STM32 系列）
• 温湿度传感器（如 DHT11 或 DHT22，用于监测环境温湿度）
• 光照传感器（如 BH1750，用于检测光照强度）
• 雨滴传感器（用于检测下雨情况）
• 电机驱动模块（如 L298N，用于驱动电机升降衣架）
• 电动推杆（用于实现晾衣架的升降功能）
• OLED 显示屏（用于显示当前环境数据和衣架状态）
• Wi-Fi 模块（如 ESP8266，用于远程监控和数据上传）
• 蜂鸣器（用于报警提示）
• USB-TTL 串口调试工具
• 电阻、杜邦线、面包板等基础电子元件

2. 软件工具

• STM32CubeMX：用于初始化 STM32 外设。
• Keil uVision 或 STM32CubeIDE：用于编写和下载代码。
• ST-Link 驱动程序：用于下载程序到 STM32。

项目实现

1. 硬件连接

• 温湿度传感器连接：将 DHT11 温湿度传感器的数据引脚连接到 STM32 的 GPIO（如 PA0），用于监测室外环境的温湿度。
• 光照传感器连接：将 BH1750 光照传感器的 SDA 和 SCL 引脚连接到 STM32 的 I2C 接口（如 PB6 和 PB7），用于检测环境光强度。
• 雨滴传感器连接：将雨滴传感器的模拟输出引脚连接到 STM32 的 ADC 输入引脚（如 PA1），用于检测是否下雨。
• 电机驱动模块连接：将 L298N 电机驱动模块的控制引脚连接到 STM32 的 GPIO（如 PA2、PA3），用于控制电动推杆实现衣架升降。
• OLED 显示屏连接：将 OLED 的 SDA 和 SCL 引脚连接到 STM32 的 I2C 接口（如 PB6 和 PB7），用于显示当前的温湿度、光照、雨水情况等信息。
• Wi-Fi 模块连接：将 Wi-Fi 模块的 TX/RX 引脚连接到 STM32 的 USART 接口（如 PA9 和 PA10），用于远程监控和控制。
• 蜂鸣器连接：将蜂鸣器的控制引脚连接到 STM32 的 GPIO（如 PA4），用于发出异常天气报警提示。
• 其他连接：为 STM32、传感器、显示屏、电机驱动模块等提供稳定的电源，并确保信号线接线正确。

2. STM32CubeMX 配置

• 打开 STM32CubeMX，选择你的开发板型号。
• 配置系统时钟为 HSI，确保系统稳定运行。
• 配置 GPIO 用于连接传感器、电机驱动和蜂鸣器等。
• 配置 ADC，用于读取雨滴传感器的模拟信号。
• 配置 I2C，用于与 OLED 显示屏和光照传感器通信。
• 配置 USART，用于与 Wi-Fi 模块通信。
• 生成代码，选择 Keil 或 STM32CubeIDE 作为工具链。

3. 编写主程序

在生成的项目基础上，编写温湿度、光照、雨水检测、晾衣架升降控制、Wi-Fi上传、报警提示等功能的代码。以下是智能晾衣架系统的基本代码示例：

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "dht11.h"
#include "bh1750.h"
#include "rain_sensor.h"
#include "motor_control.h"
#include "oled.h"
#include "wifi.h"
#include "gpio.h"// 定义阈值
#define TEMP_THRESHOLD 35.0      // 温度阈值（摄氏度）
#define HUMIDITY_THRESHOLD 80.0  // 湿度阈值（%）
#define LIGHT_THRESHOLD 300      // 光照强度阈值（Lux）
#define RAIN_THRESHOLD 100       // 雨滴传感器的阈值// 函数声明
void System_Init(void);
void Measure_Environment(void);
void Display_Data(void);
void Control_Clothes_Rack(void);
void Remote_Monitoring(void);
void Check_Alarm(void);
void Trigger_Alarm(void);// 全局变量
float temperature = 0;       // 当前温度
float humidity = 0;          // 当前湿度
uint16_t light_intensity = 0;// 光照强度
uint16_t rain_detected = 0;  // 雨滴传感器检测值
uint8_t alarm_flag = 0;      // 报警标志void System_Init(void)
{HAL_Init();SystemClock_Config();MX_GPIO_Init();MX_ADC1_Init();MX_I2C1_Init();MX_USART1_UART_Init();OLED_Init();DHT11_Init();BH1750_Init();Rain_Sensor_Init();Motor_Control_Init();WiFi_Init();OLED_ShowString(0, 0, "Smart Clothes Rack Ready");
}// 测量环境参数
void Measure_Environment(void)
{// 读取温湿度传感器数据DHT11_ReadData(&temperature, &humidity);// 读取光照传感器数据light_intensity = BH1750_ReadLightLevel();// 读取雨滴传感器数据rain_detected = Rain_Sensor_Read();
}// 显示数据
void Display_Data(void)
{OLED_Clear();OLED_ShowString(0, 0, "Temp: ");OLED_ShowFloat(64, 0, temperature, 2);OLED_ShowString(0, 1, "Humidity: ");OLED_ShowFloat(64, 1, humidity, 2);OLED_ShowString(0, 2, "Light: ");OLED_ShowNumber(64, 2, light_intensity, 4);OLED_ShowString(0, 3, "Rain: ");OLED_ShowNumber(64, 3, rain_detected, 4);
}// 晾衣架控制
void Control_Clothes_Rack(void)
{// 如果下雨或湿度过高，衣架自动收回if (rain_detected > RAIN_THRESHOLD || humidity > HUMIDITY_THRESHOLD){Motor_Control_Retract();  // 收回晾衣架}// 如果光照充足且无雨，衣架自动伸出else if (light_intensity > LIGHT_THRESHOLD && rain_detected < RAIN_THRESHOLD){Motor_Control_Extend();  // 伸出晾衣架}
}// 远程监控上传数据
void Remote_Monitoring(void)
{WiFi_SendData(temperature, humidity, light_intensity, rain_detected);
}// 报警检查
void Check_Alarm(void)
{if (rain_detected > RAIN_THRESHOLD){alarm_flag = 1;Trigger_Alarm();  // 触发报警}else{alarm_flag = 0;}
}// 触发报警
void Trigger_Alarm(void)
{HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET);  // 蜂鸣器报警HAL_Delay(500);HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET);  // 关闭蜂鸣器
}int main(void)
{System_Init();while (1){Measure_Environment();  // 测量环境参数Display_Data();         // 显示数据Control_Clothes_Rack(); // 晾衣架控制Remote_Monitoring();    // 远程监控上传Check_Alarm();          // 检查报警条件HAL_Delay(1000);        // 每秒更新一次}
}

4. 各模块代码

温湿度传感器

通过 DHT11 传感器读取当前的环境温湿度：

#include "dht11.h"// 初始化 DHT11 传感器
void DHT11_Init(void)
{// 配置 GPIO，用于读取温湿度数据
}// 读取温湿度数据
void DHT11_ReadData(float* temperature, float* humidity)
{// 从传感器读取数据并转换为温湿度值*temperature = 26.0;  // 假设当前温度为 26°C*humidity = 60.0;     // 假设当前湿度为 60%
}

光照传感器

通过 BH1750 传感器监测环境的光照强度：

#include "bh1750.h"// 初始化 BH1750 传感器
void BH1750_Init(void)
{// 配置 I2C 接口，初始化光照传感器
}// 读取光照强度
uint16_t BH1750_ReadLightLevel(void)
{// 从传感器读取光照强度return 350;  // 假设当前光照强度为 350 Lux
}

雨滴传感器

通过雨滴传感器检测是否有雨水降落：

#include "rain_sensor.h"// 初始化雨滴传感器
void Rain_Sensor_Init(void)
{// 配置 ADC 接口，用于读取雨滴传感器数据
}// 读取雨滴传感器数据
uint16_t Rain_Sensor_Read(void)
{// 从传感器读取雨滴检测值return 80;  // 假设当前检测到的雨滴信号强度为 80
}

电机控制

通过电机驱动模块控制晾衣架的伸出和收回：

#include "motor_control.h"// 初始化电机驱动模块
void Motor_Control_Init(void)
{// 配置 GPIO，用于控制电机驱动模块
}// 控制电机伸出晾衣架
void Motor_Control_Extend(void)
{// 控制电机使晾衣架伸出
}// 控制电机收回晾衣架
void Motor_Control_Retract(void)
{// 控制电机使晾衣架收回
}

OLED 显示

OLED 显示屏用于显示当前的环境数据：

#include "oled.h"// 初始化 OLED 显示屏
void OLED_Init(void)
{// OLED 初始化代码
}// 显示字符串
void OLED_ShowString(uint8_t x, uint8_t y, const char *str)
{// 在 OLED 显示屏上显示字符串
}// 显示浮点数
void OLED_ShowFloat(uint8_t x, uint8_t y, float num, uint8_t decimal_places)
{// 显示带小数的数值
}// 显示整数
void OLED_ShowNumber(uint8_t x, uint8_t y, uint32_t num, uint8_t len)
{// 显示整数值
}// 清屏
void OLED_Clear(void)
{// 清除 OLED 显示内容
}

Wi-Fi 数据上传

通过 Wi-Fi 模块将环境数据上传到服务器，实现远程监控：

#include "wifi.h"// 初始化 Wi-Fi 模块
void WiFi_Init(void)
{// 配置 USART 接口，初始化 Wi-Fi 模块
}// 上传数据到远程服务器
void WiFi_SendData(float temperature, float humidity, uint16_t light, uint16_t rain)
{// 通过 Wi-Fi 发送环境数据
}

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系统工作原理

• 环境检测：系统通过温湿度传感器、光照传感器和雨滴传感器实时监测室外的天气变化，包括温度、湿度、光照强度和雨水情况。每隔一段时间，系统会对传感器进行数据采集，并显示在 OLED 屏幕上。

• 智能控制：根据监测到的环境数据，系统自动判断是否需要伸出或收回晾衣架。例如，检测到下雨或湿度过高时，系统会自动收回晾衣架；当光照充足且无雨时，晾衣架会自动伸出，确保衣物能够正常晾晒。

• 报警功能：系统设置了雨水和湿度的阈值。当检测到天气条件不利于晾晒衣物时，系统通过蜂鸣器发出报警提醒用户，并自动收回晾衣架。

• 数据上传与远程监控：系统通过 Wi-Fi 模块将监测到的环境数据上传到远程服务器，实现对智能晾衣架的远程监控和管理。用户可以通过手机或电脑查看当前的天气状况和晾衣架状态。

常见问题与解决方法

1. 晾衣架自动控制失灵

• 问题原因：传感器数据异常或电机驱动模块连接不良。
• 解决方法：检查传感器的连接是否牢固，确保数据读取准确，同时检查电机驱动模块的电源和控制信号。

2. Wi-Fi连接不稳定

• 问题原因：Wi-Fi模块信号弱或网络配置错误。
• 解决方法：确保Wi-Fi信号覆盖良好，并正确配置网络连接参数。

3. OLED显示屏不工作

• 问题原因：I2C通信故障或OLED模块损坏。
• 解决方法：检查I2C连接，确保OLED模块初始化正确。

扩展功能

• 语音控制：增加语音识别模块，让用户通过语音控制晾衣架的升降操作。

• 手机APP控制：开发手机APP，用户可以通过APP远程控制晾衣架的伸缩、风干和加热功能。

• 智能风干功能：集成风干和加热模块，在天气恶劣时，智能晾衣架可以自动启动风干模式，帮助衣物快速干燥。

结论

通过本项目，我们设计了一个基于STM32的智能晾衣架系统，能够实时监测环境的温湿度、光照和雨水情况，并根据天气变化自动控制晾衣架的伸缩，保护衣物免受不良天气影响。系统还具备远程监控和报警功能，能够为用户提供更加便捷的智能家居体验。未来可以通过增加语音控制、手机APP等功能，进一步提升系统的智能化水平。