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基于STM32的智能家居环境监控系统设计

news 来源：原创 2025/7/20 8:50:06

引言
系统设计
1. 硬件设计
2. 软件设计
系统功能模块
1. 环境监控模块
2. 控制模块
3. 显示模块
系统实现
1. 硬件实现
2. 软件实现
系统调试与优化
结论与展望

1. 引言

随着智能家居技术的发展，环境监控系统已经成为家居管理的重要组成部分。智能家居环境监控系统通过实时监测室内温度、湿度、空气质量等多个环境参数，提供智能调节和报警功能，提升居住舒适度与安全性。本文设计了一款基于STM32的智能家居环境监控系统，该系统可以实时监控家庭环境的温湿度、空气质量，并通过显示屏显示数据，支持手动或自动调整家电设备以维持舒适的环境。

2. 系统设计

2.1 硬件设计

本系统的核心控制单元是STM32F103单片机，配合DHT11温湿度传感器、MQ-135空气质量传感器、LCD显示模块、继电器模块（用于控制家电设备）以及按钮输入模块组成。

主控芯片：STM32F103单片机，负责读取传感器数据，显示信息以及控制家电设备。
温湿度传感器：使用DHT11温湿度传感器监测室内的温度和湿度。
空气质量传感器：MQ-135传感器用于检测室内空气质量，识别有害气体浓度。
显示模块：16x2 LCD显示屏，用于实时显示温度、湿度和空气质量数据。
控制模块：通过继电器模块控制智能家电（如空调、加湿器、风扇等）的开关。
按钮模块：用于设置温度阈值或手动控制家电设备。

2.2 软件设计

软件设计主要包括传感器数据采集、数据处理、显示控制、自动调节和按钮输入等功能模块。

数据采集模块：实时读取温湿度传感器和空气质量传感器的数值。
数据处理模块：对采集到的温湿度、空气质量数据进行分析和判断，决定是否需要开启或关闭设备。
显示控制模块：通过LCD显示屏实时显示环境数据。
自动调节模块：根据用户设定的温湿度阈值自动开启空调或加湿器等设备。
手动控制模块：用户通过按钮手动控制家电设备的开关。

3. 系统功能模块

3.1 环境监控模块

环境监控模块通过传感器获取室内的温度、湿度和空气质量数据。DHT11温湿度传感器和MQ-135空气质量传感器将环境数据提供给STM32单片机。

// 读取温湿度数据
float read_temperature() {return DHT11_getTemperature(); // 返回温度值
}float read_humidity() {return DHT11_getHumidity(); // 返回湿度值
}// 读取空气质量数据
float read_air_quality() {return MQ135_getAirQuality(); // 返回空气质量数据
}

3.2 控制模块

控制模块用于根据读取的温湿度和空气质量数据，控制家电设备（如空调、加湿器和风扇等）的启停。通过继电器模块实现控制。

// 控制空调
void control_ac(float temperature, float humidity) {if (temperature > 25.0) {Relay_on(); // 开启空调} else {Relay_off(); // 关闭空调}
}// 控制加湿器
void control_humidifier(float humidity) {if (humidity < 40.0) {Relay_on(); // 开启加湿器} else {Relay_off(); // 关闭加湿器}
}

3.3 显示模块

显示模块通过LCD屏显示实时温湿度和空气质量数据，方便用户查看。

// 显示当前环境数据
void display_data(float temperature, float humidity, float air_quality) {lcd_clear();  // 清屏lcd_printf("Temp: %.2fC", temperature);lcd_set_cursor(1, 0);lcd_printf("Humidity: %.2f%%", humidity);lcd_set_cursor(2, 0);lcd_printf("Air Quality: %.2f", air_quality);
}

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4. 系统实现

4.1 硬件实现

硬件实现包括传感器模块的连接、电源模块的选择和继电器模块的控制。STM32F103通过GPIO控制继电器的开关状态，DHT11和MQ-135通过模拟或数字接口与STM32通信。

4.2 软件实现

软件部分使用HAL库来驱动硬件模块。系统周期性读取传感器数据并进行处理，根据设定阈值决定是否启动设备，同时实时更新显示。

5. 系统调试与优化

在系统调试阶段，首先确认各模块的独立功能是否正常工作，如传感器的正常读取，继电器的控制，以及LCD的显示。在调试过程中，进一步优化数据采集频率和控制逻辑，以减少误操作或误报。

6. 结论与展望

本文设计的基于STM32的智能家居环境监控系统能够实时监控室内环境，并根据温湿度和空气质量数据控制家电设备，极大提升了家庭环境的舒适度和安全性。未来可以扩展更多功能，如与智能手机APP结合、远程监控和语音控制等，为智能家居系统的普及和应用提供更多可能。

基于STM32的智能家居环境监控系统设计

目录引言系统设计硬件设计软件设计系统功能模块环境监控模块控制模块显示模块系统实现硬件实现软件实现系统调试与优化结论与展望 1. 引言随着智能家居技术的发展，环境监控系统已经成为家居管理的重要组成部分。智能家居环境监控系统通过实时监测室内温度、湿…...

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