基于【梁山派】智能环境检测+窗帘控制系统设计 - 嘉立创EDA开源硬件平台

#### 一、设计概述 随着人工智能逐渐普及，人们对智能家居的需求越来越大，智能家居越来越多出现在人们的生活当中，不仅给人们带来便捷和舒适的体验，帮人们提供专属的服务，由于手动窗帘需要手动进行操作，而且有一定的不便性，由于窗帘在比较靠上，所以添加烟雾传感器来避免危险的滞后，保障人员的安全性，因此设计出 基于【梁山派】智能环境检测+窗帘控制系统设计系统。 #### 二、系统组成及模块说明 ##### 1.整体介绍  ##### 2.各模块介绍 ###### （1）温湿度传感器 DHT11模块用于检测当前的温度、湿度。DHT11采用单总线协议，可将任意的IO口选作DHT11数据端口，但是注意的是DHT11的数据端口要接一个上拉电阻阻值可选(1k~10k)内即可或者让IO口上拉也可以（GD32F1系列的没有上拉这和功能）。本工程GD32通过PD2与DHT11相连。 端口连接如下： VDD --> 3.3V/5V DATA --> PD2 NC --> 悬空 GND --> GND  ###### （2）无线模块 ESP8266模块用于将传感器采集的数据进行上传和远程展示和控制。ESP8266通过串口跟GD32通信将ESP8266串口的TX和GD32的RX相连，再将ESP8266串口的RX和GD32的TX相连，两个串口是交叉相连才能通信，其中RST引脚是ESP8266的复位端口，通过给RST引脚持续20us的低电平即可实现ESP8266的复位。本工程GD32通过串口1和ESP相连， 32相连。 端口连接如下： VDD --> 3.3V RX --> PB11 TX --> PB10 RST --> PD5 GND --> GND  ###### （3）有害气体传感器 MQ-9B毒性传感器感知烟雾和有害气体，避免得知危险信息的滞后性。当与烟雾接触时，如果晶粒间界处的势垒收到烟雾的调至面变化，就会引起表面导电率的变化。利用这一点就可以获得这种烟雾存在的信息。烟雾浓度越大导电率越大，输出电阻越低，则输出的模拟信号就越大,由于MQ-9B模块D0为数字量、A0为模拟量，数字量比较简单只要获取D0的高低电平即可得知当前有没有烟雾。本工程GD32通过PC1连接A0、PC2连接MQ-2的D0既可以读取模拟量也可以读取数字量的数据。 端口连接如下： VDD --> 3.3V A0 --> PC1 D0 --> PC2 GND --> GND  ###### （4）语音模块 HLK-V20语音模块用于提供给用户友好的交互体验，HLK-V20支持150条本地指令离线识别，HLK-V20S支持50条本地指令离线识别,可自由定制唤醒词、命令词与应答播报词，具有丰富的外围接口。HLK-V20语音模块与GD32通过串口相互通信，与无线模块一样，只不过语音模块通过串口2与GD32连接通过指定的指令进行通信，其中还需要将语音模块的下载固件的端口B7B6引出来用于固件的下载。本工程GD32通过串口2和ESP相连。 HLK-V20语音模块固件创建和下载：http://voice.hlktech.com/yunSound/public/toWebLogout http://www.smartpi.cn/#/ 端口连接如下： VDD --> 5V B3 --> PA2 B2 --> PA3 GND --> GND  ###### （5）蜂鸣器模块 本工程采用有源自激型蜂鸣器：直流电源输入经过振荡系统的放大取样电路在谐振装置作用下产生声音信号，外围线路添加多个电阻和一个NPN三极管进行电流进行放大。只需要接上任意IO口即可。本工程GD32通过PD6与蜂鸣器相连. 端口连接如下： Buzzer --> PD6  ###### （6）光敏传感器 光敏电阻工作原理是基于内光电效应。光照愈强，阻值就愈低，随着光照强度的升高，电阻值迅速降低，亮电阻值可小至1KΩ以下。光敏电阻对光线十分敏感，其在无光照时，呈高阻状态。光敏电阻的特殊性能，随着科技的发展将得到极其广泛应用。我们通过读取光敏电阻的阻值就可以判断当前的光线强度了。本工程GD32通过端口复用ADC功能和光敏电阻相连。 端口连接如下： Light_ADC --> PF8  ###### （7）雨滴传感器 雨滴传感器是一种传感装置，主要用于检测是否下雨及雨量的大小，当雨滴传感器检测到雨滴时，其电阻值就会发生变化，我们可通过获取它的电阻值来判断是否有雨。本工程GD32通过端口复用ADC功能和雨滴传感器相连(因雨滴传感器一般放置在户外，本工程将以HC-XH端子引出，立创商城编号 C7429634）。 端口连接如下： Rain --> PF6  ###### （8）0.96OLED oled显示屏采用IIC通信协议。IIC通信引脚为有两个，一个时钟引脚SCL是OLED和GD32的同步引脚，一个SDA引脚为OLED和GD32的数据引脚，IIC不但节约引脚其通信速度快，是主流的通信方式。其作用主要显示板载传感器当前的状态和数据，方便调试和供用户查看。本工程GD32通过PA8和PC9连接OLED，选这两个引脚主要是IIC既可以通过软件模拟IIC时序也可以通过GD32自带的硬件IIC进行通信，这两个引脚可以使用硬件IIC进行通信。 端口连接如下： VDD --> 3.3V/5V SCL --> PA8 SDA --> PC9 GND --> GND  ###### （9）NEC红外接收 NEC协议采用脉冲间隔的方式编码每一位数据，用不同数据位的时间间隔来表示不同的逻辑位。与众多单总线IC的通信方式很相似。 NEC编码的载波频率为38KHz，对应的单脉冲周期约等于26.3us。 接收的第一个8位为地址码，第二个8位为地址反码，第三个8位为指令码，第四个8位为指令反码。 通过接收遥控器发送的红外光的时间来接收的数据，当接受到红外光就会拉低OUT引脚，GD32通过中断的方式接收数据即可。 本工程GD32通过PF7与红外接收的OUT引脚相连。  ###### （10）步进电机驱动 L9110S是一块直流电机驱动电路，该产品为电池供电的玩具、低压或电池供电的控制应用提供了一种集成直流马达驱动电路内部集成了采用MOS管设计的H桥驱动电路，主要应用于驱动通用直流电机。用于驱动窗帘电机的运转，两个驱动芯片驱动一个电机。本工程GD32通过PG12与A_FOR、PG10与A_BAK、PB9与B_FOR、PB6与B_BAK和电机芯片 电机采购链接：https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z09.2.0.0.4be02e8dpoBqfX&id=642594293054&_u=72t4uge55e33  ###### （11）12V 转 5V 这个电路可将直流12V转换成5V直流电，可直接给开发板供电，降压芯片采用LDO类型降压芯片，并添加二极管防止反向电压，还有一个开关用于控制通断。  ##### 3、重要代码 （1）工程目录：包含所有的外设文件  （2）主函数：主要对外设进行初始化，其中还进行连接WIFI和连接阿里云平台，主循环中对上传阿里云数据和读取雨滴光照、温湿度、红外接收进行定时读取，包括蜂鸣器的执行，定时功能主要是定时器7来提供时基。  （3）阿里云连接参数：WIFI.H中定义的是阿里云MQTT参数，WIFI_NAME为需要连接WIFI名称，WIFI_PASSWORD为连接WIFI密码，USER_NAME、USER_PASSWORD、ClientId、MQTTHostUrl、DeviceName在MQTT参数中。Topic中的DeviceName为MQTT参数中的参数，其他的为固定格式。  阿里云参数  （4）向阿里云发送数据函数：格式固定，只需要将参数传入到函数即可。  #### 四、完成情况及性能和参数 项目基本完成，WIFI模块定时向阿里云物联网平台发送数据，屏幕显示流畅，温湿度传感器大约16~18s采集一次数据，语音模块运行流畅，无指令错误或接收不到的情况，红外遥控操作顺畅，危险预警功能无错误率。 #### 五、总结 ##### 1、创新点 比起传统窗帘，本系统给用户提供多种不同的友好交互，自带危险预警功能，历史数据的存储和数据的直观显示，实现多功能为一体的方式，系统成本低廉、功能丰富、运行稳定的优点，适用于多种不同的群体的需求。 ##### 1、可扩展之处 项目中向外通信是ESP8266向阿里云平台通过MQTT协议传输数据，后续可通过微信小程序向用户展示和控制当前的状态和数据，微信是大众主流的社交和支付平台，通过设计出一款小程序端极大提高便捷性。 ##### 2、心得体会 在项目的初期，由于知识方面的欠缺，进度较慢，通过查看资料和咨询老师和学长，及时调整方案，花了一段时间学习相关知识，在此过程中我们理解到项目最重要的是抓住研究的主要问题，我体会最深的是要勤于思考，要善于从不同角度分析问题，查找参考文献和教程，要找到创新方向不断地努力思考，一步步通过实践来论证实验的可行性。在项目中我们不断锻炼自己的技术能力和提高我们知识储量。 #### 六、参考文档及视频教程 立创哔哩哔哩：https://space.bilibili.com/3493269579237436?spm_id_from=333.337.0.0 立创开源广场：https://oshwhub.com/ 移植手册：https://lceda001.feishu.cn/wiki/Yl6mwgNQiiwolrkqBbscxk45nFb ESP8266教程：https://www.bilibili.com/video/BV15g411e7ct/?spm_id_from=333.337.search-card.all.click