基于物联网技术设计的设计室内宠物监护系统

目录

1. 1. 项目开发背景
2. 2. 设计实现的功能
3. 3. 项目硬件模块组成
4. 4. 设计思路
5. 5. 系统功能总结
6. 6. 技术方案
7. 7. 使用的模块的技术详情介绍
8. 8. 预期成果
9. 9. 总结

1. 项目开发背景

随着科技的不断进步，物联网（IoT）技术逐渐渗透到生活中的各个方面，尤其在智能家居领域，物联网技术不仅提高了家居设备的智能化程度，还提高了生活质量。宠物是许多人家庭中的重要成员，尤其在现代快节奏的生活中，宠物主人通常无法全天候陪伴宠物，容易忽略宠物的日常活动、健康状况及生活环境的变化。为了帮助宠物主人随时监控宠物的生活状态，保证宠物的健康和安全，我们设计了一款基于物联网技术的室内宠物监护系统。

本项目旨在通过物联网技术，实时监测宠物生活环境中的温湿度、光照、通风情况、烟雾检测等参数，并且能够实时监控宠物的活动情况，同时上传数据至云端，便于主人通过手机APP查看宠物的状态，方便在宠物出现异常时及时发现并采取相应措施。

2. 设计实现的功能

本项目主要包括以下功能模块：

1. 1. 环境监控：
• • 温湿度监测：通过传感器实时监测室内温湿度，确保宠物生活环境舒适。
• • 光照控制：根据实时光照情况调节室内光照，提供合适的环境光线。
• • 通风控制：监测空气质量，当室内空气不流通时自动开启通风系统。
• • 烟雾检测：实时监测室内烟雾浓度，避免火灾发生，确保宠物安全。
2. 2. 宠物活动监控：
• • 宠物活动检测：通过传感器检测宠物的活动情况，包括运动、静止等状态。
• • 实时视频监控：通过摄像头实时监控宠物的活动，并上传至云端，供主人查看。
• • 数据存储：保存宠物每天的活动数据，帮助主人了解宠物的日常行为。
3. 3. 数据上传与云端管理：
• • 数据上传：将实时监测的数据（如温湿度、光照、烟雾、宠物活动数据等）通过Wi-Fi上传至OneNet物联网平台。
• • 数据查看：宠物主人可以通过OneNet平台查看宠物的生活环境数据以及活动数据。
4. 4. 手机APP查看宠物状态：
• • 通过手机APP，宠物主人可以随时查看宠物的状态、环境数据、宠物活动信息等。
• • 可以设置阈值，接收环境数据异常或宠物异常的警报通知。

3. 项目硬件模块组成

本项目的硬件部分基于STM32F103RCT6作为主控芯片，采用ESP8266模块提供Wi-Fi功能，其他外设包括温湿度传感器、光照传感器、烟雾传感器、运动传感器、摄像头等。

1. 1. STM32F103RCT6：作为系统的主控芯片，负责系统的控制与数据采集，处理传感器输入并控制设备输出。
2. 2. ESP8266 Wi-Fi模块：提供系统的无线通信能力，通过Wi-Fi将数据上传至OneNet云平台。
3. 3. DHT22温湿度传感器：用于检测室内的温湿度，确保环境适宜宠物生活。
4. 4. BH1750光照传感器：用于检测室内的光照强度，调节光照设备提供合适的光照。
5. 5. MQ-2烟雾传感器：用于检测烟雾浓度，实时监测室内是否有火情发生。
6. 6. PIR传感器：用于检测宠物的活动状态，通过检测宠物的运动情况来判断其行为。
7. 7. 摄像头模块：用于实时监控宠物活动，提供视频画面上传至云端。
8. 8. 蜂鸣器：用于报警，提醒主人宠物或环境状态异常。
9. 9. 电动风扇：用于室内通风，当空气质量差时自动开启。

4. 设计思路

本项目的设计思路基于物联网技术，将各种传感器与控制模块通过STM32F103RCT6单片机进行集成，通过ESP8266模块实现数据上传到云端，通过手机APP让宠物主人能够远程监控宠物及其生活环境。

系统总体设计流程：

1. 1. 环境监测与控制：
• • 使用DHT22温湿度传感器、BH1750光照传感器、MQ-2烟雾传感器实时监测环境的温湿度、光照强度和烟雾浓度。
• • 当温度过高或湿度过低时，系统通过STM32控制风扇和其他设备进行调节，保证宠物的舒适生活环境。
2. 2. 宠物活动监控：
• • 使用PIR传感器检测宠物活动，当检测到宠物活动时，摄像头开始工作，实时拍摄宠物的活动情况。
• • 通过视频监控，主人可以随时查看宠物的活动情况。
3. 3. 数据上传与云端监控：
• • 所有采集到的环境数据和宠物活动数据通过ESP8266模块上传至OneNet云平台，保证宠物主人随时可以通过APP查看数据。
4. 4. 异常报警与通知：
• • 当环境中的温湿度、光照、烟雾等数据超过设定阈值时，系统会自动报警，并通过蜂鸣器发出声音警报，同时将警报信息发送到宠物主人的手机。

5. 系统功能总结

6. 技术方案

1. 1. 硬件平台：
• • 主控芯片：STM32F103RCT6
• • 无线通信模块：ESP8266
• • 温湿度传感器：DHT22
• • 光照传感器：BH1750
• • 烟雾传感器：MQ-2
• • 宠物活动传感器：PIR
• • 摄像头模块：OV7670等
• • 环境控制：电动风扇、蜂鸣器等
2. 2. 软件平台：
• • 主控软件：基于STM32CubeMX和HAL库开发的嵌入式程序
• • 云平台：OneNet物联网平台
• • 手机APP：基于React Native或Flutter开发的跨平台APP
3. 3. 数据处理与上传：
• • 通过ESP8266模块将实时数据通过HTTP或MQTT协议上传至OneNet云平台。
• • 云平台提供数据可视化功能，用户可以查看实时数据和历史数据。

7. 使用的模块的技术详情介绍

1. 1. STM32F103RCT6：
• • STM32F103RCT6是一个高性能的32位ARM Cortex-M3内核微控制器，具有丰富的外设接口，如GPIO、USART、I2C、SPI等，适合本项目的各种控制和数据采集任务。
2. 2. ESP8266 Wi-Fi模块：
• • ESP8266是一个低功耗、低成本的Wi-Fi模块，支持Wi-Fi功能，能够将设备连接到云端，实现数据的上传和远程控制。
3. 3. DHT22温湿度传感器：
• • DHT22是一款高精度的温湿度传感器，具有较大的量程和较高的测量精度，适用于家庭环境监测。
4. 4. BH1750光照传感器：

• • BH1750是一款数字式的光照传感器，可以提供精确的光照强度数据，适用于室内光照监测。

1. 1. MQ-2烟雾传感器：
• • MQ-2烟雾传感器具有较高的灵敏度，可以检测到空气中的烟雾、甲烷等气体，适用于火灾预警。
2. 2. PIR传感器：
• • PIR传感器用于检测红外辐射，能够判断宠物的活动情况，适用于宠物活动监测。

8. 预期成果

1. 1. 成功实现环境监控与控制系统，包括温湿度、光照和烟雾监测功能。
2. 2. 实现宠物活动的实时监控和数据上传功能。
3. 3. 通过OneNet平台成功上传数据，并能够在手机APP中查看宠物及环境数据。
4. 4. 系统能够实时报警，确保宠物的安全和环境的舒适性。

9. 总结

本项目设计了一个基于物联网技术的室内宠物监护系统，通过实时监测环境数据和宠物活动，保证宠物生活环境的舒适性与安全性。通过使用STM32F103RCT6作为主控芯片，ESP8266模块提供Wi-Fi功能，系统能够实时采集数据并上传至OneNet云平台。宠物主人可以通过手机APP随时查看宠物的生活状态和环境变化，实现远程监控，确保宠物的健康与安全。

10. STM32代码设计

本代码包括：

1. 1. 初始化外部硬件（传感器、Wi-Fi模块等）。
2. 2. 通过 STM32F103RCT6 主控芯片采集传感器数据。
3. 3. 使用 ESP8266 Wi-Fi 模块将数据发送到 OneNet 云平台。
4. 4. 实现环境监控和宠物活动检测。

以下是 main.c 的代码：

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "string.h"
#include "stdio.h"
#include "dht22.h"  // 有一个 DHT22 传感器的驱动
#include "bh1750.h" // 有一个 BH1750 传感器的驱动
#include "mq2.h"    // 有一个 MQ2 烟雾传感器的驱动
#include "esp8266.h" // 有 ESP8266 模块的驱动
#include "pwm.h"     // 有控制风扇的 PWM 驱动

#define TEMP_THRESHOLD 30.0f // 温度阈值
#define HUMID_THRESHOLD 60.0f // 湿度阈值

UART_HandleTypeDef huart1;
I2C_HandleTypeDef hi2c1;
SPI_HandleTypeDef hspi1;
TIM_HandleTypeDef htim2;

// 外部传感器接口
DHT22_HandleTypeDef hDHT22;
BH1750_HandleTypeDef hBH1750;
MQ2_HandleTypeDef hMQ2;
PIR_HandleTypeDef hPIR;
ESP8266_HandleTypeDef hESP8266;

float temperature, humidity, light_level, smoke_level;
uint8_t pet_activity_detected = 0;

// 初始化外设
void System_Init(void) {
    HAL_Init();
    // 初始化 GPIO, UART, I2C, SPI, 定时器等外设
    MX_GPIO_Init();
    MX_USART1_UART_Init();
    MX_I2C1_Init();
    MX_SPI1_Init();
    MX_TIM2_Init();
    
    // 初始化传感器
    DHT22_Init(&hDHT22);
    BH1750_Init(&hBH1750);
    MQ2_Init(&hMQ2);
    PIR_Init(&hPIR);
    
    // 初始化 ESP8266
    ESP8266_Init(&hESP8266, &huart1);
    
    // 初始化 PWM 控制风扇
    PWM_Init(&htim2);
}

// 获取传感器数据
void Get_Sensor_Data(void) {
    // 获取温湿度
    if (DHT22_Read(&hDHT22, &temperature, &humidity) != HAL_OK) {
        printf("DHT22 Read Error\r\n");
    }

    // 获取光照强度
    if (BH1750_Read(&hBH1750, &light_level) != HAL_OK) {
        printf("BH1750 Read Error\r\n");
    }

    // 获取烟雾浓度
    if (MQ2_Read(&hMQ2, &smoke_level) != HAL_OK) {
        printf("MQ2 Read Error\r\n");
    }

    // 获取宠物活动检测
    pet_activity_detected = PIR_Read(&hPIR);
}

// 环境监控及控制
void Environment_Control(void) {
    // 如果温度过高，启动风扇
    if (temperature > TEMP_THRESHOLD) {
        PWM_SetDutyCycle(&htim2, 100); // 设置最大风扇转速
    } else {
        PWM_SetDutyCycle(&htim2, 0);   // 关闭风扇
    }

    // 如果湿度过高，可以启动除湿设备（此处省略除湿设备控制代码）
    if (humidity > HUMID_THRESHOLD) {
        printf("Humidity is too high, turn on dehumidifier\r\n");
    }

    // 如果烟雾浓度过高，报警
    if (smoke_level > 200) { //  200 为烟雾报警阈值
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET);  // 启动蜂鸣器
    } else {
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET); // 关闭蜂鸣器
    }
}

// 数据上传到 OneNet
void Upload_Data_To_OneNet(void) {
    // 格式化数据并上传
    char data[256];
    snprintf(data, sizeof(data), "{\"temperature\": %.2f, \"humidity\": %.2f, \"light_level\": %.2f, \"smoke_level\": %.2f, \"pet_activity\": %d}",
             temperature, humidity, light_level, smoke_level, pet_activity_detected);
    
    ESP8266_SendData(&hESP8266, data); // 发送数据到 OneNet
}

// 主函数
int main(void) {
    // 系统初始化
    System_Init();

    // 无限循环进行传感器数据采集与上传
    while (1) {
        // 获取传感器数据
        Get_Sensor_Data();

        // 环境控制（风扇、湿度、烟雾控制等）
        Environment_Control();

        // 上传数据到 OneNet
        Upload_Data_To_OneNet();
        
    }
}

代码说明：

1. 1. 系统初始化：通过 System_Init() 函数初始化 STM32 的外设（GPIO, UART, I2C, SPI, 定时器等），并初始化各个传感器和 ESP8266 模块。
2. 2. 传感器数据采集：Get_Sensor_Data() 函数负责从 DHT22、BH1750、MQ2 和 PIR 传感器获取环境数据和宠物活动状态。
3. 3. 环境控制：Environment_Control() 函数根据温度、湿度、烟雾等传感器数据控制风扇（PWM）、除湿设备和蜂鸣器。
4. 4. 数据上传：Upload_Data_To_OneNet() 函数将采集到的环境数据和宠物活动信息通过 ESP8266 模块上传至 OneNet 云平台。
5. 5. 主循环：main() 函数是程序的主入口，不断获取传感器数据，进行环境控制，并上传数据。

总结：

这段代码展示了如何在 STM32F103RCT6 上进行多传感器数据采集、环境控制和物联网数据上传的基本实现。