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摘 要： 在物联网技术发展的大背景下，智能家居系统如同雨后春笋般涌现，室内温度和湿度作为两类重要的环境因子，温度和湿度的检测在智能家居的应用中发挥着重要的作用。在重视对环境温度、湿度等参数的检测同时，还需要实现对室内各类家电的工作状态进行监测和控制，充分地发挥出物联网技术的智能化优势。本文围绕着室内温度、湿度的检测进行出发，从软硬件角度来对系统硬件的搭建和软件APP的布局设计进行介绍，其中硬件部分围绕着室内温度、湿度的采集，采用STM32单片机、温湿度传感器等电子元器件来完成电路接线图的绘制以及实物的制作;软件部分除了硬件程序的开发以外，借鉴设计艺术学、设计心理学、人机工学等学科，对上位机控制系统的APP 界面进行了设计，从视觉上和功能上来满足用户的使用体验。
关键词：智能家居;用户界面;温度;湿度
1 绪论
温度和湿度作为自然环境中的两种物理量，它的变化对于世间万物都有着重要的影响。由于人本身对于环境的温度和湿度的感知误差较大，在现实生活中需要对环境温度和湿度进行检测时，需要借助专门的设备来对环境中的温湿度进行精准的采集。以现代智能家居为例，通过应用物联网技术来实现与各类硬件相结合，实现对室内环境信息进行采集，并由中央控制器来控制执行装置来完成相应的操作。随着物联网技术的发展，软硬件相结合的智能化技术已经成为的主流的发展趋势，通过有线或者无线通信技术来构建起数据和命令的交互。
在现实生活中，由于用户不可能实时地待在现场对环境中的温度、湿度等数据进行监测，而是通过硬件来完成温度、湿度数据的检测，并发送到上位机进行呈现。随着智能手机、平板的普及，通过APP来监测环境数据和实现对家电工作状态进行控制已经成为了现实。一些企业在推出自家的智能产品的同时，也提供配套的APP应用程序或者微信控制平台来实现对硬件进行监控和管理。APP界面的设计既要满足系统的实现需求，还要做到美观、简洁、实用。本文围绕着智能家居 APP 人机界面或者类似的应用软件进行分析，考虑到APP的使用场景以及系统的配套性，明确APP人机交互界面的设计原则和设计方法，围绕着用户的使用体验来展开功能和界面的设计，并完善APP界面的设计思路，最后结合设计的流程来完成APP界面的设计。本文的研究是整合市面上的智能家居控制系统的APP人机交互界面进行展开分析，将硬件系统和上层应用有机地结合起来，更好的突出智能化产品的功能优势，并为相关产品的开发提供参考意见。
2 系统整体方案设计
本系统采用STM32单片机作为控制器，主要围绕着软硬件两个方面来进行设计，其中硬件包括底层的各个电路和执行机构，软件部分包括硬件的控制程序和上位机的APP交互界面设计。整个系统的整体框图见图2.1所示。
3 系统硬件电路设计
3.1 主控制电路设计
本文中采用STM32单片机作为控制器，用来处理WiFi模块的串口数据通信和对外围电路进行控制。STM32单片机是基于ARM-Cortex M3内核，它采用RISC精简指令集作为内核，通过高效的指令集合来完成各种复杂的数据任务，它的内部集成了128K字节的FLASH以及20K字节的SRAM，通过两根APB总线来对内部电路和I/O引脚进行控制。在本设计中，需要用到一个串口来与WiFi模块进行通信，还需要用到一个串口来与上位机进行通信和调试。
由于STM32单片机不能独自运行，需要结合时钟电路、复位电路、电源电路来搭建一个最小工作系统，用来处理气体传感器和WiFi模块发送过来的数据，并对蜂鸣器、继电器的工作进行控制，如图3-1所示为STM32的功能引脚图。
3.2 WiFi通信电路设计
本文需要用到WiFi模块来实现对本下位机的工作状态和交互功能进行监控和控制，通过互联网用来接收下位机上传的数据，同时也可以下发控制命令给下位机，以执行相应的交互操作。WiFi通信模块选择的是国产乐鑫公司推出的ESP8266 WiFi通信模块，图3.2为ESP8266 WiFi模块的实物图：
WiFi模块支持TTL电平的Uart串口通信方式与单片机进行通信，图3.3为WiFi模块的接口电路设计，其中WiFi模块的PA2和PA3引脚分别接到单片机的RXD和TXD两个引脚上，GPIO16引脚在工作状态模式下接高电平，在下载固件的时候为低电平。
3.3 显示电路设计
本文采用OLED模块显示系统的工作状态，包括WiFi连接状态、开关状态和传感器数据，由于显示的内容较多，因此OLED可以满足系统显示的需要，它采用有机发光导体来实现，能够自发光，因此不需要采用单独背光源进行设计，成像效果好，支持中文、数字、图像等多种类型的信息进行显示，它采用的是IIC的方式进行通信，其中SDA和SCK分别接在单片机的PA7和PA5上。图3.4为显示电路的接线图。
3.4 温湿度传感器检测电路设计
本文采用DHT11数字温湿度传感器来对环境中的温度和湿度进行检测，它的内部内置了一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，它具备数字式温度和湿度数据的输出，具有检测准确、响应迅速、抗干扰能力强的特点。温湿度检测传感器的电路接线图见图3.5所示。
3.5 报警提示电路设计
本系统采用声光报警提示电路进行设计，它采用红灯来进行报警指示，这里将蜂鸣器和发光二极管进行分开设计。蜂鸣器报警电路设计见图3.6所示，由于单片机的I/O引脚功能输出电流较弱，不能够直接驱动蜂鸣器发声，将三极管与蜂鸣器连接起来，由单片机输出电流驱动三极管控制蜂鸣器发声。单片机的I/O引脚接蜂鸣器的正极，蜂鸣器的负极接在三极管的基极上，由单片机输出高电平对其进行驱动。
LED指示电路采用的是发光二极管组成，本系统采用两个指示灯来分别指示“正常”（绿灯）和“跌倒”（红灯）两种状态，由于發光二极管所采用的材质不同，它们的工作输入电压也不相同，需要串联电阻进行来进行分压。如图3.7所示为本设计中发光二极管指示电路设计，二个不同颜色的发光二极管公共端接在+5伏电源上，它的正极串联一个1KΩ的电阻，负极则接在单片机的P2.0、P2.1引脚上。 3.6 按键控制电路设计
按键部分采用的是独立按键进行设计，由于单片机内置上拉电阻，它的I/O引脚默认为高电平。如图3.8所示为按键控制电路，按键的一端接在GND，另一端接在单片机的I/O引脚PB0和PB1上，通过按键按下时，单片机接收到低电平时有效。由于按键在按下时，会产生“尖刺”噪声，在本设计中采用的是时延法来进行消除毛刺噪声的影响，提高系统运行的稳定性。
4 系统软件设计
在对我们所要设计的课题有了整体的了解之后，需要先建立程序框架的流程图，对整个设计划分模块，逐个模块实现其功能，最终把各个子模块合理地连接起来，构成总的程序。主程序首先要对整个系统进行初始化，然后将采集到的温湿度指令传给系统的主流程图如图4-1所示。
6 结论
本文结合环境中溫度、湿度的检测来进行入手，它能够实现对温湿度检测和预警，便于基于系统完成各种智能化控制系统设计。
本文从软硬件的角度来进行出发，主要完成以下研究工作：
（1）分析国内外智能家居的应用和研究现状，完成了基于环境温度、湿度检测的系统软硬件设计;
（2）完成系统的软硬件功能的开发和调试，验证系统的实现符合预期目标，并对系统中存在的问题进行改进。
参考文献
[1]陈国玉，陈实.基于GPRS的高寒地区农村室内温湿度监测分析研究[J].中国农业文摘-农业工程，2020，32（06）：31-33+56.
[2]王萌，马锐，王颖.农贸市场温湿度控制报警器设计[J].数码世界，2020（11）：286-287.
[3]康泽威，张晓亚，陈元威.基于GPRS无线网络的智能家居控制系统设计[J].电子世界，2020（20）：138-139.
[4]张晨，王玉槐，韩齐，孟龄昊.基于OneNET云平台的智能家居远程控制系统设计[J].信息技术与信息化，2020（10）：223-226.
[5]. Sensor Research; Findings from Hebei University of Technology Advance Knowledge in Sensor Research （Fluorinated Polyimide-Film Based Temperature and Humidity Sensor Utilizing Fiber Bragg Grating）[J]. Journal of Technology，2020.
[6]杨青青.基于51单片机的温湿度控制系统的设计[J].时代汽车，2020（19）：93-94.
苏州宝达冷热设备有限公司 215200
关键词：智能家居;用户界面;温度;湿度
1 绪论
温度和湿度作为自然环境中的两种物理量，它的变化对于世间万物都有着重要的影响。由于人本身对于环境的温度和湿度的感知误差较大，在现实生活中需要对环境温度和湿度进行检测时，需要借助专门的设备来对环境中的温湿度进行精准的采集。以现代智能家居为例，通过应用物联网技术来实现与各类硬件相结合，实现对室内环境信息进行采集，并由中央控制器来控制执行装置来完成相应的操作。随着物联网技术的发展，软硬件相结合的智能化技术已经成为的主流的发展趋势，通过有线或者无线通信技术来构建起数据和命令的交互。
在现实生活中，由于用户不可能实时地待在现场对环境中的温度、湿度等数据进行监测，而是通过硬件来完成温度、湿度数据的检测，并发送到上位机进行呈现。随着智能手机、平板的普及，通过APP来监测环境数据和实现对家电工作状态进行控制已经成为了现实。一些企业在推出自家的智能产品的同时，也提供配套的APP应用程序或者微信控制平台来实现对硬件进行监控和管理。APP界面的设计既要满足系统的实现需求，还要做到美观、简洁、实用。本文围绕着智能家居 APP 人机界面或者类似的应用软件进行分析，考虑到APP的使用场景以及系统的配套性，明确APP人机交互界面的设计原则和设计方法，围绕着用户的使用体验来展开功能和界面的设计，并完善APP界面的设计思路，最后结合设计的流程来完成APP界面的设计。本文的研究是整合市面上的智能家居控制系统的APP人机交互界面进行展开分析，将硬件系统和上层应用有机地结合起来，更好的突出智能化产品的功能优势，并为相关产品的开发提供参考意见。
2 系统整体方案设计
本系统采用STM32单片机作为控制器，主要围绕着软硬件两个方面来进行设计，其中硬件包括底层的各个电路和执行机构，软件部分包括硬件的控制程序和上位机的APP交互界面设计。整个系统的整体框图见图2.1所示。
3 系统硬件电路设计
3.1 主控制电路设计
本文中采用STM32单片机作为控制器，用来处理WiFi模块的串口数据通信和对外围电路进行控制。STM32单片机是基于ARM-Cortex M3内核，它采用RISC精简指令集作为内核，通过高效的指令集合来完成各种复杂的数据任务，它的内部集成了128K字节的FLASH以及20K字节的SRAM，通过两根APB总线来对内部电路和I/O引脚进行控制。在本设计中，需要用到一个串口来与WiFi模块进行通信，还需要用到一个串口来与上位机进行通信和调试。
由于STM32单片机不能独自运行，需要结合时钟电路、复位电路、电源电路来搭建一个最小工作系统，用来处理气体传感器和WiFi模块发送过来的数据，并对蜂鸣器、继电器的工作进行控制，如图3-1所示为STM32的功能引脚图。
3.2 WiFi通信电路设计
本文需要用到WiFi模块来实现对本下位机的工作状态和交互功能进行监控和控制，通过互联网用来接收下位机上传的数据，同时也可以下发控制命令给下位机，以执行相应的交互操作。WiFi通信模块选择的是国产乐鑫公司推出的ESP8266 WiFi通信模块，图3.2为ESP8266 WiFi模块的实物图：
WiFi模块支持TTL电平的Uart串口通信方式与单片机进行通信，图3.3为WiFi模块的接口电路设计，其中WiFi模块的PA2和PA3引脚分别接到单片机的RXD和TXD两个引脚上，GPIO16引脚在工作状态模式下接高电平，在下载固件的时候为低电平。
3.3 显示电路设计
本文采用OLED模块显示系统的工作状态，包括WiFi连接状态、开关状态和传感器数据，由于显示的内容较多，因此OLED可以满足系统显示的需要，它采用有机发光导体来实现，能够自发光，因此不需要采用单独背光源进行设计，成像效果好，支持中文、数字、图像等多种类型的信息进行显示，它采用的是IIC的方式进行通信，其中SDA和SCK分别接在单片机的PA7和PA5上。图3.4为显示电路的接线图。
3.4 温湿度传感器检测电路设计
本文采用DHT11数字温湿度传感器来对环境中的温度和湿度进行检测，它的内部内置了一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，它具备数字式温度和湿度数据的输出，具有检测准确、响应迅速、抗干扰能力强的特点。温湿度检测传感器的电路接线图见图3.5所示。
3.5 报警提示电路设计
本系统采用声光报警提示电路进行设计，它采用红灯来进行报警指示，这里将蜂鸣器和发光二极管进行分开设计。蜂鸣器报警电路设计见图3.6所示，由于单片机的I/O引脚功能输出电流较弱，不能够直接驱动蜂鸣器发声，将三极管与蜂鸣器连接起来，由单片机输出电流驱动三极管控制蜂鸣器发声。单片机的I/O引脚接蜂鸣器的正极，蜂鸣器的负极接在三极管的基极上，由单片机输出高电平对其进行驱动。
LED指示电路采用的是发光二极管组成，本系统采用两个指示灯来分别指示“正常”（绿灯）和“跌倒”（红灯）两种状态，由于發光二极管所采用的材质不同，它们的工作输入电压也不相同，需要串联电阻进行来进行分压。如图3.7所示为本设计中发光二极管指示电路设计，二个不同颜色的发光二极管公共端接在+5伏电源上，它的正极串联一个1KΩ的电阻，负极则接在单片机的P2.0、P2.1引脚上。 3.6 按键控制电路设计
按键部分采用的是独立按键进行设计，由于单片机内置上拉电阻，它的I/O引脚默认为高电平。如图3.8所示为按键控制电路，按键的一端接在GND，另一端接在单片机的I/O引脚PB0和PB1上，通过按键按下时，单片机接收到低电平时有效。由于按键在按下时，会产生“尖刺”噪声，在本设计中采用的是时延法来进行消除毛刺噪声的影响，提高系统运行的稳定性。
4 系统软件设计
在对我们所要设计的课题有了整体的了解之后，需要先建立程序框架的流程图，对整个设计划分模块，逐个模块实现其功能，最终把各个子模块合理地连接起来，构成总的程序。主程序首先要对整个系统进行初始化，然后将采集到的温湿度指令传给系统的主流程图如图4-1所示。
6 结论
本文结合环境中溫度、湿度的检测来进行入手，它能够实现对温湿度检测和预警，便于基于系统完成各种智能化控制系统设计。
本文从软硬件的角度来进行出发，主要完成以下研究工作：
（1）分析国内外智能家居的应用和研究现状，完成了基于环境温度、湿度检测的系统软硬件设计;
（2）完成系统的软硬件功能的开发和调试，验证系统的实现符合预期目标，并对系统中存在的问题进行改进。
参考文献
[1]陈国玉，陈实.基于GPRS的高寒地区农村室内温湿度监测分析研究[J].中国农业文摘-农业工程，2020，32（06）：31-33+56.
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[3]康泽威，张晓亚，陈元威.基于GPRS无线网络的智能家居控制系统设计[J].电子世界，2020（20）：138-139.
[4]张晨，王玉槐，韩齐，孟龄昊.基于OneNET云平台的智能家居远程控制系统设计[J].信息技术与信息化，2020（10）：223-226.
[5]. Sensor Research; Findings from Hebei University of Technology Advance Knowledge in Sensor Research （Fluorinated Polyimide-Film Based Temperature and Humidity Sensor Utilizing Fiber Bragg Grating）[J]. Journal of Technology，2020.
[6]杨青青.基于51单片机的温湿度控制系统的设计[J].时代汽车，2020（19）：93-94.
苏州宝达冷热设备有限公司 215200