描述

<div> 项目摘要 本项目设计并实现了一款基于STM32的轻量化智能家居中控系统，集成环境感知、智能灯光控制、窗帘自动驱动、风扇温控调速、人体感应安防、声光告警、本地彩屏交互与蓝牙无线透传控制功能。整机将全部传感器、执行驱动、按键交互、状态显示、电源管理集成在自主设计的通孔PCB板上，硬件全直插设计，极易手工焊接与教学复刻。系统支持本地全自动智能联动+手机蓝牙远程控制，实现“环境采集—逻辑判断—设备自动执行—状态回显上报”的完整智能家居闭环。软件自主编写多设备状态机、温控调速算法、人体安防逻辑、联动策略与屏幕UI交互，摆脱传统模块化堆砌方案。项目可用于宿舍智能改造、家庭简易智能家居、校园科创实训、嵌入式物联网教学展示。 注：本项目无外部付费云端模型，所有智能联动逻辑、阈值判断、设备调度、抗干扰防抖、联动优先级均为项目原创本地嵌入式算法；通用传感器数据手册驱动、基础串口协议为开源辅助资源，不计入原创核心功能。 1、项目功能介绍 1.1 项目背景与设计目标 目前市面成品智能家居设备多为成套闭源产品，价格高、无法二次开发、不适合学生学习嵌入式控制逻辑；而传统单片机智能家居作品大多采用面包板跳线搭建，走线杂乱、稳定性差、无规范PCB、无整机结构，无法作为成品展示与竞赛申报。 本项目设计目标：打造一套全开源、易复现、纯本地智能联动、软硬一体的智能家居中控系统，通过传感器自动感知室内温湿度、人体活动、光照环境，自主完成灯光、窗帘、风扇的智能联动控制，同时支持手机蓝牙远程手动操控，兼具实用性、观赏性与教学性，适合课程设计、毕业设计、科创竞赛与宿舍智能化改造。 1.2 整体分层方案 本系统采用分层架构设计，分为感知层、中控决策层、执行驱动层、人机交互层、无线通信层，架构清晰、耦合度低、扩展性强。 层级 组成模块 主要作用 环境感知层 DHT11温湿度、光敏检测、人体红外PIR 实时采集室内温度、湿度、光照强度、人体移动信号 中控决策层 STM32主控、智能联动算法、多设备状态机 数据滤波、阈值判断、设备调度、冲突管理、智能逻辑运算 执行驱动层 灯光继电器、窗帘舵机、风扇调速、蜂鸣器告警 执行开灯关灯、窗帘开合、风扇温控调速、异常提醒 人机交互层 0.96寸OLED彩屏、实体功能按键、状态LED 显示环境数据、设备状态、运行模式、手动参数调节 无线通信层 HC-05蓝牙模块 手机蓝牙透传，远程查看数据、手动控制所有家电设备 整体工作链路：传感器实时采集环境数据 → 主控软件滤波降噪 → 智能算法判断场景条件 → 自动驱动对应家电设备动作 → OLED同步刷新设备状态 → 蓝牙上传数据至手机，实现全自动智能家居联动。 1.3 核心落地功能 （1）温湿度智能监测与风扇温控调速 通过DHT11实时采集环境温湿度，软件做均值滤波防抖，设置多级温度阈值：低温休眠、中温低速、高温高速自动调速，实现无需人工干预的智能散热。 （2）光照自适应灯光智能控制 光敏电阻检测环境亮度，结合昼夜阈值判断，暗光环境自动开灯、强光自动关灯；同时支持手机与按键手动强制切换，自动/手动模式互不冲突。 （3）人体感应智能窗帘与安防监测 白天光照充足时检测到人自动开帘、夜间自动关帘；无人静置延时自动复位。闲置长时间无人触发可进入安防监测状态，异常人体闯入触发蜂鸣器告警。 （4）多模式本地按键控制 板载实体按键支持模式切换、阈值调节、设备手动开关、系统复位，无需连接手机即可独立完成全屋设备控制。 （5）蓝牙手机远程监控与控制 手机蓝牙可实时接收温湿度、光照、设备在线状态，支持远程开关灯光、开合窗帘、启停风扇、切换自动/手动模式。 （6）OLED可视化状态显示 屏幕实时刷新温湿度数值、光照等级、风扇档位、灯光状态、窗帘状态、系统运行模式，界面简洁直观，整机状态一目了然。 （7）全通孔可教学开源硬件 整机PCB全部采用直插器件，无精密贴片，焊接门槛极低，适合社团教学、新生实训、课程设计复刻。 1.4 核心工程工作 硬件电路与PCB工程 完成整套智能家居系统原理图设计，包含STM32最小系统、电源稳压、传感器采集电路、继电器灯光驱动、舵机窗帘驱动、风扇调速电路、蜂鸣器告警、OLED显示、按键交互、蓝牙接口电路。 采用模数分区布线，传感器弱信号走线短距离独立布局，避开继电器、风扇大电流干扰区域，大幅提升采集稳定性；电源部分增加多级去耦电容，抑制瞬时负载波动，避免设备误触发、死机复位。 PCB整体布局规整，传感器、按键、屏幕、执行接口分区排布，预留安装固定孔，结构适配亚克力外壳；全部器件选用通孔封装，降低焊接、维修、复刻难度。 嵌入式软件系统开发 完成全套外设底层驱动适配：GPIO按键、OLED屏幕、DHT11、光敏AD采集、舵机PWM驱动、风扇调速、串口蓝牙通信。 自主编写多设备共存状态机，区分自动智能模式、手动控制模式，解决多设备同时触发的优先级冲突、重复执行、抖动误触发问题。 设计环境数据均值滤波算法，消除传感器跳变、电源纹波带来的数据抖动，提升智能家居判断稳定性。 实现延时消抖、无人静置超时复位、多级阈值调速、模式互锁等核心逻辑，让整机具备真实智能家居的自适应能力，而非简单IO点灯控制。 完成整机逐级调试：最小系统调试、传感器校准、执行机构调试、蓝牙通信联调、长时间稳定性拷机。 1.5 项目特点 1. 软硬一体化成品设计：自主PCB整机集成，无飞线、无面包板堆砌，结构完整、稳定性高、展示效果强。 2. 纯本地智能联动：不依赖云端、不依赖网络，所有智能判断、设备联动全部本地单片机完成，响应速度快、无延迟、无隐私风险。 3. 多设备协同互锁机制：灯光、窗帘、风扇、安防多设备独立运行且逻辑互锁，避免功能冲突，接近商用智能家居逻辑。 4. 教学友好、可复刻性强：全通孔硬件、模块化软件、完整开源资料，非常适合电赛、课设、毕设、社团教学。 5. 双控制模式兼容本地按键+手机蓝牙远程双重控制，适配日常使用与演示展示场景。 2、项目属性 2.1 公开与参赛情况 本项目为原创首次公开，专为第十届立创电子设计开源大赛开发，未在任何平台提前发布、未公开源码与硬件资料。 本项目未参加其他竞赛、无任何获奖记录；未参与校内课程答辩、毕业设计答辩，为独立原创竞赛开源项目。 2.2 原创边界说明 本项目原创核心（不可替代、项目主体）：整机系统方案架构、智能家居多设备联动逻辑、环境滤波算法、温控多级调速策略、光照+人体复合判断逻辑、模式互锁状态机、抗干扰硬件电路设计、完整通孔PCB布局布线、整机软硬件联调与适配方案。 非原创第三方辅助内容（仅底层支撑）：STM32标准库底层驱动、通用OLED基础驱动、DHT11基础读数据协议、HC-05蓝牙通用串口协议、通用舵机驱动底层时序。以上内容仅为基础工具，不纳入本项目原创创新点。 本项目不将市场通用传感器、通用模块、基础开源驱动作为自己核心原创功能，完全符合大赛原创评分规则。 3、开源协议 3.1 协议与开放范围 本项目所有原创硬件设计、应用层源码、智能算法、状态机逻辑、UI界面、调试文档、结构图纸统一采用 GPL 3.0 开源协议公开。项目核心功能开源比例超90%，满足大赛80%以上开源要求。 公开内容包含：嘉立创EDA原理图与PCB源文件、Gerber制板文件、BOM清单、装配图纸、全套可编译工程源码、联动算法源码、屏幕UI资源、项目说明书、焊接调试教程、整机测试报告。 无闭源核心逻辑、无隐藏功能，所有智能家居联动策略全部开源可复现、可二次修改拓展。 3.2 第三方合规声明 项目引用的各类底层开源驱动、通用协议库均逐一标注来源、版本与开源协议，保留原作者版权声明，严格遵循上游开源规范。所有第三方基础驱动仅作为底层调用，不参与项目原创核心功能申报，无侵权、无违规引用问题。 4、硬件部分 4.1 硬件模块组成 模块 核心器件 功能作用 主控最小系统 STM32F103C8T6 整机逻辑运算、算法执行、设备调度、外设管理 温湿度采集 DHT11 实时采集环境温度、湿度数据 光照检测 光敏电阻+AD采集 获取环境亮度，用于灯光、窗帘智能判断 人体安防检测 HC-SR501红外人体传感器 检测人体移动，实现安防与智能窗帘逻辑 灯光驱动模块 5V继电器 控制家用小功率灯具开关 窗帘驱动模块 SG90舵机 模拟窗帘开合角度控制 风扇调速模块 三极管调速电路 实现多档位温控风扇调速 告警提示模块 有源蜂鸣器 异常闯入、阈值超限声音提醒 显示交互模块 0.96寸OLED、功能按键、状态LED 数据显示、模式切换、参数调节、状态指示 无线通信模块 HC-05蓝牙模块 手机远程数据查看与设备控制 电源系统 AMS1117-5.0、滤波电容、防反接 整机稳定供电、保护电路、纹波抑制 4.2 硬件工作原理 整机由5V直流供电，经稳压、滤波、防反接电路生成稳定3.3V电压为主控、传感器、屏幕供电。所有环境传感器实时采集模拟与数字信号送入STM32主控，主控通过软件滤波与逻辑算法判定当前室内环境状态。 灯光继电器采用光电隔离驱动，避免负载干扰回灌主控；风扇采用三极管PWM调速，实现无级/多级调速效果；舵机通过精准PWM时序控制转角，模拟窗帘全开、半开、全关状态。 人体红外与光敏信号作为智能联动触发源，结合时间阈值、延时逻辑完成自动化场景控制；蓝牙串口透传实现手机与设备双向数据交互，本地可控、远程可监。 PCB严格区分模拟采集区域与数字功率区域，传感器走线短且独立，有效杜绝继电器吸合、风扇运转带来的电源干扰，保证智能家居系统长期稳定运行。 4.3 调试与测试方法 调试流程：目检防短路 → 限流上电测试电源 → 最小系统点亮 → 屏幕与按键调试 → 传感器数据校准 → 执行机构单独测试 → 蓝牙通信联调 → 整机智能联动测试 → 长时间稳定性拷机。 测试合格标准：温湿度数据稳定无跳变、光照采集灵敏、人体感应可靠；灯光、风扇、窗帘自动响应准确；自动/手动模式切换无冲突；蓝牙通信稳定不丢包；连续通电2小时无死机、无误触发、无自动复位。 5、软件部分 5.1 软件架构与流程 软件采用四层分层架构：应用业务层、服务逻辑层、设备驱动层、系统底层层，代码模块化、低耦合、便于二次开发。 主流程：上电初始化所有外设 → 屏幕开机自检 → 读取默认阈值参数 → 传感器循环采集与滤波 → 智能状态机逻辑判断 → 执行对应设备动作 → OLED刷新状态 + 蓝牙上报数据 → 循环运行。 5.2 核心原创软件机制 （1）多设备状态机管理 区分自动智能模式、手动控制模式，设备状态互锁，防止同一设备被多次重复触发，解决多设备并行运行冲突问题。 （2）传感器均值滤波防抖 对AD光敏数据、温湿度数据做滑动均值滤波，消除电源波动、环境干扰导致的数据抖动，让智能判断更加稳定。 （3）多级温控风扇调速算法 根据温度区间自动切换休眠、低速、中速、高速四档风速，实现真正的智能温控，而非单一开关控制。 （4）光照+人体复合联动逻辑 结合光照强度与人体存在双重条件判断，实现白天亮灯抑制、夜间人体亮灯、无人延时关灯关帘的生活化智能场景。 （5）超时复位与抗误触发机制 加入无人静置延时、按键消抖、传感器误判过滤，极大提升整机稳定性，符合智能家居产品级体验。 5.3 源码编译环境 开发环境：Keil MDK5；编译工具：ARMCC；主控芯片：STM32F103C8T6；程序烧录方式：ST-Link下载；源码结构分层清晰，驱动、逻辑、界面、业务完全分离，可直接编译复现。 6、BOM清单 序号 元器件名称 型号规格 品牌 封装 用途 采购渠道 1 主控单片机 STM32F103C8T6 ST LQFP48 系统主控、算法运算、设备调度 立创商城 2 温湿度传感器 DHT11 国产 直插 环境温湿度采集 立创商城 3 人体红外传感器 HC-SR501 国产 模块直插 人体移动检测、安防监测 立创商城 4 光敏电阻 5516 国产 直插 环境光照强度采集 立创商城 5 舵机 SG90 国产 模块 模拟智能窗帘开合 立创商城 6 继电器模块 5V单路 国产 直插 智能灯光开关控制 立创商城 7 蓝牙模块 HC-05 国产 模块 手机无线通信与远程控制 立创商城 8 OLED显示屏 0.96寸 I2C 国产 模块 系统数据与设备状态显示 立创商城 9 有源蜂鸣器 5V 国产 直插 安防告警、状态提示 立创商城 10 稳压芯片、电阻电容、按键、LED 通用直插器件 国产 直插 电源、限流、滤波、人机交互 立创商城 7、大赛LOGO验证 项目PCB丝印层添加立创电赛官方LOGO，丝印位置干净无遮挡、无走线覆盖，制板后实物清晰可辨，满足大赛LOGO验证要求。 8、项目演示视频要求 视频采用横屏拍摄，分辨率1280×720及以上，MP4/MOV格式，文件大小控制在50M以内。 视频统一标题：立创电赛：《多功能智能家居中控系统》-整机功能演示 视频拍摄内容：硬件整机展示、上电初始化、温湿度实时监测、灯光光照联动、窗帘人体联动、风扇温控调速、手机蓝牙远程控制、安防告警演示、整机稳定性展示。可同步发布至各平台参与人气冲榜。 </div>