STM32 设计的较为复杂的物联网项目，包括智能家居控制系统，涵盖了硬件和软件的详细设计。

使用 STM32 设计的较为复杂的物联网项目，包括智能家居控制系统，涵盖了硬件和软件的详细设计。

一、硬件设计

微控制器：选择 STM32F4 系列微控制器，如 STM32F407ZGT6，具有高性能和丰富的外设资源。

传感器模块：

温度和湿度传感器（如 DHT22 ）：用于监测室内环境温湿度。

光照传感器（如 BH1750 ）：检测环境光照强度。

人体红外传感器（如 HC-SR501 ）：感知人体活动。

烟雾传感器（如 MQ-2 ）：监测烟雾浓度，预防火灾。

门窗磁传感器：检测门窗开关状态。

通信模块：

Wi-Fi 模块（如 ESP8266 ）：实现与云服务器的无线通信，上传传感器数据和接收控制指令。

蓝牙模块（如 HC-05 ）：用于本地设备与手机等终端的短距离通信。

执行器模块：

继电器：控制灯光、插座等设备的开关。

电机驱动模块：控制窗帘电机、风扇等设备。

显示模块：

TFT 彩色液晶显示屏：实时显示系统状态和传感器数据。

存储模块：

EEPROM 芯片（如 AT24C02 ）：存储系统配置和一些关键数据。

电源管理模块：

采用高效率的降压稳压芯片（如 LM2596 ），将输入电源转换为适合各个模块的工作电压。

配备电池管理电路，支持备用电池供电，确保系统在市电断电时仍能正常工作一段时间。

二、软件设计

系统初始化：

初始化 STM32 时钟、GPIO 、ADC 、SPI 、I2C 等外设。

初始化 Wi-Fi 模块和蓝牙模块，连接到预设的网络和配对设备。

初始化传感器和执行器的相关引脚。

传感器数据采集：

定期读取温度、湿度、光照、人体红外、烟雾等传感器的数据，并进行数据校准和滤波处理。

通过 ADC 采集模拟量传感器的数据，如烟雾浓度。

数据处理与决策：

根据传感器数据判断环境状态，如是否有人、温度是否过高、烟雾是否超标等。

基于预设的规则和逻辑，决定执行相应的控制动作，如打开灯光、启动风扇、发送报警信息等。

通信协议实现：

使用 TCP/IP 协议与云服务器进行通信，上传传感器数据，并接收服务器下发的控制指令。

通过蓝牙协议与本地手机等设备进行通信，实现近场控制和数据查看。

用户界面设计：

在 TFT 显示屏上设计友好的用户界面，实时显示传感器数据、系统状态和操作提示。

处理触摸屏输入，实现用户交互操作。

存储管理：

将系统配置信息（如 Wi-Fi 密码、设备 ID 等）存储在 EEPROM 中，确保断电不丢失。

记录关键的操作日志和传感器数据历史，以便后续查询和分析。

异常处理与系统自恢复：

监测系统运行状态，如电源电压、程序运行状态等。

当出现异常情况（如传感器故障、通信中断、内存溢出等）时，采取相应的处理措施，如重启相关模块、发送故障报警等，并尝试自动恢复系统正常运行。

#include "stm32f4xx.h"

#include "stdio.h"

#include "string.h"

#include "stdlib.h"

#include "math.h"

// Wi-Fi 相关

#include "wifi.h"

// 传感器相关

#include "dht22.h"

#include "bh1750.h"

#include "hc_sr501.h"

#include "mq2.h"

#include "door_window_sensor.h"

// 显示相关

#include "tft_display.h"

// 存储相关

#include "eeprom.h"

// 传感器引脚定义

#define DHT22_DATA_PIN GPIO_Pin_0

#define DHT22_PORT GPIOA

#define BH1750_SDA_PIN GPIO_Pin_1

#define BH1750_SCL_PIN GPIO_Pin_2

#define BH1750_PORT GPIOA

#define HC_SR501_PIN GPIO_Pin_3

#define HC_SR501_PORT GPIOB

#define MQ2_PIN GPIO_Pin_4

#define MQ2_PORT GPIOC

#define DOOR_WINDOW_SENSOR_PIN GPIO_Pin_5

#define DOOR_WINDOW_SENSOR_PORT GPIOD

// 执行器引脚定义

#define RELAY_PIN GPIO_Pin_6

#define RELAY_PORT GPIOE

// 通信引脚定义（假设用于与 Wi-Fi 模块通信的 UART）

#define USART_TX_PIN GPIO_Pin_9

#define USART_TX_PORT GPIOA

#define USART_RX_PIN GPIO_Pin_10

#define USART_RX_PORT GPIOA

// 显示引脚定义（假设用于 TFT 显示屏的 SPI 接口）

#define TFT_SCK_PIN GPIO_Pin_13

#define TFT_SCK_PORT GPIOB

#define TFT_MISO_PIN GPIO_Pin_14

#define TFT_MISO_PORT GPIOB

#define TFT_MOSI_PIN GPIO_Pin_15

#define TFT_MOSI_PORT GPIOB

#define TFT_CS_PIN GPIO_Pin_12

#define TFT_CS_PORT GPIOB

#define TFT_RST_PIN GPIO_Pin_11

#define TFT_RST_PORT GPIOB

// 初始化所有 GPIO 引脚

void GPIO_Init(void)

{

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA | RCC_AHB1Periph_GPIOB | RCC_AHB1Periph_GPIOC | RCC_AHB1Periph_GPIOD | RCC_AHB1Periph_GPIOE, ENABLE);

    // DHT22 数据引脚配置

    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = DHT22_DATA_PIN;

    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;

    GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;

    GPIO_Init(DHT22_PORT, &GPIO_InitStruct);

    // BH1750 I2C 引脚配置

    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = BH1750_SDA_PIN | BH1750_SCL_PIN;

    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;

    GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_OD;

    GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;

    GPIO_Init(BH1750_PORT, &GPIO_InitStruct);

    // HC-SR501 引脚配置

    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = HC_SR501_PIN;

    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;

    GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;

    GPIO_Init(HC_SR501_PORT, &GPIO_InitStruct);

    // MQ-2 引脚配置

    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = MQ2_PIN;

    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AN;

    GPIO_Init(MQ2_PORT, &GPIO_InitStruct);

    // 门窗磁传感器引脚配置

    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = DOOR_WINDOW_SENSOR_PIN;

    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;

    GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;

    GPIO_Init(DOOR_WINDOW_SENSOR_PORT, &GPIO_InitStruct);

    // 继电器引脚配置

    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = RELAY_PIN;

    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;

    GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;

    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;

    GPIO_Init(RELAY_PORT, &GPIO_InitStruct);

    // USART 引脚配置

    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = USART_TX_PIN | USART_RX_PIN;

    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;

    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

    GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;

    GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;

    GPIO_Init(USART_TX_PORT, &GPIO_InitStruct);

    // TFT 显示屏引脚配置

    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = TFT_SCK_PIN | TFT_MISO_PIN | TFT_MOSI_PIN | TFT_CS_PIN | TFT_RST_PIN;

    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;

    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

    GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;

    GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;

    GPIO_Init(TFT_SCK_PORT, &GPIO_InitStruct);

}

// 初始化 USART 用于与 Wi-Fi 模块通信

void USART_Init(void)

{

    USART_InitTypeDef USART_InitStruct;

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);

    RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA, ENABLE);

    GPIO_InitStruct.GPIO_Pin = USART_TX_PIN | USART_RX_PIN;

    GPIO_InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;

    GPIO_InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;

    GPIO_InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;

    GPIO_InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;

    GPIO_Init(USART_TX_PORT, &GPIO_InitStruct);

    USART_InitStruct.USART_BaudRate = 115200;

    USART_InitStruct.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;

    USART_InitStruct.USART_StopBits = USART_StopBits_1;

    USART_InitStruct.USART_Parity = USART_Parity_No;

    USART_InitStruct.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;

    USART_InitStruct.USART_Mode = USART_Mode_Tx | USART_Mode_Rx;

    USART_Init(USART1, &USART_InitStruct);

    USART_Cmd(USART1, ENABLE);

}

// 初始化系统

void System_Init(void)

{

    GPIO_Init();

    USART_Init();

    // 初始化其他硬件模块

    DHT22_Init();

    BH1750_Init();

    HC_SR501_Init();

    MQ2_Init();

    DoorWindowSensor_Init();

    TFT_Init();

    EEPROM_Init();

    // 连接 Wi-Fi 网络

    WiFi_Connect(WIFI_SSID, WIFI_PASSWORD);

}

// 读取 DHT22 传感器数据

void ReadDHT22(float *temperature, float *humidity)

{

    DHT22_ReadData(temperature, humidity);

}

// 读取 BH1750 光照传感器数据

float ReadBH1750(void)

{

    return BH1750_ReadLightIntensity();

}

// 读取 HC-SR501 人体红外传感器数据

uint8_t ReadHC_SR501(void)

{

    return HC_SR501_ReadState();

}

// 读取 MQ-2 烟雾传感器数据

float ReadMQ2(void)

{

    return MQ2_ReadSmokeConcentration();

}

// 读取门窗磁传感器数据

uint8_t ReadDoorWindowSensor(void)

{

    return DoorWindowSensor_ReadState();

}

// 控制继电器

void ControlRelay(uint8_t state)

{

    if (state)

    {

        GPIO_SetBits(RELAY_PORT, RELAY_PIN);

    }

    else

    {

        GPIO_ResetBits(RELAY_PORT, RELAY_PIN);

    }

}

// 上传数据到云服务器

void UploadDataToCloud(float temperature, float humidity, float lightIntensity, uint8_t isPersonDetected, float smokeConcentration, uint8_t isDoorOpen)

{

    char dataBuffer[256];

    sprintf(dataBuffer, "{"

                        "\"temperature\": %.2f,"

                        "\"humidity\": %.2f,"

                        "\"light_intensity\": %.2f,"

                        "\"is_person_detected\": %d,"

                        "\"smoke_concentration\": %.2f,"

                        "\"is_door_open\": %d"

                        "}",

            temperature, humidity, lightIntensity, isPersonDetected, smokeConcentration, isDoorOpen);

    WiFi_SendData(dataBuffer);

}

// 主函数

int main(void)

{

    float temperature, humidity;

    float lightIntensity;

    uint8_t isPersonDetected;

    float smokeConcentration;

    uint8_t isDoorOpen;

    System_Init();

    while (1)

    {

        ReadDHT22(&temperature, &humidity);

        lightIntensity = ReadBH1750();

        isPersonDetected = ReadHC_SR501();

        smokeConcentration = ReadMQ2();

        isDoorOpen = ReadDoorWindowSensor();

        // 在 TFT 显示屏上显示数据

        TFT_DisplayData(temperature, humidity, lightIntensity, isPersonDetected, smokeConcentration, isDoorOpen);

        // 控制继电器

        if (isPersonDetected)

        {

            ControlRelay(1);

        }

        else

        {

            ControlRelay(0);

        }

        // 上传数据到云服务器

        UploadDataToCloud(temperature, humidity, lightIntensity, isPersonDetected, smokeConcentration, isDoorOpen);

        // 延迟一段时间

        HAL_Delay(5000);

    }

}