基于 STM32F103C8T6 单片机的智能家居系统设计与实现

——从传感器采集到 MQTT 远程控制的完整方案解析

在当前智能家居快速发展的时代，如何利用低成本 MCU、无线通信模块与 MQTT 服务器搭建一个可扩展、易维护且可靠的智能家居系统，是许多电子工程师和 DIY 开发者关注的话题。
本文将详细介绍一个基于 STM32F103C8T6、ESP8266(ESP-01S)、EMQX MQTT 服务器 和 安卓 APP 的完整智能家居系统，从硬件设计、通信架构、固件编写到应用显示，逐步拆解整个方案的实现过程，帮助读者快速构建属于自己的智能家居控制平台。

源码分享

直接放到之前写的文章里了，免费开源，下载学习即可。

https://blog.csdn.net/weixin_52908342/article/details/155673101

一、项目目标

本项目旨在设计并实现一套基于 STM32F103C8T6 的智能家居系统。系统主要目标包括：

1. 采集环境温度数据并本地显示（OLED 屏幕）。
2. 通过 ESP8266 将温度数据实时传输到网关，再上传至云端 MQTT 服务器。
3. 移动端 APP 可实时查看温度数据，并下发控制指令。
4. 控制节点接收来自云端的控制命令，实现继电器、电机等负载设备的远程控制。

实现软硬件互联、可视化监控和远程控制，是本系统的核心目标。

二、概要实现方案

本系统采用 三层架构 实现数据采集、网络通信和用户交互。

1. STM32F103C8T6 负责底层硬件控制

• 驱动温度传感器、继电器、OLED 等外设；
• 通过 UART 与 ESP-01S 进行串口通信；
• 本地进行数据采集、处理、控制逻辑判断。

2. ESP-01S(ESP8266) 执行 MQTT 通信逻辑

• 采集来自 STM32 的传感器数据并转发到 MQTT 服务器；
• 接收 MQTT 服务器下发的控制命令；
• 通过 AT 指令或自写 SDK 对接 STM32。

3. 安卓 APP 提供用户界面

• 通过 MQTT 协议订阅设备数据；
• 展示实时温度曲线；
• 下发控制指令，如开/关继电器、电机启动等。

该方案结构清晰、扩展性强，适合后续增加更多传感器和子设备。

三、系统组成

3.1 传感器节点

硬件组成

• STM32F103C8T6：负责读取传感器数据、驱动显示模块。
• 温度传感器：可选 DHT11/DS18B20，本文以 DS18B20 为例。
• OLED 显示屏 (0.96 寸、SSD1315)：实时显示温度。
• ESP-01S 无线模块：与 MQTT 云端通信。

功能说明

传感器节点主要用于环境监测，采集周期 100ms，1Hz 上传云端数据。

3.2 控制节点

硬件组成

• STM32F103C8T6 核心控制 MCU
• 单路光耦继电器模块：用于设备的开关控制
• ESP-01S：接收指令

功能说明

控制节点接收 MQTT 云端的控制命令，如：

• 控制家电开关
• 控制马达/加热管
• 小型门禁的开合

实现真正从“查看数据”到“远程控制”的闭环。

3.3 WiFi 网关

• ESP-01S 作为网关 MCU
• 直接连接 EMQX MQTT 服务器
• 上行传感器数据
• 下发控制命令至 STM32 节点

网关设计简单、高效，适合部署在家中。

3.4 软件开发环境

3.5 软件组成

固件程序（STM32 + ESP8266）

• STM32 程序负责采集、显示与串口通信
• ESP8266 程序负责 MQTT 数据收发

APP

• 负责展示实时温度数据
• 提供远程控制按钮
• 实现消息订阅/发布

3.6 服务器

• 阿里云轻量服务器
• EMQX MQTT Broker
• 通过 TCP/1883 接口实现消息发布和订阅

四、功能要求

4.1 传感器节点功能

1. 温度监测

   • 每 100ms 采集一次温度
   • 通过 DS18B20 读取数字信号

2. 温度显示

   • OLED 屏实时刷新

3. MQTT 数据上传

   • ESP8266 每秒将数据发布到主题：

     home/sensor/temperature
     

4. 移动端查看

   • APP 订阅上述主题，实时显示数值和曲线

4.2 控制节点功能

• 接收 MQTT 控制主题：

  home/control/device1
  

• 根据命令驱动继电器

• 控制逻辑：

  • {"cmd":"on"} → 启动
  • {"cmd":"off"} → 关闭

五、技术路线详解

5.1 传感器节点技术路线

（1）数据采集

使用 DS18B20 数字温度传感器，单总线驱动，稳定可靠。
核心流程：

• 初始化 → 触发温度转换 → 读取 scratchpad → CRC 校验 → 温度换算

（2）OLED 显示

使用 I2C 驱动 SSD1315，显示内容包括：

• 实时温度
• WiFi 状态
• 设备 ID

（3）无线通信（STM32 ↔ ESP-01S）

通信方式：UART
协议格式示例：

$TEMP,25.6\n

（4）MQTT 数据上行

ESP8266 使用 Pub/Sub：

mqttClient.publish("home/sensor/temperature", value);

5.2 控制节点技术路线

（1）命令接收流程

MQTT 下行 → ESP8266 → 串口 → STM32 → GPIO 输出控制继电器

数据格式：

$CTRL,ON\n
$CTRL,OFF\n

（2）继电器驱动

使用光耦隔离，保护 MCU 防止高压干扰。

六、性能指标

七、进度安排

八、总结与展望

本项目基于 STM32F103C8T6 和 ESP8266，构建了一个 “采集—传输—监控—控制” 四位一体 的智能家居系统。系统具备：

• 模块化结构
• 通信架构清晰
• 扩展性强
• 运行稳定

本项目基于 STM32F103C8T6 与 ESP8266 构建了一套完整的智能家居系统，实现了环境数据采集、本地显示、无线传输、云端管理以及终端控制等核心功能。从硬件电路设计到通信协议实现，再到 MQTT 云端和移动端应用的搭建，整个系统体现了软硬件协同开发的思路。通过模块化架构设计，系统不仅具备良好的稳定性与实时性，也为后续扩展光照、湿度、门禁、安防等更多智能家居场景提供了充足空间。该方案以低成本实现了高实用性，是学习物联网系统开发、嵌入式通信以及智能家居架构设计的优秀实践案例。