基於 STM32 的智能窗户控制系統設計與實現【源碼分享】
智能家居的發展正讓越來越多的傳統設備煥發生機，而“窗户”作為家庭環境調節與安全防護的重要環節，其自動化與智能化價值也愈發顯現。本文將基於 STM32 微控制器 + ESP8266 Wi-Fi 模塊，設計並實現一個具備環境感知、安全監測、自動控制與遠程交互能力的智能窗户控制系統。整個方案以嵌入式設計為核心，兼具工程可實施性和軟硬件擴展能力。
源碼分享
免費開源，源碼見：
https://blog.csdn.net/weixin_52908342/article/details/155538167
一、系統總體架構
智能窗户控制系統以 STM32 為主控，協同 ESP8266 進行無線通信，實現以下功能：
- 構建傳感器局域網，採集窗户周邊環境數據
- 實時監測温濕度、雨滴、風力、光照等環境信息
- 監測異常入侵情況，並進行本地或遠程告警
- 控制電機實現自動開關窗
- 使用手機 APP 遠程查看數據與控制窗户開合
- 提供擴展接口，實現更多場景自動化
整體結構如下：
┌─────────────────────────────────┐
│ 手機 App / 雲端服務 │
└───────────────▲─────────────────┘
│ Wi-Fi (ESP8266)
┌───────────────┴─────────────────┐
│ ESP8266 │
│ Wi-Fi 通信 / MQTT / HTTP 控制通道 │
└───────────────▲─────────────────┘
│ UART
┌───────────────┴─────────────────┐
│ STM32 │
│ 傳感器管理 | 控制算法 | 電機驅動 | 安防檢測 │
│ │
│ 傳感器總線(I2C/ADC/UART) │
└───────────────┬─────────────────┘
│
┌────────┴──────────┐
│ │ │
雨滴傳感器 温濕度傳感器 光照傳感器
風速模塊 霍爾/紅外入侵檢測 窗户位置檢測二、無線傳感器局域網的搭建（ESP8266）
為了實現遠程控制與數據查看，系統採用 ESP8266 作為無線通信模塊。實現方式包含兩個部分：
1. ESP8266 與 STM32 的串口通信協議
通過 UART 通信，設計輕量級的數據幀結構，如：
[Header][Cmd][Len][Payload][Checksum]用於實現以下命令交互：
- 上傳傳感器數據
- 發送開窗/關窗指令
- 狀態同步、心跳包
2. Wi-Fi 與雲端/APP 的通信
主流方式包括：
- MQTT：輕量、實時性強，適合 IoT
- HTTP + REST API：便於調試和快速集成
- WebSocket：適合實現實時狀態推送
ESP8266 作為網關，將 STM32 的數據透明地上傳至雲端，實現室內外雙向通信。
三、温濕度檢測與環境數據採集
系統採用常用的温濕度傳感器（如 SHT30、DHT20）採集 室內外温濕度，並由 STM32 進行以下處理：
- 數據濾波：如均值濾波、低通濾波
- 數據校準：消除傳感器誤差
- 趨勢判斷：用於窗户開關策略決策
例如：
當室外温度低於室內且空氣質量好時，可自動開窗通風；
反之，則保持關閉或僅部分開啓。
根據季節與用户習慣，還可以結合配置文件制定不同控制策略。
四、非法入侵檢測與驅離機制
考慮到窗户也是入侵入口，系統可接入多種檢測方式：
1. 紅外人體檢測（PIR）
檢測近距離移動物體，適合夜間警戒。
2. 窗户振動與位移監測
通過加速度計/震動傳感器檢測外力破窗行為。
3. 磁性開關/霍爾傳感器
判斷窗户是否被強行開啓。
當檢測到異常時：
- 本地警告（蜂鳴器、燈光）
- 推送警報到手機 APP
- 可選擇自動關閉窗户
實現家庭安防的一道額外防線。
五、雨滴、風力、光照檢測與天氣聯動
户外天氣的快速變化是影響開窗的關鍵因素，系統通過以下傳感器實時監測：
1. 雨滴傳感器
檢測降雨，一旦觸發立即關窗。
2. 風速檢測模塊（小型風力傳感器）
風力過大時需限制開窗角度，避免損壞。
3. 光照強度傳感器（光敏電阻/光照度計）
通過光強變化判斷時間段或天氣情況，有助於完善自動控制策略：
例如
- 光照變弱 + 風雨信號 → 可能即將下雨
- 高光照 → 夏季需要減少室外熱量進入
多源數據融合使窗户控制更智能。
六、電機控制與自動開關算法
核心執行機構為直流電機或步進電機，通過 L298N、TB6612 或更高效的無刷驅動進行控制。
1. 電機結構設計
- 推杆式開窗器：行程大、推力強
- 齒輪齒條式：控制精度高
- 小型舵機：適用於小窗户
2. 自動開關窗算法
算法可基於多條件決策，例如：
if (下雨 OR 風力過大) → 立即關窗
else if (室外温度低於室內 && 空氣質量好 && 無異常入侵) → 自動開窗
else if (夜間 && 温度較低) → 保持關閉可結合 PID 控制調節開窗角度，也可通過限位開關保證安全。
七、手機 APP 遠程控制與可視化
通過 ESP8266 將數據上傳至雲端，APP 可實時查看：
- 室內外温濕度
- 光照、風力、雨滴狀態
- 開窗位置和當前狀態
- 安防告警記錄
用户可遠程執行：
- 開窗 / 關窗 / 停止
- 切換自動/手動模式
- 設置窗户開合策略
- 啓動安防警戒模式
UI 可使用 Flutter、uni-app 或原生方案開發。
總結
本文構建了一個 完整的智能窗户控制系統方案，涵蓋了傳感器網絡、環境監測、安防檢測、電機控制算法、無線通信和遠程 APP 交互。
通過 STM32 + ESP8266 的組合，使原本普通的窗户具備了環境感知、自動控制與遠程操控能力，加速傳統家居設備的智能化升級。
