基于STM32的智能家居灯光控制系统

news2024/11/22 9:41:59

1. 引言

随着智能家居技术的发展，灯光控制系统在提升家居生活品质方面起着重要作用。本文将介绍如何使用STM32微控制器设计和实现一个智能家居灯光控制系统，通过WiFi模块实现远程控制灯光的开关和亮度调节。

2. 环境准备工作

硬件准备

STM32开发板（例如STM32F103C8T6）
LED灯（可调光）
WiFi模块（例如ESP8266）
面包板和连接线
USB下载线

软件安装与配置

Keil uVision：用于编写、编译和调试代码。
STM32CubeMX：用于配置STM32微控制器的引脚和外设。
ST-Link Utility：用于将编译好的代码下载到STM32开发板中。

步骤：

下载并安装Keil uVision。
下载并安装STM32CubeMX。
下载并安装ST-Link Utility。

3. 系统设计

系统架构

智能家居灯光控制系统的基本工作原理是通过STM32微控制器控制LED灯的开关和亮度，并通过WiFi模块实现远程控制。系统包括灯光控制模块和WiFi通信模块。

硬件连接

将LED灯的正极连接到STM32的PWM输出引脚（例如PA0），负极连接到GND。
将ESP8266的VCC引脚连接到STM32的3.3V引脚，GND引脚连接到GND。
将ESP8266的TX引脚连接到STM32的RX引脚（例如PA2），RX引脚连接到STM32的TX引脚（例如PA3）。

4. 代码实现

初始化代码

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "usart.h"
#include "tim.h"
#include "wifi.h"

void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_USART2_UART_Init(void);
static void MX_TIM2_Init(void);

int main(void) {
  HAL_Init();
  SystemClock_Config();
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART2_UART_Init();
  MX_TIM2_Init();
  
  WiFi_Init();
  
  while (1) {
    // 主循环，处理灯光控制任务
    if (WiFi_ReceiveCommand() == COMMAND_ON) {
      HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
    } else if (WiFi_ReceiveCommand() == COMMAND_OFF) {
      HAL_TIM_PWM_Stop(&htim2, TIM_CHANNEL_1);
    } else if (WiFi_ReceiveCommand() == COMMAND_BRIGHTNESS) {
      int brightness = WiFi_GetBrightness();
      __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, brightness);
    }
  }
}

void SystemClock_Config(void) {
  // 配置系统时钟
}

static void MX_GPIO_Init(void) {
  // 初始化GPIO
  __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();
}

static void MX_USART2_UART_Init(void) {
  // 初始化USART2
  huart2.Instance = USART2;
  huart2.Init.BaudRate = 115200;
  huart2.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;
  huart2.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;
  huart2.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;
  huart2.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;
  huart2.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;
  huart2.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;
  if (HAL_UART_Init(&huart2) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }
}

static void MX_TIM2_Init(void) {
  // 初始化TIM2
  TIM_ClockConfigTypeDef sClockSourceConfig = {0};
  TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};
  TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};

  htim2.Instance = TIM2;
  htim2.Init.Prescaler = 7999;
  htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  htim2.Init.Period = 1000;
  htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
  if (HAL_TIM_Base_Init(&htim2) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }
  sClockSourceConfig.ClockSource = TIM_CLOCKSOURCE_INTERNAL;
  if (HAL_TIM_ConfigClockSource(&htim2, &sClockSourceConfig) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }
  if (HAL_TIM_PWM_Init(&htim2) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }
  sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
  sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
  if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim2, &sMasterConfig) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }
  sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
  sConfigOC.Pulse = 0;
  sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
  sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
  if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim2, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK) {
    Error_Handler();
  }
  HAL_TIM_MspPostInit(&htim2);
}

灯光控制代码

#include "wifi.h"
#include "usart.h"

#define COMMAND_ON 1
#define COMMAND_OFF 2
#define COMMAND_BRIGHTNESS 3

void WiFi_Init(void) {
  // 初始化WiFi模块
  HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*)"AT+RST\r\n", strlen("AT+RST\r\n"), HAL_MAX_DELAY);
  HAL_Delay(1000);
  HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*)"AT+CWMODE=1\r\n", strlen("AT+CWMODE=1\r\n"), HAL_MAX_DELAY);
  HAL_Delay(1000);
  HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*)"AT+CWJAP=\"SSID\",\"PASSWORD\"\r\n", strlen("AT+CWJAP=\"SSID\",\"PASSWORD\"\r\n"), HAL_MAX_DELAY);
  HAL_Delay(5000);
  HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*)"AT+CIPMUX=0\r\n", strlen("AT+CIPMUX=0\r\n"), HAL_MAX_DELAY);
  HAL_Delay(1000);
  HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*)"AT+CIPSTART=\"TCP\",\"192.168.1.100\",8080\r\n", strlen("AT+CIPSTART=\"TCP\",\"192.168.1.100\",8080\r\n"), HAL_MAX_DELAY);
  HAL_Delay(1000);
}

int WiFi_ReceiveCommand(void) {
  // 接收WiFi命令
  uint8_t rxBuffer[10];
  HAL_UART_Receive(&huart2, rxBuffer, sizeof(rxBuffer), HAL_MAX_DELAY);
  
  if (strstr((char*)rxBuffer, "ON")) {
    return COMMAND_ON;
  } else if (strstr((char*)rxBuffer, "OFF")) {
    return COMMAND_OFF;
  } else if (strstr((char*)rxBuffer, "BRIGHTNESS")) {
    return COMMAND_BRIGHTNESS;
  }
  
  return 0;
}

int WiFi_GetBrightness(void) {
  // 获取亮度值
  uint8_t rxBuffer[10];
  HAL_UART_Receive(&huart2, rxBuffer, sizeof(rxBuffer), HAL_MAX_DELAY);
  
  int brightness = atoi((char*)rxBuffer);
  return brightness;
}