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原创基于机智云的智能私家车库控制系统设计与实现

 2024-9-13 18:17  154 1 1 分类: 物联网文集: 机智云

智能私家车库控制系统的设计与实现

摘要：随着人民生活质量的提升，我国家庭正逐步进入“一户一车”的时代。传统的开放式停车场已难以满足人们对车库安全性和智能化的需求。本文以STM32单片机为核心，结合DHT11传感器用于环境温湿度检测，MQ2烟雾传感器用于火灾检测，HC-SR04超声波传感器用于水位监测，esp8266作为WiFi通信模块，通过机智云物联网平台开发的手机APP，实现对车库内温湿度、水位和火灾等情况的实时监测。手机APP还支持远程控制车库门的升降及车库灯的开关。

1 智能车库硬件电路总体设计

本系统采用STM32单片机作为主控制器，采用步进电机控制车库门的升降、LED模拟库灯，分别设计温湿度检测、火灾检测、水位监测等电路。主控制器接收采集到的数据，然后利用WiFi模块与无线网络进行连接，使用手机App实现与服务器之间的通信。智能车库控制系统的硬件原理框图如图1所示。

图1 系统硬件原理框图

1.1 温湿度检测电路

温湿度检测使用DHT11温湿度传感器。该传感器是一款直接输出数字信号的传感器，利用数字采集和温湿度传感技术，完成温度和湿度的复合检测。其输出信号使用单总线数字信号，可直接与单片机的IO口进行串行的数据读取。因DHT11传感器具有低功耗、体积小、响应速度快以及抗干扰能力强等特性，被广泛应用于较苛刻的环境中。系统电路使用单片机的一个PA8口与DHT11传感器的DATA端相连。

1.2 火灾检测电路

火灾检测采用MQ2气体传感器。火灾检测电路由MQ2烟雾传感器和电压比较器构成。当检测气体来临时，MQ2传感器的内部电阻发生变化，并输出与烟雾浓度成比例的模拟电压，经低通滤波器后，再通过电压比较器输出数字量0或1，表示火灾的有或无。

1.3 水位检测电路

采用HC-SR04超声波传感器测量水位。它使用IO触发的方式，自动发射40 kHz方波信号，没有遇到障碍物，即没有信号返回时，IO输出低电平（0）；遇到障碍物，即有信号返回时，IO输出高电平（1）。其持续时间就是超声波从发射到接收的时间。已知声速为340 m/s，水位超声波到地平面的距离为L，水平面到超声波探头的距离为X，超声波从发射到接收信号的时间差为T，则水位高度H为：

1.4 WiFi通信电路

WiFi通信电路采用ESP8266模块。该模块可实现与单片机进行串口通信，也可以通过它接入互联网，从而添加物联网设备。ESP8266模块只需将其Tx和Rx引脚连接至单片机的普通IO口，并将该IO口配置为串口的Tx和Rx,ESP8266模块的Tx与串口Rx相连，Rx与串口Tx相连即可。

1.5 其他外设电路

1.5.1 门控系统

使用28BYJ-48型步进电机的顺/逆时针转动模拟库门的开/关，28BYJ-48型步进电机使用ULN2003芯片驱动。驱动的工作原理是将电脉冲转换为角位移。单片机IO口输出脉冲信号，ULN2003接收到脉冲后，将驱动28BYJ-48型步进电机转动一定角度。

1.5.2 照明系统

采用工作电压为直流12 V，功率5 W的LED作为车库照明灯，使用STM32的IO口接三极管放大后接继电器，由继电器控制车库灯的亮灭。

1.5.3 报警系统

采用有源蜂鸣器作为报警系统，使用IO口和三极管驱动，通过置位IO口为高或低（1或0），控制三极管（NPN）的导通与截止，从而控制蜂鸣器报警或不报警。

2 物联网系统的构建

2.1 物联网方案设计

随着物联网技术的迅猛发展，其应用范围不断扩大，在提高工作效率、节省人工成本等方面起到了很大的作用。本系统主要采用的是机智云物联网平台。该平台提供了智能家电、智能家居等产品的物联网解决方案。在本方案中，STM32单片机通过ESP8266 WiFi模块，与GAgent进行数据互传，通过2.4 G网络（路由器或手机热点）接入互联网后，利用机智云平台与手机App实现数据通信，物联网方案如图2所示。