基于物聯網技術設計的設計室內寵物監護系統

1. 項目開發背景

隨著科技的不斷進步，物聯網（IoT）技術逐漸滲透到生活中的各個方面，尤其在智能家居領域，物聯網技術不僅提高了家居設備的智能化程度，還提高了生活質量。寵物是許多人家庭中的重要成員，尤其在現代快節奏的生活中，寵物主人通常無法全天候陪伴寵物，容易忽略寵物的日常活動、健康狀況及生活環境的變化。為了幫助寵物主人隨時監控寵物的生活狀態，保證寵物的健康和安全，我們設計了一款基于物聯網技術的室內寵物監護系統。

本項目旨在通過物聯網技術，實時監測寵物生活環境中的溫濕度、光照、通風情況、煙霧檢測等參數，并且能夠實時監控寵物的活動情況，同時上傳數據至云端，便于主人通過手機APP查看寵物的狀態，方便在寵物出現異常時及時發現并采取相應措施。

2. 設計實現的功能

本項目主要包括以下功能模塊：

環境監控：
- 溫濕度監測：通過傳感器實時監測室內溫濕度，確保寵物生活環境舒適。
- 光照控制：根據實時光照情況調節室內光照，提供合適的環境光線。
- 通風控制：監測空氣質量，當室內空氣不流通時自動開啟通風系統。
- 煙霧檢測：實時監測室內煙霧濃度，避免火災發生，確保寵物安全。
寵物活動監控：
- 寵物活動檢測：通過傳感器檢測寵物的活動情況，包括運動、靜止等狀態。
- 實時視頻監控：通過攝像頭實時監控寵物的活動，并上傳至云端，供主人查看。
- 數據存儲：保存寵物每天的活動數據，幫助主人了解寵物的日常行為。
數據上傳與云端管理：
- 數據上傳：將實時監測的數據（如溫濕度、光照、煙霧、寵物活動數據等）通過Wi-Fi上傳至OneNet物聯網平臺。
- 數據查看：寵物主人可以通過OneNet平臺查看寵物的生活環境數據以及活動數據。
手機APP查看寵物狀態：
- 通過手機APP，寵物主人可以隨時查看寵物的狀態、環境數據、寵物活動信息等。
- 可以設置閾值，接收環境數據異常或寵物異常的警報通知。

3. 項目硬件模塊組成

本項目的硬件部分基于STM32F103RCT6作為主控芯片，采用ESP8266模塊提供Wi-Fi功能，其他外設包括溫濕度傳感器、光照傳感器、煙霧傳感器、運動傳感器、攝像頭等。

STM32F103RCT6：作為系統的主控芯片，負責系統的控制與數據采集，處理傳感器輸入并控制設備輸出。
ESP8266 Wi-Fi模塊：提供系統的無線通信能力，通過Wi-Fi將數據上傳至OneNet云平臺。
DHT22溫濕度傳感器：用于檢測室內的溫濕度，確保環境適宜寵物生活。
BH1750光照傳感器：用于檢測室內的光照強度，調節光照設備提供合適的光照。
MQ-2煙霧傳感器：用于檢測煙霧濃度，實時監測室內是否有火情發生。
PIR傳感器：用于檢測寵物的活動狀態，通過檢測寵物的運動情況來判斷其行為。
攝像頭模塊：用于實時監控寵物活動，提供視頻畫面上傳至云端。
蜂鳴器：用于報警，提醒主人寵物或環境狀態異常。
電動風扇：用于室內通風，當空氣質量差時自動開啟。

4. 設計思路

本項目的設計思路基于物聯網技術，將各種傳感器與控制模塊通過STM32F103RCT6單片機進行集成，通過ESP8266模塊實現數據上傳到云端，通過手機APP讓寵物主人能夠遠程監控寵物及其生活環境。

系統總體設計流程：

環境監測與控制：
- 使用DHT22溫濕度傳感器、BH1750光照傳感器、MQ-2煙霧傳感器實時監測環境的溫濕度、光照強度和煙霧濃度。
- 當溫度過高或濕度過低時，系統通過STM32控制風扇和其他設備進行調節，保證寵物的舒適生活環境。
寵物活動監控：
- 使用PIR傳感器檢測寵物活動，當檢測到寵物活動時，攝像頭開始工作，實時拍攝寵物的活動情況。
- 通過視頻監控，主人可以隨時查看寵物的活動情況。
數據上傳與云端監控：
- 所有采集到的環境數據和寵物活動數據通過ESP8266模塊上傳至OneNet云平臺，保證寵物主人隨時可以通過APP查看數據。
異常報警與通知：
- 當環境中的溫濕度、光照、煙霧等數據超過設定閾值時，系統會自動報警，并通過蜂鳴器發出聲音警報，同時將警報信息發送到寵物主人的手機。

5. 系統功能總結

功能模塊	描述
溫濕度監控	實時監測寵物生活環境的溫濕度，保證環境適宜寵物生活。
光照控制	根據室內光照強度自動調節室內燈光，保持合適的光照強度。
煙霧監控	檢測煙霧濃度，及時發現火情并進行報警，確保寵物的安全。
寵物活動監控	通過PIR傳感器檢測寵物活動，攝像頭進行實時監控，方便主人查看寵物狀態。
數據上傳	實時上傳環境數據與寵物活動數據至OneNet云平臺。
云端查看	寵物主人可通過OneNet平臺查看寵物的活動數據、環境數據和折線圖。
手機APP監控	寵物主人可以通過APP查看數據、設置閾值并接收警報通知。

6. 技術方案

硬件平臺：
- 主控芯片：STM32F103RCT6
- 無線通信模塊：ESP8266
- 溫濕度傳感器：DHT22
- 光照傳感器：BH1750
- 煙霧傳感器：MQ-2
- 寵物活動傳感器：PIR
- 攝像頭模塊：OV7670等
- 環境控制：電動風扇、蜂鳴器等
軟件平臺：
- 主控軟件：基于STM32CubeMX和HAL庫開發的嵌入式程序
- 云平臺：OneNet物聯網平臺
- 手機APP：基于React Native或Flutter開發的跨平臺APP
數據處理與上傳：
- 通過ESP8266模塊將實時數據通過HTTP或MQTT協議上傳至OneNet云平臺。
- 云平臺提供數據可視化功能，用戶可以查看實時數據和歷史數據。

7. 使用的模塊的技術詳情介紹

STM32F103RCT6：
- STM32F103RCT6是一個高性能的32位ARM Cortex-M3內核微控制器，具有豐富的外設接口，如GPIO、USART、I2C、SPI等，適合本項目的各種控制和數據采集任務。
ESP8266 Wi-Fi模塊：
- ESP8266是一個低功耗、低成本的Wi-Fi模塊，支持Wi-Fi功能，能夠將設備連接到云端，實現數據的上傳和遠程控制。
DHT22溫濕度傳感器：
- DHT22是一款高精度的溫濕度傳感器，具有較大的量程和較高的測量精度，適用于家庭環境監測。
BH1750光照傳感器：

BH1750是一款數字式的光照傳感器，可以提供精確的光照強度數據，適用于室內光照監測。

MQ-2煙霧傳感器：
- MQ-2煙霧傳感器具有較高的靈敏度，可以檢測到空氣中的煙霧、甲烷等氣體，適用于火災預警。
PIR傳感器：
- PIR傳感器用于檢測紅外輻射，能夠判斷寵物的活動情況，適用于寵物活動監測。

8. 預期成果

成功實現環境監控與控制系統，包括溫濕度、光照和煙霧監測功能。
實現寵物活動的實時監控和數據上傳功能。
通過OneNet平臺成功上傳數據，并能夠在手機APP中查看寵物及環境數據。
系統能夠實時報警，確保寵物的安全和環境的舒適性。

9. 總結

本項目設計了一個基于物聯網技術的室內寵物監護系統，通過實時監測環境數據和寵物活動，保證寵物生活環境的舒適性與安全性。通過使用STM32F103RCT6作為主控芯片，ESP8266模塊提供Wi-Fi功能，系統能夠實時采集數據并上傳至OneNet云平臺。寵物主人可以通過手機APP隨時查看寵物的生活狀態和環境變化，實現遠程監控，確保寵物的健康與安全。

10. STM32代碼設計

本代碼包括：

初始化外部硬件（傳感器、Wi-Fi模塊等）。
通過 STM32F103RCT6 主控芯片采集傳感器數據。
使用 ESP8266 Wi-Fi 模塊將數據發送到 OneNet 云平臺。
實現環境監控和寵物活動檢測。

以下是 main.c 的代碼：

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "string.h"
#include "stdio.h"
#include "dht22.h"  // 有一個 DHT22 傳感器的驅動
#include "bh1750.h" // 有一個 BH1750 傳感器的驅動
#include "mq2.h"    // 有一個 MQ2 煙霧傳感器的驅動
#include "esp8266.h" // 有 ESP8266 模塊的驅動
#include "pwm.h"     // 有控制風扇的 PWM 驅動#define TEMP_THRESHOLD 30.0f // 溫度閾值
#define HUMID_THRESHOLD 60.0f // 濕度閾值UART_HandleTypeDef huart1;
I2C_HandleTypeDef hi2c1;
SPI_HandleTypeDef hspi1;
TIM_HandleTypeDef htim2;// 外部傳感器接口
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;// 初始化外設
void System_Init(void) {HAL_Init();// 初始化 GPIO, UART, I2C, SPI, 定時器等外設MX_GPIO_Init();MX_USART1_UART_Init();MX_I2C1_Init();MX_SPI1_Init();MX_TIM2_Init();// 初始化傳感器DHT22_Init(&hDHT22);BH1750_Init(&hBH1750);MQ2_Init(&hMQ2);PIR_Init(&hPIR);// 初始化 ESP8266ESP8266_Init(&hESP8266, &huart1);// 初始化 PWM 控制風扇PWM_Init(&htim2);
}// 獲取傳感器數據
void Get_Sensor_Data(void) {// 獲取溫濕度if (DHT22_Read(&hDHT22, &temperature, &humidity) != HAL_OK) {printf("DHT22 Read Error\r\n");}// 獲取光照強度if (BH1750_Read(&hBH1750, &light_level) != HAL_OK) {printf("BH1750 Read Error\r\n");}// 獲取煙霧濃度if (MQ2_Read(&hMQ2, &smoke_level) != HAL_OK) {printf("MQ2 Read Error\r\n");}// 獲取寵物活動檢測pet_activity_detected = PIR_Read(&hPIR);
}// 環境監控及控制
void Environment_Control(void) {// 如果溫度過高，啟動風扇if (temperature > TEMP_THRESHOLD) {PWM_SetDutyCycle(&htim2, 100); // 設置最大風扇轉速} else {PWM_SetDutyCycle(&htim2, 0);   // 關閉風扇}// 如果濕度過高，可以啟動除濕設備（此處省略除濕設備控制代碼）if (humidity > HUMID_THRESHOLD) {printf("Humidity is too high, turn on dehumidifier\r\n");}// 如果煙霧濃度過高，報警if (smoke_level > 200) { //  200 為煙霧報警閾值HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_SET);  // 啟動蜂鳴器} else {HAL_GPIO_WritePin(GPIOB, GPIO_PIN_0, GPIO_PIN_RESET); // 關閉蜂鳴器}
}// 數據上傳到 OneNet
void Upload_Data_To_OneNet(void) {// 格式化數據并上傳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); // 發送數據到 OneNet
}// 主函數
int main(void) {// 系統初始化System_Init();// 無限循環進行傳感器數據采集與上傳while (1) {// 獲取傳感器數據Get_Sensor_Data();// 環境控制（風扇、濕度、煙霧控制等）Environment_Control();// 上傳數據到 OneNetUpload_Data_To_OneNet();}
}

代碼說明：

系統初始化：通過 System_Init() 函數初始化 STM32 的外設（GPIO, UART, I2C, SPI, 定時器等），并初始化各個傳感器和 ESP8266 模塊。
傳感器數據采集：Get_Sensor_Data() 函數負責從 DHT22、BH1750、MQ2 和 PIR 傳感器獲取環境數據和寵物活動狀態。
環境控制：Environment_Control() 函數根據溫度、濕度、煙霧等傳感器數據控制風扇（PWM）、除濕設備和蜂鳴器。
數據上傳：Upload_Data_To_OneNet() 函數將采集到的環境數據和寵物活動信息通過 ESP8266 模塊上傳至 OneNet 云平臺。
主循環：main() 函數是程序的主入口，不斷獲取傳感器數據，進行環境控制，并上傳數據。