基于STM32和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計的室內(nèi)寵物監(jiān)護系統(tǒng)

1. 項目開發(fā)背景

隨著科技的不斷進步，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)逐漸滲透到生活中的各個方面，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，寵物主人通常無法全天候陪伴寵物，容易忽略寵物的日?；顒?、健康狀況及生活環(huán)境的變化。為了幫助寵物主人隨時監(jiān)控寵物的生活狀態(tài)，保證寵物的健康和安全，我們設(shè)計了一款基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的室內(nèi)寵物監(jiān)護系統(tǒng)。

本項目旨在通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實時監(jiān)測寵物生活環(huán)境中的溫濕度、光照、通風(fēng)情況、煙霧檢測等參數(shù)，并且能夠?qū)崟r監(jiān)控寵物的活動情況，同時上傳數(shù)據(jù)至云端，便于主人通過手機APP查看寵物的狀態(tài)，方便在寵物出現(xiàn)異常時及時發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)措施。

2. 設(shè)計實現(xiàn)的功能

本項目主要包括以下功能模塊：

1. 環(huán)境監(jiān)控：
   • 溫濕度監(jiān)測：通過傳感器實時監(jiān)測室內(nèi)溫濕度，確保寵物生活環(huán)境舒適。
   • 光照控制：根據(jù)實時光照情況調(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)測空氣質(zhì)量，當(dāng)室內(nèi)空氣不流通時自動開啟通風(fēng)系統(tǒng)。
   • 煙霧檢測：實時監(jiān)測室內(nèi)煙霧濃度，避免火災(zāi)發(fā)生，確保寵物安全。
2. 寵物活動監(jiān)控：
   • 寵物活動檢測：通過傳感器檢測寵物的活動情況，包括運動、靜止等狀態(tài)。
   • 實時視頻監(jiān)控：通過攝像頭實時監(jiān)控寵物的活動，并上傳至云端，供主人查看。
   • 數(shù)據(jù)存儲：保存寵物每天的活動數(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：將實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)（如溫濕度、光照、煙霧、寵物活動數(shù)據(jù)等）通過Wi-Fi上傳至OneNet物聯(lián)網(wǎng)平臺。
   • 數(shù)據(jù)查看：寵物主人可以通過OneNet平臺查看寵物的生活環(huán)境數(shù)據(jù)以及活動數(shù)據(jù)。
4. 手機APP查看寵物狀態(tài)：
   • 通過手機APP，寵物主人可以隨時查看寵物的狀態(tài)、環(huán)境數(shù)據(jù)、寵物活動信息等。
   • 可以設(shè)置閾值，接收環(huán)境數(shù)據(jù)異?；?qū)櫸锂惓５木瘓笸ㄖ?/li>

3. 項目硬件模塊組成

本項目的硬件部分基于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、運動傳感器、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)的無線通信能力，通過Wi-Fi將數(shù)據(jù)上傳至OneNet云平臺。
3. DHT22溫濕度傳感器：用于檢測室內(nèi)的溫濕度，確保環(huán)境適宜寵物生活。
4. BH1750光照傳感器：用于檢測室內(nèi)的光照強度，調(diào)節(jié)光照設(shè)備提供合適的光照。
5. MQ-2煙霧傳感器：用于檢測煙霧濃度，實時監(jiān)測室內(nèi)是否有火情發(fā)生。
6. PIR傳感器：用于檢測寵物的活動狀態(tài)，通過檢測寵物的運動情況來判斷其行為。
7. 攝像頭模塊：用于實時監(jiān)控寵物活動，提供視頻畫面上傳至云端。
8. 蜂鳴器：用于報警，提醒主人寵物或環(huán)境狀態(tài)異常。
9. 電動風(fēng)扇：用于室內(nèi)通風(fēng)，當(dāng)空氣質(zhì)量差時自動開啟。

4. 設(shè)計思路

本項目的設(shè)計思路基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將各種傳感器與控制模塊通過STM32F103RCT6單片機進行集成，通過ESP8266模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳到云端，通過手機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)計流程：

1. 環(huán)境監(jiān)測與控制：
   • 使用DHT22溫濕度傳感器、BH1750光照傳感器、MQ-2煙霧傳感器實時監(jiān)測環(huán)境的溫濕度、光照強度和煙霧濃度。
   • 當(dāng)溫度過高或濕度過低時，系統(tǒng)通過STM32控制風(fēng)扇和其他設(shè)備進行調(diào)節(jié)，保證寵物的舒適生活環(huán)境。
2. 寵物活動監(jiān)控：
   • 使用PIR傳感器檢測寵物活動，當(dāng)檢測到寵物活動時，攝像頭開始工作，實時拍攝寵物的活動情況。
   • 通過視頻監(jiān)控，主人可以隨時查看寵物的活動情況。
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)和寵物活動數(shù)據(jù)通過ESP8266模塊上傳至OneNet云平臺，保證寵物主人隨時可以通過APP查看數(shù)據(jù)。
4. 異常報警與通知：
   • 當(dāng)環(huán)境中的溫濕度、光照、煙霧等數(shù)據(jù)超過設(shè)定閾值時，系統(tǒng)會自動報警，并通過蜂鳴器發(fā)出聲音警報，同時將警報信息發(fā)送到寵物主人的手機。

5. 系統(tǒng)功能總結(jié)

6. 技術(shù)方案

1. 硬件平臺：
   • 主控芯片：STM32F103RCT6
   • 無線通信模塊：ESP8266
   • 溫濕度傳感器：DHT22
   • 光照傳感器：BH1750
   • 煙霧傳感器：MQ-2
   • 寵物活動傳感器：PIR
   • 攝像頭模塊：OV7670等
   • 環(huán)境控制：電動風(fēng)扇、蜂鳴器等
2. 軟件平臺：
   • 主控軟件：基于STM32CubeMX和HAL庫開發(fā)的嵌入式程序
   • 云平臺：OneNet物聯(lián)網(wǎng)平臺
   • 手機APP：基于React Native或Flutter開發(fā)的跨平臺APP
3. 數(shù)據(jù)處理與上傳：
   • 通過ESP8266模塊將實時數(shù)據(jù)通過HTTP或MQTT協(xié)議上傳至OneNet云平臺。
   • 云平臺提供數(shù)據(jù)可視化功能，用戶可以查看實時數(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、I2C、SPI等，適合本項目的各種控制和數(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量精度，適用于家庭環(huán)境監(jiān)測。
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度數(shù)據(jù)，適用于室內(nèi)光照監(jiān)測。

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傳感器用于檢測紅外輻射，能夠判斷寵物的活動情況，適用于寵物活動監(jiān)測。

8. 預(yù)期成果

1. 成功實現(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)測功能。
2. 實現(xiàn)寵物活動的實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)上傳功能。
3. 通過OneNet平臺成功上傳數(shù)據(jù)，并能夠在手機APP中查看寵物及環(huán)境數(shù)據(jù)。
4. 系統(tǒng)能夠?qū)崟r報警，確保寵物的安全和環(huán)境的舒適性。

9. 總結(jié)

本項目設(shè)計了一個基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的室內(nèi)寵物監(jiān)護系統(tǒng)，通過實時監(jiān)測環(huán)境數(shù)據(jù)和寵物活動，保證寵物生活環(huán)境的舒適性與安全性。通過使用STM32F103RCT6作為主控芯片，ESP8266模塊提供Wi-Fi功能，系統(tǒng)能夠?qū)崟r采集數(shù)據(jù)并上傳至OneNet云平臺。寵物主人可以通過手機APP隨時查看寵物的生活狀態(tài)和環(huán)境變化，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，確保寵物的健康與安全。

10. STM32代碼設(shè)計

本代碼包括：

1. 初始化外部硬件（傳感器、Wi-Fi模塊等）。
2. 通過 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。
4. 實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)控和寵物活動檢測。

以下是 main.c 的代碼：

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

#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");
    }

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

// 環(huán)境監(jiān)控及控制
void Environment_Control(void) {
    // 如果溫度過高，啟動風(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
    }

    // 如果濕度過高，可以啟動除濕設(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");
    }

    // 如果煙霧濃度過高，報警
    if (smoke_level > 200) { //  200 為煙霧報警閾值
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET);  // 啟動蜂鳴器
    } 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();

    // 無限循環(huán)進行傳感器數(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();
        
    }
}

代碼說明：

1. 系統(tǒng)初始化：通過 System_Init() 函數(shù)初始化 STM32 的外設(shè)（GPIO, UART, I2C, SPI, 定時器等），并初始化各個傳感器和 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)和寵物活動信息通過 ESP8266 模塊上傳至 OneNet 云平臺。
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)上傳的基本實現(xiàn)。