基于语音控制的智能家居健康环境监测系统设计（有完整资料）

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编号：

T3762402M

设计简介：

本设计是基于语音控制的智能家居健康环境监测系统设计，主要实现以下功能：

1. 通过温湿度传感器检测环境温湿度，当湿度低于阈值自动打开加湿器，当温度高于阈值自动打开风扇
2. 通过烟雾传感器检测烟雾浓度，当烟雾超过阈值，自动打开风扇并报警
3. 通过光照传感器检测光照强度，当光照低于阈值，自动打开窗帘
4. 通过OLED可以显示温湿度、烟雾和光照强度
5. 手动模式可以通过按键或者语音控制LED灯、风扇、窗帘、加湿器的开关
6. 可以通过按键调节阈值的大小
7. 可以通过WiFi模块连接云平台，可以实现远程查看数据和控制

电源： 5V
传感器：温湿度传感器，光照传感器，烟雾传感器
显示屏：OLED12864
单片机：STM32F103C8T6
执行器：加湿器（N-MOS），风扇（N-MOS），步进电机），USB灯，蜂鸣器
人机交互：独立按键，WiFi模块），语音模块

标签：STM32、OLED12864、DHT11、光敏电阻、ESP8266、ULN2003、28BYJ-48-5V、N-MOS、SU-03T、MQ-2

题目扩展：基于物联网的智能家居控制系统、基于单片机的教室环境监测控制系统、基于STM32的智能卧室系统

基于 STM32 的语音控制智能家居健康环境监测系统设计

一、主控部分

核心：STM32 单片机

功能：获取输入数据、内部处理、控制输出

二、输入部分

1. 温湿度传感器模块：检测当前家居环境温湿度
2. 光敏电阻模块：检测当前家居环境光照强度
3. 语音模块：获取语音指令，用于控制相关设备
4. 烟雾传感器模块：检测当前家居环境烟雾浓度
5. 独立按键：用于切换界面、设置参数阈值、控制设备开关等操作
6. 供电电路：为整个语音控制智能家居健康环境监测系统供电

三、输出部分

1. OLED 显示模块：显示家居环境温湿度、烟雾浓度、光照强度及参数阈值设置界面等
2. MOS 管控制模块（两路）：分别控制风扇和加湿器的运行
3. 步进电机模块：模拟窗帘的开关动作，调节家居采光
4. WIFI 模块：通过 WIFI 网络将检测到的数据上传至手机，实现远程监控与设备控制
5. 蜂鸣器报警模块：当检测到家居环境数据（如温湿度、烟雾浓度）异常时，触发蜂鸣器报警提醒

第 5 章 实物调试

5.1 整体实物构成

该设计主要硬件包括 STM32F103C8T6 单片机作为主控，负责数据处理与指令控制；Type - c 口电源电路及相关辅助电路，为系统提供稳定电源；光敏电阻用于光照检测，将光照强度变化转化为电压信号供单片机采集；ULN2003 芯片与电机配合，实现对电机的驱动控制。

焊接流程方面，首先要准备好焊接工具，如电烙铁、焊锡丝等。先焊接单片机最小系统，将单片机准确放置在焊盘上，使用合适温度的电烙铁，先固定对角引脚，确保芯片位置准确后再焊接其余引脚。接着焊接电源电路，注意电容、电阻等元件的极性和参数，依次焊接好 Type - c 接口、电容、电阻等。焊接光照检测模块的光敏电阻及分压电阻时，保证引脚焊接牢固，避免虚焊。最后焊接电机驱动电路，焊接 ULN2003 芯片时要小心，防止引脚连锡，再连接好电机接口。

注意事项上，焊接前要仔细检查元件是否完好，确认型号、参数与设计相符。焊接过程中，严格控制电烙铁温度，避免温度过高损坏元件。对于芯片等精密元件，可使用低温焊锡，焊接时间不宜过长。要注意静电防护，可佩戴防静电手环，防止静电击穿元件。焊接完成后，仔细检查焊点，确保无虚焊、连锡等问题，再进行通电测试。整体实物如图 5-1 所示：

图 5-1 整体实物图

5.2 显示内容测试

这块电路板上的显示模块，主要用于呈现系统采集与处理后的关键信息。能实时显示温湿度传感器监测到的环境温湿度数据，让用户直观知晓室内气候情况；若有烟雾、光照强度等其他传感器，也会展示对应环境参数；还可显示设备控制状态，像风扇、加湿器等是否开启及工作模式（手动 / 自动），实现对家居环境监测与控制状态的集中可视化呈现。显示内容测试图如下图 5-2 所示。

图 5-2 显示内容测试图

5.3 按键和手机控制功能测试

该系统具备按键与手机双重控制功能。按键方面，不同按键承担特定任务：按键 1 用于切换显示界面；按键 2 在界面 1（温度阈值）、界面 2（湿度阈值）、界面 3（烟雾浓度阈值）、界面 4（光照强度阈值）时，分别实现对应阈值 +1 操作，还能在界面 0 手动开关窗帘；按键 3 在各界面下，对应实现温度、湿度、烟雾浓度、光照强度阈值 -1；按键 4 可提升风扇档位；按键 5 能增加灯光档位；按键 6 控制加湿器开关；按键 7 用于切换工作模式。手机端则可直观显示并远程调控灯、风扇档位，以及温度、湿度、烟雾、光照等阈值，二者协同，让用户便捷管理家居环境参数与设备状态。按键和手机控制功能测试如下图 5-3 所示：

图 5-3 按键和手机控制测试图

第 6 章 软件调试

6.1 软件介绍

Proteus 8.15 是一款由 Labcenter Electronics 开发的电子设计自动化（EDA）软件。它集电路仿真、PCB 设计和微控制器调试于一体，广泛应用于嵌入式系统开发等领域。

该软件拥有丰富元件库，包含超 50000 种元器件，支持模拟 / 数字电路协同仿真，集成逻辑分析仪等虚拟仪器。它还内置 8051、ARM 等微控制器模型，支持与 Keil 等编译器联调。

此外，Proteus 8.15 可实现从原理图到 PCB 的自动布局布线，并生成 3D 模型。其界面直观，支持工具栏和快捷键个性化定制，还提供电压探针等调试工具，方便用户分析电路行为。软件界面如图 6-1 所示：

图 6-1 软件界面图

6.2 显示内容测试

显示模块能够实时展示温湿度传感器所监测到的环境温湿度数值，使用户能直观了解室内的气候状况；要是有烟雾、光照强度等其他类型的传感器，也会同步显示相应的环境参数；同时，还可以呈现设备的控制状态，比如风扇、加湿器等设备是否处于开启状态，以及它们的工作模式是手动还是自动，从而实现对家居环境监测和控制状态的集中可视化展示。显示内容测试图如下图 6-2 所示。

图 6-2 显示内容测试图

6.3 阈值设置功能测试

阈值设置功能依托按键操作实现，当按键 2 被按下时，在界面 1 可使温度阈值加 1，界面 2 使湿度阈值加 1，界面 3 让烟雾浓度阈值加 1，界面 4 则是光照强度阈值加 1；而按键 3 被按下时，界面 1 能让温度阈值减 1，界面 2 使湿度阈值减 1，界面 3 让烟雾浓度阈值减 1，界面 4 令光强阈值减 1，以此来完成对温度、湿度、烟雾浓度以及光照强度这些不同环境参数阈值的增减调整，从而满足系统对不同环境状况的监测与控制需求。阈值设置功能测试如下图 6-3 所示：

图 6-3 阈值设置图