摘要

随着智能家居技术的不断进步，实现家居环境的智能化管理在提升居住舒适度、推动节能减排方面发挥着重要作用。传统家居设备多依赖人工操作，存在响应滞后、控制精度不足等问题，难以满足现代家庭对高效、个性化生活的需求。

本系统基于 STM32F103C8T6 单片机，结合 WiFi 通信技术，构建了一套智能程度较高的家居控制系统。系统集成了 DHT11 温湿度传感器、MQ-135 空气质量传感器、光照检测模块、操作按键、OLED 显示屏、ESP8266 WiFi 模块以及风扇、窗帘驱动装置和声光报警模块等执行单元，实现了对室内环境的实时监测与远程智能调控。

其主要功能包括：利用 DHT11 实时采集环境温湿度数据，当温度或湿度超过设定阈值时，自动启动风扇进行降温除湿；通过 MQ-135 对空气质量进行监测，若检测值超出上限，则开启风扇通风并触发报警提示；借助光照传感器感知环境亮度，当光照强度低于预设最小值时自动关闭窗帘，反之则打开；用户可通过按键设置各项参数（如温湿度上限、空气质量阈值、光照下限），并支持手动控制风扇与窗帘的运行状态。

OLED 显示屏用于实时展示当前环境参数及设备工作情况，方便本地查看。同时，系统通过 ESP8266 WiFi 模块将采集的数据上传至移动终端，实现手机端对环境信息的远程监控，支持远程调整阈值及操控风扇、窗帘开关。

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该方案有效提升了家居管理的自动化水平，降低了人为干预频率，为用户提供了更加安全、舒适的居住体验。同时，系统的模块化设计与功能集成方式，也为后续同类智能家居产品的开发提供了可行的技术参考，具备良好的应用价值与推广潜力。

关键词：STM32F103C8T6；智能家居；WiFi 通信；传感器；自动控制；远程监测

ABSTRACT

With the continuous advancement of smart home technology, intelligent management of residential environments has become increasingly important for enhancing living comfort and promoting energy efficiency. Conventional home device control primarily depends on manual intervention, which often results in delayed responses and imprecise regulation, failing to meet the growing demand for convenience and personalization in daily life.

A smart home control system based on the STM32F103C8T6 microcontroller is proposed, integrating WiFi communication capabilities for remote monitoring and automation. The system incorporates various components including the DHT11 temperature and humidity sensor, MQ-135 air quality sensor, light intensity detection module, control buttons, an OLED display, an ESP8266 WiFi module, and actuators such as fans, curtain driving mechanisms, and an audible-light alarm unit.

Key functionalities include real-time environmental monitoring using the DHT11 sensor; when temperature or humidity exceeds preset thresholds, the fan is automatically activated to cool down or dehumidify the space. Air quality is continuously assessed via the MQ-135 sensor—once pollution levels surpass the limit, ventilation is initiated through the fan and an alarm is triggered. The light detection module adjusts the curtains automatically: closing them when ambient light falls below a set minimum, and opening them otherwise.

Users can configure threshold values for temperature, humidity, air quality, and light intensity via physical buttons, as well as manually operate the fan and curtain systems. Real-time data and device statuses are displayed locally on the OLED screen. Additionally, environmental data is transmitted wirelessly through the ESP8266 module to mobile devices, enabling remote access to environment parameters, remote threshold configuration, and remote control of connected appliances.

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This system significantly improves the intelligence and convenience of home environment management, reduces reliance on manual operations, and creates a safer, more comfortable living space. Its modular architecture and integrated approach also offer valuable insights for the development of similar smart home solutions, demonstrating strong practical applicability and market potential.

本系统以STM32F103C8T6微控制器为核心，结合WiFi通信技术构建了一套智能家居环境监控与调控平台。系统集成了DHT11温湿度传感器、MQ-135空气质量传感器、光照检测模块、按键输入单元、OLED显示屏、ESP8266 WiFi模块以及多种执行机构（包括风扇、窗帘驱动装置和声光报警模块），实现了对居家环境的自动化感知与远程智能控制。

通过DHT11传感器实时采集环境中的温度与湿度数据，当检测值超过用户设定的上限阈值时，系统将自动启动风扇进行降温除湿操作；利用MQ-135传感器监测空气中有害气体浓度，一旦数值超标，不仅会触发风扇通风换气，同时激活声光报警模块以提示异常状况；借助光照检测模块感知室内亮度变化，若光照强度低于预设下限则自动关闭窗帘，反之则开启，从而实现对光线条件的动态调节。

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系统支持通过物理按键灵活设置温度、湿度、空气质量的最高允许值以及光照强度的最低阈值，并可手动控制风扇和窗帘的开关状态，满足个性化使用需求。所有环境参数及设备运行状态均能实时显示在OLED屏幕上，方便本地查看与操作。此外，通过内置的ESP8266 WiFi模块，可将采集到的数据上传至移动终端，用户可在手机端远程查看当前环境信息，调整各项阈值参数，并远程操控风扇与窗帘的启停。

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该方案有效提升了家庭环境管理的智能化水平与使用便捷性，显著降低了人工干预频率，为用户营造出更加舒适、安全的居住空间。同时，系统的架构设计与功能实现也为同类智能家居产品的研发提供了可行的技术参考，具备较强的实用价值和广阔的推广前景。

关键词：STM32F103C8T6；智能家居；WiFi通信；传感器；自动控制；远程监控

第1章 绪论

本章节主要阐述课题的研究背景、目的及其实际应用价值，同时对当前国内外在相关技术领域的发展现状进行梳理与分析，为后续系统设计提供理论支持和研究依据。

第2章 设计思路与方案论证

2.2 整体设计方案

基于系统功能需求，提出一种集成环境监测与智能控制于一体的综合解决方案。系统以主控芯片为核心，结合温湿度、空气质量、光照强度等多类传感器，实现对环境参数的实时采集，并通过WiFi模块完成数据上传与远程通信。显示模块用于本地信息呈现，按键模块支持用户交互设置，执行设备驱动电路可控制外部装置运行，当检测值超出预设阈值时，声光报警模块启动提示。

2.1 主要元器件选择

2.1.1 主控芯片选择

选用高性能、低功耗的微控制器作为系统核心处理单元，具备丰富的外设接口和较强的运算能力，满足多任务处理需求。

2.1.2 温湿度传感器选择

采用数字输出型温湿度传感元件，具有测量精度高、响应速度快、稳定性好等特点，适用于复杂环境下的长期监测。

2.1.3 空气质量传感器选择

选取可检测多种有害气体浓度的传感器，能够有效识别空气污染程度，为改善室内空气质量提供数据支撑。

2.1.4 光照检测模块选择

使用光电感应器件构成的光照强度检测单元，可将光信号转换为电信号，并经模数转换后供主控芯片处理。

2.1.5 WiFi 模块选择

配置支持无线局域网通信的模块，实现设备与服务器或移动终端之间的数据交互，确保信息传输的实时性与可靠性。

2.1.6 显示模块选择

选配OLED显示屏，其自发光特性无需背光，对比度高，视角广，适合小尺寸嵌入式系统的可视化界面展示。

2.1.7 按键模块选择

采用机械式轻触开关构建人机交互输入结构，操作直观，成本低廉，便于系统参数的手动设定与模式切换。

2.1.8 执行设备驱动模块选择

设计继电器或MOSFET驱动电路，用于控制风扇、加湿器等外围执行机构的启停动作，实现环境调节自动化。

2.1.9 声光报警模块选择

集成蜂鸣器与LED指示灯的报警单元，在异常情况下发出声音与灯光警示，提升系统的安全提醒功能。

第3章 硬件电路设计

3.1 主控电路模块

主控芯片外围配置晶振电路、复位电路及电源滤波网络，保障系统稳定上电运行，引脚合理布局以减少干扰。

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3.2 温湿度传感器电路

传感器通过单总线协议与主控连接，供电端加入去耦电容，信号线上拉电阻保证通信稳定性。

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3.3 空气质量传感器电路

采用模拟电压输出型传感器，连接至主控的ADC输入通道，配合滤波电路提高采样准确性。

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3.4 光照检测模块电路

利用光敏电阻与分压电阻组成感光回路，输出随光照变化的模拟量，送入MCU进行模数转换处理。

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3.5 显示模块电路

OLED屏通过IC接口与主控通信，节省IO资源，屏幕供电需独立稳压以避免亮度波动。

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3.6 WiFi 模块电路

模块通过串口与主控交换数据，内置天线设计增强信号接收能力，电源部分增加磁珠抑制高频噪声。

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3.7 按键模块电路

各按键一端接地，另一端接主控GPIO并配置内部上拉，通过软件消抖提升按键识别准确率。

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3.8 执行设备驱动电路

采用三极管驱动继电器的方式控制高功率负载，加入续流二极管保护开关器件免受反向电动势损害。

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3.9 声光报警模块电路

蜂鸣器由NPN三极管驱动，LED并联限流电阻后接入电源，主控输出高低电平控制报警状态。

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第4章 系统程序设计

4.2 系统主流程设计

系统上电后初始化各功能模块，进入循环检测状态，持续读取传感器数据，更新显示内容，判断是否触发报警或执行控制逻辑，同时响应按键操作与网络通信请求。

4.1 编程软件介绍

开发环境采用集成化编译工具，支持代码编辑、调试下载与仿真分析，便于程序编写与功能验证。

4.3 独立按键

通过定时扫描方式检测按键状态，结合延时函数实现硬件消抖，支持短按与长按两种操作模式。

4.4 OLED显示流程设计

初始化屏幕后建立字符与图形的绘制函数库，按页面分区刷新时间、环境参数、设备状态等信息。

4.5 温湿度检测模块子流程

调用专用通信协议读取传感器数据，校验无误后进行温度与湿度数值解析，并存入全局变量供其他模块调用。

4.6 步进电机子流程设计

根据控制指令生成脉冲序列，控制步进电机正反转或停止，实现通风装置的精确角度调节。

4.7 WiFi模块子流程设计

配置模块工作模式，建立TCP连接，封装JSON格式数据包发送至云平台，同时监听下行指令并作出响应。

4.8 ADC模数转换子流程设计

启动片内ADC对光照和空气质量信号进行采样，采用多次平均法降低随机误差，获取稳定有效的模拟量值。

第5章 实物测试与功能验证

5.1 整体实物测试

完成硬件组装与软件烧录后，对系统整体运行情况进行通电测试，确认各模块协同工作正常，功能完整。

5.2 温湿度传感器功能测试

在不同温湿环境下进行对比测量，记录数据显示结果并与标准仪器比对，验证其测量准确性。

5.3 空气质量传感器功能测试

通过释放特定气体观察传感器响应曲线，检测其灵敏度与恢复时间，评估其在实际场景中的可用性。

5.4 光照检测模块功能测试

在强光、弱光及黑暗环境中分别测试输出值，确认光照检测范围符合设计预期。

5.5 WiFi 模块功能测试

检查模块能否成功连接指定网络，测试数据上传频率与成功率，验证远程通信功能的稳定性。

5.6 执行设备功能测试

模拟环境超标条件，观察继电器是否按逻辑导通，验证风扇、加湿器等执行部件的动作正确性。

5.7 声光报警模块功能测试

人为设置越限阈值，触发报警机制，检验蜂鸣器鸣叫与LED闪烁是否同步且明显。

5.8 按键设置与显示功能测试

逐个操作按键，查看界面切换、参数调整等功能是否响应及时，显示内容是否同步更新。

第6章 总结与展望

6.1 总结

本文完成了集环境感知、数据显示、远程通信与自动控制于一体的智能化系统设计，实现了各项预定功能目标。系统结构合理，运行稳定，具备良好的实用性与扩展潜力。

6.2 展望

未来可在算法优化、能耗管理、多设备组网等方面进一步深入研究，探索引入人工智能技术实现预测性调控，提升系统的智能化水平与用户体验。

致谢

感谢所有在项目研发过程中给予技术支持和学术指导的老师与同仁，同时也感谢实验室提供的良好科研环境与设备资源。

参考文献

（此处省略具体参考文献列表）

附录

附录一：原理图

包含系统完整的电路原理设计图，标明各元器件连接关系与信号走向。

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附录二：PCB

提供印刷电路板布局图，体现元器件排布、走线规划与电磁兼容设计。

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附录三：主程序

列出系统核心控制代码框架，涵盖初始化、主循环及关键子函数实现逻辑。

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