摘要本文主要设计了一个基于物联网技术的智能家居环境控制系统，利用STM32开发板搭建了一个智能家居的主控中心，以开发板的LED灯来模拟控制家庭环境温度的电器的启停情况，用LCD显示屏连接主控中心来显示环境的温湿度情况。使用Android设备作为无线移动端来显示主控中心的环境监测情况并控制主控中心模拟启停各个家电。主控中心与移动端连接用蓝牙进行数据的传输通讯。最后经过多次测试，Android移动端不仅可以连接开发板上的蓝牙并接收到开发板传输来的环境温湿度数据，而且还能对开发板的LED进行控制来模拟家电的开关。

　　智能家居(SmartHome)是指家居智能自动化或智能房屋的家庭楼宇自动化。家庭自动化系统将包括控制照明、监测环境状态、监控家居安防，气候，娱乐系统和设备。它还可能包括家庭安全，例如访问控制和警报系统。家庭自动化是可以让我们生活在一个舒适便捷、智能高效的家居环境。智能家居是利用先进的微电子自动化技术、计算机自动化技术、网络无线通信自动化技术、综合网络布线技术,将我们家居生活中可能涉及的各个微电子系统有机地紧密结合在一起,通过统筹的设计和管理[1]。还可以让原来静止的家具生活变得更加的人性化、更加的智能、更加方便我们人的工作和生活。家居自动化还提供了全方位的家居生活信息交换和服务管理功能,使得家庭与外部都保持了信息的交流畅通,优化了人们的家居生活工作方式。智能家居还可以帮助了人们有效地安排时间,并提高人们的家居生活信息化水平和人们的工作效率,增强人们家居生活的信息安全性,甚至同时还可以有效节约各种清洁能源的费用。家居安全与智能的基本应用目标主要是:将人们家庭中各种与进一步提高人们家居生活信息质量的家庭通讯设备、家庭监控设备、家庭日用电器和家庭警报设备通过家庭总线技术以有线或者无线的技术连接到主控平台。该主控中心是一个通过智能化的管理与基于机器学习的家庭主控平台数据中心或者一个云端系统。该主控中心或者平台可以进行集中的或者是异地的进行远程控制、监视或者对家用各种日用电器进行管理与协调,以进一步提高人们的家居生活质量和水平[2]。

　　智能家居的概念最早在20世纪30年代提出，但直到1984年康涅狄格州哈特福德市“智能建筑”的情况是智能家居的概念联合科技的第一次应用示例，自此全球分科技公司开始争相进行智能家居的布局[3]。经过最近几年的发展，一些发达国家已经取得的智能家居解决方案。智能家居在欧洲已被广泛应用在相对富裕的中产家庭，这为全球智能家居行业标准的商业模式的发展和探索了至关重要的作用。当前国际上在智能家居领域的重量级四家巨头分别是：Google、Microsoft、Apple、Samsung。

　　谷歌智能科技公司作为最早在物联网智能家居领域进行战略布局的大型科技公司之一，在2011年提出了Anandroid@home打造智能家居的计划,让所有的使用者在安卓的智能设备上通过无线的连接方式对所有基于家庭电子的设备进行了控制。紧接着微软在2014年与智能家庭自动化电子设备的制造商Insteon建立了合作伙伴的关系,以便把智能家庭的自动化设备和网络充分的整合起来融入到自己的智能家居生态圈中。紧随着微软的是苹果公司的智能家居移动平台Homekit在2014年的WWDC苹果全球开发者大会的正式问世,代表美国的苹果也是宣布正式的进入了智能家居的领域。因为有了苹果的Homekit,市面上的主流平台智能家居的软硬件产品都已经可以直接让所有的用户通过苹果的iPhone、iPad等各种移动家庭电子设备轻松的控制,目前全球已有上百款主流平台智能家居的软硬件产品都支持了HomeKit[4]。与此同时，智能家居平台SmartThings也被三星收购。三星从此开始完善自己在智能家居领域的整体布局。两年后三星也发布了Bixby人工智能助手旨在与苹果的Siri进行抗衡。

　　相较于欧美发达国家而言,我国与智能家居相关的技术虽然起步较晚,但随着近年来人们的生活信息化水平的进一步提高,全面建成小康的政策落实以及新一代智能家居在中国市场的推广,使得国内应用于智能家居的市场潜力巨大。通过国家相关政策的扶持与各行业规范的引导,智慧家居城市的建设逐步与完善也为了智能家居的持续健康发展进一步注入了原动力。目前中国的智能家居在全球市场的规模近年来一直呈逐年快速增长的状态,由2015年的7.05亿美元规模已经剧增到2018年的65.32亿美元,预测2019年中国的智能家居在美国市场的规模将在2020年初达到80亿美元左右[5]。

　　虽然市场潜力巨大，但目前中国智能家居行业的形势仍然非常严峻，发展走向了瓶颈。比如各种品牌间的智能硬件之间不能互通，行业协会没有制定统一的通信协议，不同的云平台有不同的通信协议，没有统一的接入标准，无法实现品牌互联。

　　但是随着中国在5G技术的领先，2019年中国5G建站建设有13万个，标志着正式进入5G元年[6]。有了5G的对物联网所需要的高带宽的支撑，再加上大数据、云计算等技术，万物互联所需计算机技术、电子条件基本具备，新一代物理及新材料技术的发展，使万物互联，万物智能成为现实。而智能家居与物联网的关系密不可分，由此可以预见，中国的物联网行业将会在智能家居这一方法走向更加广阔的平台，迎接物联网的朝阳。

　　本文主要设计了一个基于物联网技术的智能家居环境控制系统，以STM32开发板的板载资源作为智能家居的主控中心大脑来模拟控制家庭环境温度的电器的启停情况。使用Android设备作为移动端来显示主控中心的环境监测情况并控制主控中心启停各个家电。主控中心与移动端连接用蓝牙进行数据的通讯。在ARM端用C语言作为开发语言，KeiluVision5为开发平台来对开发板资源进行数据处理与各模拟电器的控制。在安卓移动设备端以JAVA作为开发语言，AndroidStudio、AndroidSDK作为软件的开发平台，设计一款界面美观清晰且适用于智能家居环境控制的移动端APP。其系统总体设计图如图1-1所示。

　　基于物联网技术的智能家居环境控制系统硬件部分有ARM端主控中心、Android移动端，通讯模块等几部分组成。通过多方对比，所以我们选择具有丰富板载资源的STM32F107开发板作为该设计的主控中心，选择ATK-HC05蓝牙串口模块作为通讯模块来控制主控中心与Android移动端的通讯，选择ATK-3.5寸TFTLCD显示模块来作为主控中心内环境状况的显示，各模块的具体使用在接下来进行概述。

　　STM32系列嵌入式处理器是意法公司基于Cortex-M3专为高性能、低成本、低功耗、实时性强的嵌入式处理器。其增强型的72MHz处理频率继续广泛使用在该公司的系列嵌入式处理器。使用的内存类型有最高64KB嵌入式静态随机储存器和最高256KB闪存[8]。采用LQFP100、LQFP64和LFBGA100三种不同的封装。虽然封装不同但是仍保持引脚排列一致性，开发人员结合STM32平台的设计理念，通过选择不同的产品来重新优化性能、改变引脚数量和改善存储器，这让模块化编程、提高开发效率、以最小的硬件变化来满足各种需求成为可能。因为其出色的芯片性能优势，所以STM32被广泛的应用于那些高性能且低功耗的控制器场合，比如：工业激光打印机、工业传感器控制之类的低功耗工业微控制器使用的场合;电子仪表和温度计以及其他工业用蓄电池供电所需要使用的低能耗微控制器使用的场合；对讲机、报警系统等的建筑和安防应用场合；家用电器、智能机器人、PC外设等的消费类电子场合。

　　此智能家居环境控制系统的主控中心选用的是正点原子出品的STM32F1战舰V3开发板搭建而成，该板搭载了STM32F103ZET6芯片。板内具有2个基本定时器、4个通用定时器、2个高级定时器、64KB静态随机储存器（SRAM）、512KBFLASH内存、1个EEPROM芯片，24C02，容量256字节。1个支持ALIENTEK蓝牙/GPS模块/MPU6050模块等的接口。1个标准的2.4/2.8/3.5寸LCD接口，支持触摸屏。1组5V和1组3.3V电源供应/接入口[9]-[10]等，具体如图2-1所示。

　　（1）开发板接口设计合理且丰富。内嵌十好几种标准接口，方便后期的模块化设计。可以方便的进行各种外设的开发，也特别适用于初学者的学习。

　　（2）开发板资源配置非常巧妙。可以几乎无任何障碍地配置板上的大多数资源，以满足不同条件下的使用。除晶振占用的IO口外，所有IO口都被开发板引出以方便我们进行开发，可以极大便利的进行扩展使用。最重要的是为免去频繁设置B0、B1的麻烦，开发板内置一键下载功能，仅通过1根USB线就可以轻易下载编译程序。

　　（3）板内资源十分充足。开发板自带高性能的STM32F103ZET6芯片，为满足大内存需求和大数据存储，开发板又外扩1兆字节静态随机储存器和16兆字节闪存。板内内置湿度传感器、温度传感器、红外感应器以及各种模块和接口，满足各种应用需求，方便我们测出环熊猫体育直播境状态。

　　（4）开发板内置DS0红色LED和DS1绿色LED，我们可以直接以这两个LED灯的状态来模拟家电的开和关，免去了我们外接电路的麻烦。

　　ATK-HC05模块，是正点原子公司设计的一款低功耗且性能高的单片机主从一体蓝牙模块，可以同各种带蓝牙功能的嵌入式智能终端进行配对[11]。比如移动手机、树莓派、电脑主机等等。该蓝牙串口模块主要使用蓝牙2.0协议，所有的2.0以上的蓝牙都可以向下兼容该蓝牙模块。兼容5V或3.3V单片机系统，非常便捷可用适用于各种开发场景。因为其外观的小巧，所以使用非常灵活。模块通过6个排针引脚与外部连接，模块外观如图2-2所示。

　　通过AT指令集可以十分轻松简单的控制ATK-HC05蓝牙串口模块所有功能。通过ATK-HC05蓝牙串口模块，以特别简洁的连接过程，非常轻松的实现单片机之间相互通信。需初次设通过AT指令设置好该模块的参数即可与其他设备进行连接使用。该模块的原理图如图2-3所示。

　　TFT-LCD即薄膜晶体管液晶显示器也被称为真彩液晶显示器。与传统的无源TN-LCD、STN-LCD的简单矩阵不同的是TFT-LCD液晶显示屏的每一个象素点上都有设置一个薄膜晶体管（TFT）。是因为这个TFT，当模块在非选通时的串扰可以轻松有效的克服。该串扰克服之后，就会使扫描线数不会干扰到显示液晶屏的静态特性，由此显示屏的成像质量可以得到很大的提高。

　　ATK-3.5寸TFTLCD显示模块支持65K色显示，16位线并口且自带触摸屏。其外观如图2-4所示。

　　该模块用自带显存总大小为172800（240*320*18/8）即18位模式（26万色）下的显存量的大显存ILI9341液晶控制器进行驱动。在16位模式下，该液晶控制器用RGB565格式存储颜色数据，所以我们在使用的时候可以直接对