这是基于物联网设计的语音和环境检测的控制系统，支持本地语音控制、支持云端远程控制，支持本地环境检测自动执行控制，根据环境检测结果控制相应的执行机构协作当光照低于一定程度（比如低于 5OLux)且有人在家里自动开灯，没人在家时自动关灯等等。
1. 前言
如今的智能家居越来越深入人心，越来越受人们的欢迎。智能家居作为与人们日常生活息息相关的科技智能产物，可以给我们的生活带来舒适便利。随着物联网、云计算、无线通信等新技术的发展，智能家居得到了快速发展，能让用户利用智能手机来控制家中的设备，实现远程控制、场景控制、联动控制和定时控制等功能。在安全防护上，智能家居安防系统则够在原来的基础上提供立体化防护，帮助用户时刻守护住宅安全，更符合人们的安全需求。节能减排方面的也有积极作用。比如说，智能家居照明系统，它充分利用了自然光的照明作用，自动调节灯具的亮度，在保证室内明亮度的同时，将能耗降到最低，而对于洗手间、储藏室等地方，更是做到了人来灯亮、人走灯灭，一方面方便了用户的日常生活，另一方面也能防止用户忘记及时关灯而造成浪费。
2. 设计要求总结
设计题目：基于物联网的语音和环境检测的智能家居控制系统设计
第一种：控制方式需经结合语音命令控制, 控制开关门、灯、电视、开关空调、开关电扇、开关窗帘等。
第二种：控制方式是基于环境检测自动执行控制,根据环境检测结果控制相应的执行机构协作，比如: 当光照低于一定程度（比如低于 5OLux)且有人在家里自动开灯，没人在家时自动关灯;如温度高于阈值并且有人在家时打开空调，没人在家时自动关闭等;如光照强度低于一定程度会自动关闭窗帘。电脑和手机 APP 两端云平台可以展示温湿度，光照等信息，还有各家居的状态，可以在云平台控制家居的开关，可以在云平台进行两种控制方式的切换。
技术选项总结：
（1）物联网平台采用华为云 IOT：华为云 IOT 是华为旗下的物联网开放平台。平台能够帮助开发者轻松实现设备接入与设备连接，快速完成产品开发部署，为智能硬件、智能家居产品提供完善的物联网解决方案。
（2）主控芯片采用：STM32F103C8T6
（3）语音控制芯片采用：LD3320 支持普通话识别。
（4）开关空调、开关风扇 采用继电器模拟：两个 1 路 5V 继电器控制
（5）开关窗帘采用步进电机模拟: 28BYJ4 步进电机模拟
（6）室内照明灯（卧室、客厅）：2 盏 3W 大功率 LED 灯模拟
（7）环境光检测检测：BH1750 数字传感器
（8）联网的 WIFI ：选择 ESP8266
（9）OLED 屏幕：模拟电视显示
（11）温湿度检测：DHT11 模块
其中：
（1）STM32 主控芯片、语音控制芯片 LD3320、室内照明大功率 LED 灯、环境光检测 BH1750、ESP8266-WIFI 通过排母插在 PCB 板子上。
（2）步进电机 UL2003 驱动板、继电器 使用排针外接。
上位机运行效果：
3. 硬件选型
3.1 STM32F103C8T6
STM32F103C8T6 是一款基于 ARM Cortex-M 内核 STM32 系列的 32 位的微控制器，程序存储器容量是 64KB，需要电压 2V~3.6V，工作温度为-40°C ~ 85°C。
3.2 语音识别模块: LD3320
3.3 ESP8266 -串口 WIFI
3.4 LED 灯-RGB 灯
3.5 3W 大功率 LED 灯
3.6 OLED 模块
3.7 步进电机模块
3.8 继电器模块
3.9 杜邦线(母对母)
3.10 红外寻迹/循迹模块
3.11 温湿度-DHT11
3.12 BH1750 光敏传感器
4. 华为云创建产品与设备
4.1 创建产品、配置产品模型
华为云官网: https://www.huaweicloud.com/在产品选项框里找到华为云的 IOT 产品。选择设备接入 IoTDA
设备接入 IoTDA:
https://www.huaweicloud.com/product/iothub.html
点击产品页面，先创建产品。产品一个项目的模型，产品下面可以创建多个具体的设备。
根据自己的实际产品信息填充。
创建成功。
查看产品的详情。
在详情页，创建产品的模型。这个产品的模型就是传感器数据的属性，根据自己上传的传感器数据实际创建。
创建自定义模型。
服务ID SmartHome 服务类型 SmartHome 服务描述 智能家居
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添加属性。
接来来根据自己设备的实际情况添加属性即可。
所有的属性创建完毕，属性的名字可以使用中文。但是要注意，设备上传时，中文数据的编码要正确，否则会乱码。
4.2 创建设备
接在在左边选项页面选择设备，创建一个设备。设备可以调用 API 在程序里自动创建也可以的。
地址: https://console.huaweicloud.com/iotdm/?region=cn-north-4#/dm-portal/device/all-device
单设备注册。
注册之后，保存设备信息，接下来生成 MQTT 参数需要。
{ "device_id": "62aead8b538e623c4287ef43_Smart_home_dev_1", "secret": "12345678"}
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5. MQTT 协议登录
5.1 MQTT 服务器地址信息
华为云物联网平台的域名是: a161a58a78.iot-mqtts.cn-north-4.myhuaweicloud.com
华为云物联网平台的IP地址是: 121.36.42.100
端口号是 1883
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5.1 MQTT 订阅主题，发布主题
帮助文档：https://support.huaweicloud.com/iothub/index.html
格式: $oc/devices/{device_id}/sys/messages/down//订阅主题: 平台下发消息给设备$oc/devices/62aead8b538e623c4287ef43_Smart_home_dev_1/sys/messages/down
格式: $oc/devices/{device_id}/sys/properties/report//设备上报数据$oc/devices/62aead8b538e623c4287ef43_Smart_home_dev_1/sys/properties/report
上属性的数据格式://上报的属性消息 (一次可以上报多个属性,在json里增加就行了){"services": [{"service_id": "SmartHome","properties":{"空调":1}}]}
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5.2 MQTT 参数生成
设备创建完成接来下生成 MQTT 登录账号、密匙，方便设备登录云端平台。
官网工具地址: https://iot-tool.obs-website.cn-north-4.myhuaweicloud.com/
ClientId 62aead8b538e623c4287ef43_Smart_home_dev_1_0_0_2022061905Username 62aead8b538e623c4287ef43_Smart_home_dev_1Password 1052c27bd7ccce57b316005a677f50291cf4a50fc90e0bb1c33dee6beda1ae53
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5.3 MQTT 客户端模拟登录测试
MQTT 客户端下载地址:
https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/18784012
在 MQTT 工具里填上 MQTT 的登录参数，主题发布、订阅信息进行登录测试。
然后打开设备页面，可以看到设备已经在线了。
并且在设备页面详情里可以看到刚才上传的数据。
主题发布时，一次可以上传多个状态。
例如:
{"services": [{"service_id": "SmartHome","properties":{"空调":1,"风扇":1,"电视":0,"卧室灯":1}}]}
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6. LD3320 语音识别模块编程
下载程序示例。 将开发板的串口通过 USB 转 TTL 模块连接电脑即可。
波特率是 9600，语音识别时，想要说小杰，唤醒语音识别，然后再说出指令，唤醒语音识别就，模块上有一个红色的 LED 灯会亮。
当前支持的指令如下：
小杰，开卧室灯小杰，关卧室灯小杰，开客厅灯小杰，关客厅灯小杰，打开电视小杰，关闭电视小杰，打开风扇小杰，关闭风扇小杰，打开窗帘小杰，关闭窗帘小杰，打开空调小杰，关闭空调
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7. STM32 设备端开发
7.1 程序下载
7.2 原理图
7.3 硬件接线
本设计的硬件接线说明:
（1）OLED显示屏接线:D0----(SCK)------------------->>PB14D1----(MOSI)------------------>>PB13RES—(复位脚低电平有效)-------->>PB12DC--(数据和命令控制管脚)------>>PB1CS--(片选引脚)---------------->>PA7GND--------------------------->>GNDVCC--------------------------->>3.3V或者5V
（2）ATK-ESP8266 WIFI接线PA2(TX)--RXD 模块接收脚PA3(RX)--TXD 模块发送脚GND---GND 地VCC---VCC 电源（3.3V~5.0V）
（3）LD3320语音识别模块接线说明GND----GNDVCC---3.3VPB11----LD3320语音模块_TXPB10----LD3320语音模块_RX
（4）开关空调：1路5V继电器控制PA6------LED
（5）开关风扇：1路5V继电器控制PA4------LED
（6）开关窗帘采用步进电机模拟: 28BYJ4步进电机模拟ULN2003接线: IN-D: PB5 d IN-C: PB4 c IN-B: PB3 b IN-A: PB2 a+ : 5V- : GND
（7）卧室照明灯：一盏3W大功率LED灯模拟PB8------LED
（8）客厅照明灯：一盏3W大功率LED灯模拟PB9------LED
（9）环境光检测检测：BH1750数字传感器SDA-----PB7SCL-----PB6GND---GND 地VCC---VCC 电源（3.3V~5.0V）
（10）温湿度传感器: DHT11VCC--VCCGND---GNDDAT---PA5
（11）红外寻迹/循迹模块VCC--3.3VGND---GNDDAT---PA8
（--）板载LED灯:低电平亮LED1--PC13 BEEP2--PC14
（--）板载按键: KEY1--PA0 按下为高电平
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7.4 核心代码
连接华为云服务器采用 ESP8266WIFI，加上 MQTT 协议实现数据通信。标准的 ESP8266 本身不带 MQTT 协议栈，也就是说 ESP8266 默认是没有 MQTT 协议相关的指令，不能直接通过指令连接 MQTT 服务器通信，但是也可以自己烧写第三方的 SDK，用于支持 MQTT 指令。 我这里的代码是自己实现的 MQTT 协议，包括我的其他物联网相关的文章里，只要用到 ESP8266 的都是自己写的 MQTT 协议，也就是在代码里实现了 MQTT 协议栈，使用 ESP8266 普通的 TCP 相关的指令就可以完成数据传输，不依赖于 ESP8266 的 SDK 版本，任何 ESP8266 都可以直接使用，为的就是方便移植，通用--通用-通用。
ESP82+STM32 实现的 MQTT 协议栈工程在这里，如果需要带完整 MQTT 协议工程的可以去这里下载。这份工程里实现了 ESP8266 与华为云 IOT 平台实现数据交互，数据通信，也就是登录、主题发布、订阅，心跳包等操作。https://download.csdn.net/download/xiaolong1126626497/58012912
#include "stm32f10x.h"#include "delay.h"#include "led.h"#include "key.h"#include "sys.h"#include "usart.h"#include <string.h>#include <stdlib.h>#include "timer.h"#include "oled.h"#include "fontdata.h"#include "esp8266.h"#include "app.h"#include "mqtt.h"#include "iic.h"#include "bh1750.h"#include "dht11.h"#include "motor.h"
/*本设计的硬件接线说明:
（1）OLED显示屏接线:D0----(SCK)------------------->>PB14D1----(MOSI)------------------>>PB13RES—(复位脚低电平有效)-------->>PB12DC--(数据和命令控制管脚)------>>PB1CS--(片选引脚)---------------->>PA7GND--------------------------->>GNDVCC--------------------------->>3.3V或者5V
（2）ATK-ESP8266 WIFI接线PA2(TX)--RXD 模块接收脚PA3(RX)--TXD 模块发送脚GND---GND 地VCC---VCC 电源（3.3V~5.0V）
（3）LD3320语音识别模块接线说明GND----GNDVCC---3.3VPB11----LD3320语音模块_TXPB10----LD3320语音模块_RX
（4）开关空调：1路5V继电器控制PA6------LED
（5）开关风扇：1路5V继电器控制PA4------LED
（6）开关窗帘采用步进电机模拟: 28BYJ4步进电机模拟ULN2003接线: IN-D: PB5 d IN-C: PB4 c IN-B: PB3 b IN-A: PB2 a+ : 5V- : GND
（7）卧室照明灯：一盏3W大功率LED灯模拟PB8------LED
（8）客厅照明灯：一盏3W大功率LED灯模拟PB9------LED
（9）环境光检测检测：BH1750数字传感器SDA-----PB7SCL-----PB6GND---GND 地VCC---VCC 电源（3.3V~5.0V）
（10）温湿度传感器: DHT11VCC--VCCGND---GNDDAT---PA5
（11）红外寻迹/循迹模块VCC--3.3VGND---GNDDAT---PA8
（--）板载LED灯:低电平亮LED1--PC13 BEEP2--PC14
（--）板载按键: KEY1--PA0 按下为高电平
*/
//物联网服务器的设备信息#define MQTT_ClientID "dev1"#define MQTT_UserName "507546"#define MQTT_PassWord "version=2018-10-31&res=products%2F507546%2Fdevices%2Fdev1&et=1680445911&method=md5&sign=qgaS0NCoxqSnIFZGL%2Fz81Q%3D%3D"
//订阅与发布的主题#define SET_TOPIC "$sys/507546/dev1/#" //订阅#define POST_TOPIC "$sys/507546/dev1/dp/post/json" //发布
//设置连接的路由器信息#define CONNECT_WIFI "DS小龙哥" //将要连接的路由器名称 --不要出现中文、空格等特殊字符#define CONNECT_PASS "12345678" //将要连接的路由器密码
#define CONNECT_SERVER_IP "183.230.40.96" //服务器IP地址#define CONNECT_SERVER_PORT 1883 //服务器端口号
char mqtt_message[100];
//WIFI发送数据存储区域char data_buff[500];
u8 esp8266_state=0;
double Longitude=120.196517; //经度double latitude=30.194493; //纬度
float bh1750=0; u8 dht11_temp;u8 dht11_humidity;u8 sw1=0;u8 sw2=0;u8 sw3=0;u8 sw4=0;u8 sw5=0;u8 sw7=0;
/*主函数: 程序执行的入口*/int main(void){ u8 dian_shi=0; //1表示电视开 0表示电视关 u8 mode=0; //0 表示手动模式 1表示自动模式 u32 i=0; u8 key_val; u32 TimeCnt=0; u32 wifi_TimeCnt=0; JTAG_Set(); USART1_Init(115200); //串口1的初始化 USART2_Init(115200); //串口-WIFI TIMER2_Init(72,20000); //超时时间20ms USART3_Init(9600); //串口-语音模块 TIMER3_Init(36,20000); //超时时间20ms //板载按键初始化 KEY_Init(); //板载LED灯初始化 LED_Init(); //外接LED初始化 LED2_Init(); //BH1750的IIC接口 IIC_Init(); //初始化DHT11 DHT11_Init(); //步进电机初始化 Moto_Init(); //初始化 APP_Init();
printf("正在初始化OLED...\r\n"); OLED_Init(0xc8,0xa1); //OLED显示屏初始化--正常显示 OLED_Clear(0x00);//清屏 printf("正在初始化ESP8266..\r\n"); for(i=0;i<5;i++) { if(ESP8266_Init()==0) { esp8266_state=1; break; } else { esp8266_state=0; printf("ESP8266硬件检测错误.\n"); } } if(esp8266_state) { printf("准备连接服务器....\r\n"); //非加密端口 printf("WIFI:%d\n",ESP8266_STA_TCP_Client_Mode(CONNECT_WIFI,CONNECT_PASS,CONNECT_SERVER_IP,CONNECT_SERVER_PORT,1)); //2. MQTT协议初始化 MQTT_Init();
//3. 连接服务器 for(i=0;i<5;i++) { if(MQTT_Connect(MQTT_ClientID,MQTT_UserName,MQTT_PassWord)==0) { esp8266_state=1; break; } esp8266_state=0; printf("服务器连接失败,正在重试...\n"); delay_ms(500); } printf("服务器连接成功.\n");
//3. 订阅主题 if(MQTT_SubscribeTopic(SET_TOPIC,0,1)) { printf("主题订阅失败.\n"); } else { printf("主题订阅成功.\n"); } } ........ ........ ........ ........
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8. QT 上位机软件开发
8.1 应用层下发的指令
为了更方便的展示设备数据，与设备完成交互，还需要开发一个配套的上位机，官方提供了应用侧开发的 API 接口、SDK 接口，为了方便通用一点，我这里采用了 API 接口完成数据交互，上位机软件采用 QT 开发。
帮助文档地址: https://support.huaweicloud.com/usermanual-iothub/iot_01_0045.html
8.2 查询设备属性接口
设备属性就是设备上传的传感器状态数据信息，应用侧提供了 API 接口，可以主动向设备端下发请求指令；设备端收到指令之后需要按照约定的数据格式上报数据；所以，要实现应用层与设备端的数据交互，需要应用层与设备端配合才能完成。
应用层下发的指令：
帮助文档地址: https://support.huaweicloud.com/api-iothub/iot_06_v5_0034.html
接口的在线调试地址: https://apiexplorer.developer.huaweicloud.com/apiexplorer/debug?product=IoTDA&api=ListProperties
如果请求参数和返回值不清楚，写代码前，先使用在线调试接口体验一下，验证数据交互是否 OK。请求参数里比较总要的两个必填参数，是设备 ID 和服务 ID，这两个参数在第 3 章节就介绍过如何获取了，在产品页面创建自定义属性时可以看到服务 ID。
8.2 开发环境介绍
上位机软件采用 Qt 框架设计，Qt 是一个跨平台的 C++图形用户界面应用程序框架。Qt 是一个 1991 年由 Qt Company 开发的跨平台 C++图形用户界面应用程序开发框架。它既可以开发 GUI 程序，也可用于开发非 GUI 程序，比如控制台工具和服务器。简单来说，QT 可以很轻松的帮你做带界面的软件，甚至不需要你投入很大精力。
QT 官网: https://www.qt.io/
8.3 主要的代码
下面代码里介绍了更新 token、获取 token、查询设备属性，上传设备属性等主要请求代码。
/*功能: 获取token*/void Widget::GetToken(){ //表示获取token function_select=3;
QString requestUrl; QNetworkRequest request;
//设置请求地址 QUrl url;
//获取token请求地址 requestUrl = QString("https://iam.%1.myhuaweicloud.com/v3/auth/tokens") .arg(SERVER_ID);
//自己创建的TCP服务器,测试用 //requestUrl="http://10.0.0.6:8080";
//设置数据提交格式 request.setHeader(QNetworkRequest::ContentTypeHeader, QVariant("application/json;charset=UTF-8"));
//构造请求 url.setUrl(requestUrl);
request.setUrl(url);
QString text =QString("{\"auth\":{\"identity\":{\"methods\":[\"password\"],\"password\":" "{\"user\":{\"domain\": {" "\"name\":\"%1\"},\"name\": \"%2\",\"password\": \"%3\"}}}," "\"scope\":{\"project\":{\"name\":\"%4\"}}}}") .arg(MAIN_USER) .arg(IAM_USER) .arg(IAM_PASSWORD) .arg(SERVER_ID);
//发送请求 manager->post(request, text.toUtf8());}
//更新tokenvoid Widget::on_pushButton_update_token_clicked(){ GetToken();}
//查询设备属性void Widget::Get_device_properties(){ //表示获取token function_select=0;
QString requestUrl; QNetworkRequest request;
//设置请求地址 QUrl url;
//获取token请求地址 requestUrl = QString("https://iotda.%1.myhuaweicloud.com/v5/iot/%2/devices/%3/properties?service_id=%4") .arg(SERVER_ID) .arg(PROJECT_ID) .arg(device_id) .arg(service_id);
//自己创建的TCP服务器,测试用 //requestUrl="http://10.0.0.6:8080";
//设置数据提交格式 request.setHeader(QNetworkRequest::ContentTypeHeader, QVariant("application/json"));
//设置token request.setRawHeader("X-Auth-Token",Token);
//构造请求 url.setUrl(requestUrl);
request.setUrl(url);
//发送请求 manager->get(request);}
//更新设备属性void Widget::on_pushButton_update_device_clicked(){ Get_device_properties();}
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