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基于STM32和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)的室內(nèi)寵物監(jiān)護(hù)系統(tǒng)

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1. 項(xiàng)目開(kāi)發(fā)背景

隨著科技的不斷進(jìn)步,物聯(lián)網(wǎng)(IoT)技術(shù)逐漸滲透到生活中的各個(gè)方面,尤其在智能家居領(lǐng)域,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不僅提高了家居設(shè)備的智能化程度,還提高了生活質(zhì)量。寵物是許多人家庭中的重要成員,尤其在現(xiàn)代快節(jié)奏的生活中,寵物主人通常無(wú)法全天候陪伴寵物,容易忽略寵物的日?;顒?dòng)、健康狀況及生活環(huán)境的變化。為了幫助寵物主人隨時(shí)監(jiān)控寵物的生活狀態(tài),保證寵物的健康和安全,我們?cè)O(shè)計(jì)了一款基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的室內(nèi)寵物監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。

本項(xiàng)目旨在通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)寵物生活環(huán)境中的溫濕度、光照、通風(fēng)情況、煙霧檢測(cè)等參數(shù),并且能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控寵物的活動(dòng)情況,同時(shí)上傳數(shù)據(jù)至云端,便于主人通過(guò)手機(jī)APP查看寵物的狀態(tài),方便在寵物出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)措施。

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2. 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能

本項(xiàng)目主要包括以下功能模塊:

  1. 環(huán)境監(jiān)控
    • 溫濕度監(jiān)測(cè):通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)溫濕度,確保寵物生活環(huán)境舒適。
    • 光照控制:根據(jù)實(shí)時(shí)光照情況調(diào)節(jié)室內(nèi)光照,提供合適的環(huán)境光線。
    • 通風(fēng)控制:監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量,當(dāng)室內(nèi)空氣不流通時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟通風(fēng)系統(tǒng)。
    • 煙霧檢測(cè):實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)煙霧濃度,避免火災(zāi)發(fā)生,確保寵物安全。
  2. 寵物活動(dòng)監(jiān)控
    • 寵物活動(dòng)檢測(cè):通過(guò)傳感器檢測(cè)寵物的活動(dòng)情況,包括運(yùn)動(dòng)、靜止等狀態(tài)。
    • 實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控:通過(guò)攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)控寵物的活動(dòng),并上傳至云端,供主人查看。
    • 數(shù)據(jù)存儲(chǔ):保存寵物每天的活動(dòng)數(shù)據(jù),幫助主人了解寵物的日常行為。
  3. 數(shù)據(jù)上傳與云端管理
    • 數(shù)據(jù)上傳:將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)(如溫濕度、光照、煙霧、寵物活動(dòng)數(shù)據(jù)等)通過(guò)Wi-Fi上傳至OneNet物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)。
    • 數(shù)據(jù)查看:寵物主人可以通過(guò)OneNet平臺(tái)查看寵物的生活環(huán)境數(shù)據(jù)以及活動(dòng)數(shù)據(jù)。
  4. 手機(jī)APP查看寵物狀態(tài)
    • 通過(guò)手機(jī)APP,寵物主人可以隨時(shí)查看寵物的狀態(tài)、環(huán)境數(shù)據(jù)、寵物活動(dòng)信息等。
    • 可以設(shè)置閾值,接收環(huán)境數(shù)據(jù)異常或?qū)櫸锂惓5木瘓?bào)通知。

3. 項(xiàng)目硬件模塊組成

本項(xiàng)目的硬件部分基于STM32F103RCT6作為主控芯片,采用ESP8266模塊提供Wi-Fi功能,其他外設(shè)包括溫濕度傳感器、光照傳感器、煙霧傳感器、運(yùn)動(dòng)傳感器、攝像頭等。

  1. STM32F103RCT6:作為系統(tǒng)的主控芯片,負(fù)責(zé)系統(tǒng)的控制與數(shù)據(jù)采集,處理傳感器輸入并控制設(shè)備輸出。
  2. ESP8266 Wi-Fi模塊:提供系統(tǒng)的無(wú)線通信能力,通過(guò)Wi-Fi將數(shù)據(jù)上傳至OneNet云平臺(tái)。
  3. DHT22溫濕度傳感器:用于檢測(cè)室內(nèi)的溫濕度,確保環(huán)境適宜寵物生活。
  4. BH1750光照傳感器:用于檢測(cè)室內(nèi)的光照強(qiáng)度,調(diào)節(jié)光照設(shè)備提供合適的光照。
  5. MQ-2煙霧傳感器:用于檢測(cè)煙霧濃度,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)是否有火情發(fā)生。
  6. PIR傳感器:用于檢測(cè)寵物的活動(dòng)狀態(tài),通過(guò)檢測(cè)寵物的運(yùn)動(dòng)情況來(lái)判斷其行為。
  7. 攝像頭模塊:用于實(shí)時(shí)監(jiān)控寵物活動(dòng),提供視頻畫(huà)面上傳至云端。
  8. 蜂鳴器:用于報(bào)警,提醒主人寵物或環(huán)境狀態(tài)異常。
  9. 電動(dòng)風(fēng)扇:用于室內(nèi)通風(fēng),當(dāng)空氣質(zhì)量差時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟。

4. 設(shè)計(jì)思路

本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思路基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),將各種傳感器與控制模塊通過(guò)STM32F103RCT6單片機(jī)進(jìn)行集成,通過(guò)ESP8266模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳到云端,通過(guò)手機(jī)APP讓寵物主人能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控寵物及其生活環(huán)境。

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)流程:
  1. 環(huán)境監(jiān)測(cè)與控制
    • 使用DHT22溫濕度傳感器、BH1750光照傳感器、MQ-2煙霧傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境的溫濕度、光照強(qiáng)度和煙霧濃度。
    • 當(dāng)溫度過(guò)高或濕度過(guò)低時(shí),系統(tǒng)通過(guò)STM32控制風(fēng)扇和其他設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié),保證寵物的舒適生活環(huán)境。
  2. 寵物活動(dòng)監(jiān)控
    • 使用PIR傳感器檢測(cè)寵物活動(dòng),當(dāng)檢測(cè)到寵物活動(dòng)時(shí),攝像頭開(kāi)始工作,實(shí)時(shí)拍攝寵物的活動(dòng)情況。
    • 通過(guò)視頻監(jiān)控,主人可以隨時(shí)查看寵物的活動(dòng)情況。
  3. 數(shù)據(jù)上傳與云端監(jiān)控
    • 所有采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)和寵物活動(dòng)數(shù)據(jù)通過(guò)ESP8266模塊上傳至OneNet云平臺(tái),保證寵物主人隨時(shí)可以通過(guò)APP查看數(shù)據(jù)。
  4. 異常報(bào)警與通知
    • 當(dāng)環(huán)境中的溫濕度、光照、煙霧等數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定閾值時(shí),系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警,并通過(guò)蜂鳴器發(fā)出聲音警報(bào),同時(shí)將警報(bào)信息發(fā)送到寵物主人的手機(jī)。

5. 系統(tǒng)功能總結(jié)

功能模塊 描述
溫濕度監(jiān)控 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)寵物生活環(huán)境的溫濕度,保證環(huán)境適宜寵物生活。
光照控制 根據(jù)室內(nèi)光照強(qiáng)度自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)燈光,保持合適的光照強(qiáng)度。
煙霧監(jiān)控 檢測(cè)煙霧濃度,及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情并進(jìn)行報(bào)警,確保寵物的安全。
寵物活動(dòng)監(jiān)控 通過(guò)PIR傳感器檢測(cè)寵物活動(dòng),攝像頭進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,方便主人查看寵物狀態(tài)。
數(shù)據(jù)上傳 實(shí)時(shí)上傳環(huán)境數(shù)據(jù)與寵物活動(dòng)數(shù)據(jù)至OneNet云平臺(tái)。
云端查看 寵物主人可通過(guò)OneNet平臺(tái)查看寵物的活動(dòng)數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)和折線圖。
手機(jī)APP監(jiān)控 寵物主人可以通過(guò)APP查看數(shù)據(jù)、設(shè)置閾值并接收警報(bào)通知。

6. 技術(shù)方案

  1. 硬件平臺(tái)
    • 主控芯片:STM32F103RCT6
    • 無(wú)線通信模塊:ESP8266
    • 溫濕度傳感器:DHT22
    • 光照傳感器:BH1750
    • 煙霧傳感器:MQ-2
    • 寵物活動(dòng)傳感器:PIR
    • 攝像頭模塊:OV7670等
    • 環(huán)境控制:電動(dòng)風(fēng)扇、蜂鳴器等
  2. 軟件平臺(tái)
    • 主控軟件:基于STM32CubeMX和HAL庫(kù)開(kāi)發(fā)的嵌入式程序
    • 云平臺(tái):OneNet物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)
    • 手機(jī)APP:基于React Native或Flutter開(kāi)發(fā)的跨平臺(tái)APP
  3. 數(shù)據(jù)處理與上傳
    • 通過(guò)ESP8266模塊將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)HTTP或MQTT協(xié)議上傳至OneNet云平臺(tái)。
    • 云平臺(tái)提供數(shù)據(jù)可視化功能,用戶可以查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。

7. 使用的模塊的技術(shù)詳情介紹

  1. STM32F103RCT6
    • STM32F103RCT6是一個(gè)高性能的32位ARM Cortex-M3內(nèi)核微控制器,具有豐富的外設(shè)接口,如GPIO、USART、I2CSPI等,適合本項(xiàng)目的各種控制和數(shù)據(jù)采集任務(wù)。
  2. ESP8266 Wi-Fi模塊
    • ESP8266是一個(gè)低功耗、低成本的Wi-Fi模塊,支持Wi-Fi功能,能夠?qū)⒃O(shè)備連接到云端,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳和遠(yuǎn)程控制。
  3. DHT22溫濕度傳感器
    • DHT22是一款高精度的溫濕度傳感器,具有較大的量程和較高的測(cè)量精度,適用于家庭環(huán)境監(jiān)測(cè)。
  4. BH1750光照傳感器
  • BH1750是一款數(shù)字式的光照傳感器,可以提供精確的光照強(qiáng)度數(shù)據(jù),適用于室內(nèi)光照監(jiān)測(cè)。
  1. MQ-2煙霧傳感器
    • MQ-2煙霧傳感器具有較高的靈敏度,可以檢測(cè)到空氣中的煙霧、甲烷等氣體,適用于火災(zāi)預(yù)警。
  2. PIR傳感器
    • PIR傳感器用于檢測(cè)紅外輻射,能夠判斷寵物的活動(dòng)情況,適用于寵物活動(dòng)監(jiān)測(cè)。

8. 預(yù)期成果

  1. 成功實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)控與控制系統(tǒng),包括溫濕度、光照和煙霧監(jiān)測(cè)功能。
  2. 實(shí)現(xiàn)寵物活動(dòng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)上傳功能。
  3. 通過(guò)OneNet平臺(tái)成功上傳數(shù)據(jù),并能夠在手機(jī)APP中查看寵物及環(huán)境數(shù)據(jù)。
  4. 系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)報(bào)警,確保寵物的安全和環(huán)境的舒適性。

9. 總結(jié)

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的室內(nèi)寵物監(jiān)護(hù)系統(tǒng),通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境數(shù)據(jù)和寵物活動(dòng),保證寵物生活環(huán)境的舒適性與安全性。通過(guò)使用STM32F103RCT6作為主控芯片,ESP8266模塊提供Wi-Fi功能,系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集數(shù)據(jù)并上傳至OneNet云平臺(tái)。寵物主人可以通過(guò)手機(jī)APP隨時(shí)查看寵物的生活狀態(tài)和環(huán)境變化,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控,確保寵物的健康與安全。

10. STM32代碼設(shè)計(jì)

本代碼包括:

  1. 初始化外部硬件(傳感器、Wi-Fi模塊等)。
  2. 通過(guò) STM32F103RCT6 主控芯片采集傳感器數(shù)據(jù)。
  3. 使用 ESP8266 Wi-Fi 模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到 OneNet 云平臺(tái)。
  4. 實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)控和寵物活動(dòng)檢測(cè)。

以下是 main.c 的代碼:

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "string.h"
#include "stdio.h"
#include "dht22.h"  // 有一個(gè) DHT22 傳感器的驅(qū)動(dòng)
#include "bh1750.h" // 有一個(gè) BH1750 傳感器的驅(qū)動(dòng)
#include "mq2.h"    // 有一個(gè) MQ2 煙霧傳感器的驅(qū)動(dòng)
#include "esp8266.h" // 有 ESP8266 模塊的驅(qū)動(dòng)
#include "pwm.h"     // 有控制風(fēng)扇的 PWM 驅(qū)動(dòng)

#define TEMP_THRESHOLD 30.0f // 溫度閾值
#define HUMID_THRESHOLD 60.0f // 濕度閾值

UART_HandleTypeDef huart1;
I2C_HandleTypeDef hi2c1;
SPI_HandleTypeDef hspi1;
TIM_HandleTypeDef htim2;

// 外部傳感器接口
DHT22_HandleTypeDef hDHT22;
BH1750_HandleTypeDef hBH1750;
MQ2_HandleTypeDef hMQ2;
PIR_HandleTypeDef hPIR;
ESP8266_HandleTypeDef hESP8266;

float temperature, humidity, light_level, smoke_level;
uint8_t pet_activity_detected = 0;

// 初始化外設(shè)
void System_Init(void) {
    HAL_Init();
    // 初始化 GPIO, UART, I2C, SPI, 定時(shí)器等外設(shè)
    MX_GPIO_Init();
    MX_USART1_UART_Init();
    MX_I2C1_Init();
    MX_SPI1_Init();
    MX_TIM2_Init();
    
    // 初始化傳感器
    DHT22_Init(&hDHT22);
    BH1750_Init(&hBH1750);
    MQ2_Init(&hMQ2);
    PIR_Init(&hPIR);
    
    // 初始化 ESP8266
    ESP8266_Init(&hESP8266, &huart1);
    
    // 初始化 PWM 控制風(fēng)扇
    PWM_Init(&htim2);
}

// 獲取傳感器數(shù)據(jù)
void Get_Sensor_Data(void) {
    // 獲取溫濕度
    if (DHT22_Read(&hDHT22, &temperature, &humidity) != HAL_OK) {
        printf("DHT22 Read Errorrn");
    }

    // 獲取光照強(qiáng)度
    if (BH1750_Read(&hBH1750, &light_level) != HAL_OK) {
        printf("BH1750 Read Errorrn");
    }

    // 獲取煙霧濃度
    if (MQ2_Read(&hMQ2, &smoke_level) != HAL_OK) {
        printf("MQ2 Read Errorrn");
    }

    // 獲取寵物活動(dòng)檢測(cè)
    pet_activity_detected = PIR_Read(&hPIR);
}

// 環(huán)境監(jiān)控及控制
void Environment_Control(void) {
    // 如果溫度過(guò)高,啟動(dòng)風(fēng)扇
    if (temperature > TEMP_THRESHOLD) {
        PWM_SetDutyCycle(&htim2, 100); // 設(shè)置最大風(fēng)扇轉(zhuǎn)速
    } else {
        PWM_SetDutyCycle(&htim2, 0);   // 關(guān)閉風(fēng)扇
    }

    // 如果濕度過(guò)高,可以啟動(dòng)除濕設(shè)備(此處省略除濕設(shè)備控制代碼)
    if (humidity > HUMID_THRESHOLD) {
        printf("Humidity is too high, turn on dehumidifierrn");
    }

    // 如果煙霧濃度過(guò)高,報(bào)警
    if (smoke_level > 200) { //  200 為煙霧報(bào)警閾值
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET);  // 啟動(dòng)蜂鳴器
    } else {
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET); // 關(guān)閉蜂鳴器
    }
}

// 數(shù)據(jù)上傳到 OneNet
void Upload_Data_To_OneNet(void) {
    // 格式化數(shù)據(jù)并上傳
    char data[256];
    snprintf(data, sizeof(data), "{"temperature": %.2f, "humidity": %.2f, "light_level": %.2f, "smoke_level": %.2f, "pet_activity": %d}",
             temperature, humidity, light_level, smoke_level, pet_activity_detected);
    
    ESP8266_SendData(&hESP8266, data); // 發(fā)送數(shù)據(jù)到 OneNet
}

// 主函數(shù)
int main(void) {
    // 系統(tǒng)初始化
    System_Init();

    // 無(wú)限循環(huán)進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)采集與上傳
    while (1) {
        // 獲取傳感器數(shù)據(jù)
        Get_Sensor_Data();

        // 環(huán)境控制(風(fēng)扇、濕度、煙霧控制等)
        Environment_Control();

        // 上傳數(shù)據(jù)到 OneNet
        Upload_Data_To_OneNet();
        
    }
}

代碼說(shuō)明:

  1. 系統(tǒng)初始化:通過(guò) System_Init() 函數(shù)初始化 STM32 的外設(shè)(GPIO, UART, I2C, SPI, 定時(shí)器等),并初始化各個(gè)傳感器和 ESP8266 模塊。
  2. 傳感器數(shù)據(jù)采集Get_Sensor_Data() 函數(shù)負(fù)責(zé)從 DHT22、BH1750、MQ2 和 PIR 傳感器獲取環(huán)境數(shù)據(jù)和寵物活動(dòng)狀態(tài)。
  3. 環(huán)境控制Environment_Control() 函數(shù)根據(jù)溫度、濕度、煙霧等傳感器數(shù)據(jù)控制風(fēng)扇(PWM)、除濕設(shè)備和蜂鳴器。
  4. 數(shù)據(jù)上傳Upload_Data_To_OneNet() 函數(shù)將采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)和寵物活動(dòng)信息通過(guò) ESP8266 模塊上傳至 OneNet 云平臺(tái)。
  5. 主循環(huán)main() 函數(shù)是程序的主入口,不斷獲取傳感器數(shù)據(jù),進(jìn)行環(huán)境控制,并上傳數(shù)據(jù)。

總結(jié):

這段代碼展示了如何在 STM32F103RCT6 上進(jìn)行多傳感器數(shù)據(jù)采集、環(huán)境控制和物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)上傳的基本實(shí)現(xiàn)。

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意法半導(dǎo)體

意法半導(dǎo)體

意法半導(dǎo)體(ST)集團(tuán)于1987年6月成立,是由意大利的SGS微電子公司和法國(guó)Thomson半導(dǎo)體公司合并而成。1998年5月,SGS-THOMSON Microelectronics將公司名稱改為意法半導(dǎo)體有限公司。意法半導(dǎo)體是世界最大的半導(dǎo)體公司之一,公司銷(xiāo)售收入在半導(dǎo)體工業(yè)五大高速增長(zhǎng)市場(chǎng)之間分布均衡(五大市場(chǎng)占2007年銷(xiāo)售收入的百分比):通信(35%),消費(fèi)(17%),計(jì)算機(jī)(16%),汽車(chē)(16%),工業(yè)(16%)。 據(jù)最新的工業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),意法半導(dǎo)體是全球第五大半導(dǎo)體廠商,在很多市場(chǎng)居世界領(lǐng)先水平。例如,意法半導(dǎo)體是世界第一大專(zhuān)用模擬芯片和電源轉(zhuǎn)換芯片制造商,世界第一大工業(yè)半導(dǎo)體和機(jī)頂盒芯片供應(yīng)商,而且在分立器件、手機(jī)相機(jī)模塊和車(chē)用集成電路領(lǐng)域居世界前列.

意法半導(dǎo)體(ST)集團(tuán)于1987年6月成立,是由意大利的SGS微電子公司和法國(guó)Thomson半導(dǎo)體公司合并而成。1998年5月,SGS-THOMSON Microelectronics將公司名稱改為意法半導(dǎo)體有限公司。意法半導(dǎo)體是世界最大的半導(dǎo)體公司之一,公司銷(xiāo)售收入在半導(dǎo)體工業(yè)五大高速增長(zhǎng)市場(chǎng)之間分布均衡(五大市場(chǎng)占2007年銷(xiāo)售收入的百分比):通信(35%),消費(fèi)(17%),計(jì)算機(jī)(16%),汽車(chē)(16%),工業(yè)(16%)。 據(jù)最新的工業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),意法半導(dǎo)體是全球第五大半導(dǎo)體廠商,在很多市場(chǎng)居世界領(lǐng)先水平。例如,意法半導(dǎo)體是世界第一大專(zhuān)用模擬芯片和電源轉(zhuǎn)換芯片制造商,世界第一大工業(yè)半導(dǎo)體和機(jī)頂盒芯片供應(yīng)商,而且在分立器件、手機(jī)相機(jī)模塊和車(chē)用集成電路領(lǐng)域居世界前列.收起

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