基于STM32與GSM的家庭智能防火防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王大雷，姚積歡,王　楠,汪材印

1.宿州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院，安徽宿州，234000;2.株洲易力達(dá)機(jī)電有限公司,湖南株洲，412002

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基于STM32與GSM的家庭智能防火防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王大雷1，姚積歡2,王楠1,汪材印1

1.宿州學(xué)院機(jī)械與電子工程學(xué)院，安徽宿州，234000;2.株洲易力達(dá)機(jī)電有限公司,湖南株洲，412002

摘要：針對(duì)目前家庭防火防盜報(bào)警系統(tǒng)現(xiàn)狀以及存在的主要問(wèn)題，提出了一種基于STM32與GSM的家庭智能防火防盜報(bào)警系統(tǒng)。系統(tǒng)采用4*4 鍵盤(pán)鎖、煙霧傳感器、人體熱釋感器、溫度傳感器作為檢測(cè)元件、以STM32F103RBT6作為主控芯片，利用液晶顯示模塊、GSM通信網(wǎng)絡(luò)及報(bào)警模塊等完成家庭智能防火防盜報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)低錯(cuò)報(bào)率和實(shí)時(shí)報(bào)警，增強(qiáng)了系統(tǒng)穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：STM32；GSM；防火防盜；傳感器

目前，普通家庭的防火防盜方法主要是安裝防盜窗、防盜門(mén)以及防盜鎖[1]。這些是人們通過(guò)日常生活經(jīng)驗(yàn)積累的傳統(tǒng)方法，但都存在一定的缺陷。一旦室內(nèi)發(fā)生失火或被盜時(shí)，人們不能及時(shí)掌握家庭的安全情況，也不能做相應(yīng)的處理，會(huì)給人們的財(cái)產(chǎn)或生命帶來(lái)嚴(yán)重的危險(xiǎn)。

為了解決以上問(wèn)題，本文提出一種基于STM32與GSM網(wǎng)絡(luò)的家庭智能防火防盜系統(tǒng)。本系統(tǒng)主要?jiǎng)?chuàng)新如下：(1)采用了近幾年新興的ARM系列微控制器STM32F103RBT6，其性?xún)r(jià)比高、功能強(qiáng)大、實(shí)時(shí)性好，且適用范圍廣泛等；(2)利用GSM通信網(wǎng)絡(luò)模塊[2-3]，可以使家庭防火防盜報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程無(wú)線通信，價(jià)格便宜，適用于普通家庭。

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本文防火防盜智能報(bào)警系統(tǒng)是一種新的電子智能報(bào)警系統(tǒng)[4]。它將意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的單片機(jī)STM32F103RBT6與移動(dòng)通信GSM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合[5]，利用電子探測(cè)模塊，設(shè)計(jì)成一個(gè)簡(jiǎn)單、安全、可靠，適合普通家庭室內(nèi)防火防盜的智能報(bào)警系統(tǒng)。系統(tǒng)總體構(gòu)成：?jiǎn)纹瑱C(jī)STM32F103RBT6Z主控制器、液晶顯示、4*4 矩陣鍵盤(pán)、紅外熱式感應(yīng)、煙霧傳感器，溫度傳感器，GSM及揚(yáng)聲器等模塊。本系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

本系統(tǒng)以STM32F103RBT6作為控制核心，首先通過(guò)密碼鎖進(jìn)行信息驗(yàn)證，并在LCD模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示；其次通過(guò)熱釋人體感應(yīng)模塊對(duì)室內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)；再次利用溫度傳感器對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行檢測(cè)；最后利用煙霧傳感器對(duì)室內(nèi)煙霧濃度進(jìn)行檢測(cè)。若檢測(cè)到密碼輸入錯(cuò)誤或室內(nèi)有人闖入，系統(tǒng)將被視為非法入侵；如果檢測(cè)室內(nèi)的溫度或煙霧濃度高于預(yù)設(shè)值時(shí)，立刻啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警，并通過(guò)GSM模塊將室內(nèi)實(shí)時(shí)信息第一時(shí)間發(fā)送至預(yù)設(shè)手機(jī)用戶(hù)。

圖1　系統(tǒng)總計(jì)設(shè)計(jì)框圖

2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

硬件電路的設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容[6]。系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要包括STM32單片機(jī)、GSM模塊、傳感器模塊及顯示器。系統(tǒng)主控電路如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)主控電路圖

2.1STM32單片機(jī)

根據(jù)項(xiàng)目的性能與控制要求，需要選擇合適的控制模塊，使系統(tǒng)能夠正常、穩(wěn)定的運(yùn)行。經(jīng)過(guò)反復(fù)研究，最終采用意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的STM32F103RBT6單片機(jī)作為本系統(tǒng)的控制芯片[7]，其功能如下：時(shí)鐘頻率72 MHz，存儲(chǔ)器128 KB Flash，閃存20 KB SRAM，2×SPI，CAN，PWM，2×ADC，8個(gè)16位定時(shí)器及112個(gè)通用I/O口等。它是一種低成本、高性能、低功耗的微控制器，采用ARM Cortex-M3內(nèi)核結(jié)構(gòu)，處理速度非?？欤瑫r(shí)鐘頻率可達(dá)72 MHz，在同類(lèi)產(chǎn)品中其性能最為優(yōu)越。

2.2GSM模塊

本系統(tǒng)采用國(guó)內(nèi)晨宇科技公司的一款雙頻900/1800MHz高度集成的GSM模塊—WF-SIM900A。它主要通過(guò)串口傳輸標(biāo)準(zhǔn)的AT命令對(duì)模塊進(jìn)行控制，并具有GSM網(wǎng)絡(luò)通信功能。主控制器STM32的I/O口PA2、PA3與GSM模塊的信號(hào)線接口進(jìn)行連接，兩個(gè)模塊之間可進(jìn)行通信。如有室內(nèi)發(fā)生報(bào)警，GSM模塊立刻啟動(dòng)，同時(shí)將室內(nèi)的狀況第一時(shí)間發(fā)送至用戶(hù)手機(jī)，由用戶(hù)進(jìn)行及時(shí)處理。

2.3顯示模塊

顯示模塊采用2.8寸TFTLCD，即真彩液晶顯示器。該顯示器分辨率為320*240，16位真彩顯示，自帶觸摸屏，其與外部連接方式如圖2所示，主要顯示室內(nèi)的溫度和煤氣濃度等實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)。

2.4傳感器模塊

2.4.1溫度傳感器DS18B20

該模塊采用DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20傳感器。它無(wú)需A/D轉(zhuǎn)換器就可以直接讀出被測(cè)溫度，并且根據(jù)實(shí)際具體要求實(shí)現(xiàn)9～12位的數(shù)值讀出方式。其信號(hào)線與單片機(jī)STM32的I/O口PB2進(jìn)行連接，直接實(shí)時(shí)輸出采集溫度的數(shù)字量，具有線路簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。

2.4.2人體熱釋感器模塊

該模塊的信號(hào)線與STM32的I/O口PB0進(jìn)行連接，它利用周?chē)欢ǚ秶鷥?nèi)的紅外信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并把一些很微弱的信號(hào)采集進(jìn)去，然后進(jìn)行放大。

2.4.3煤氣煙霧傳感器

該模塊采用MQ-2型煙霧傳感器。它可以很好地對(duì)液化氣、丙烷、氫氣等煤氣煙霧氣體進(jìn)行檢測(cè)，連于單片機(jī)STM32的I/O口PB1上。

2.54*4密碼鎖

由圖2可知，該模塊8個(gè)信號(hào)線依次與單片機(jī)STM32的I/O口PB8～PB15進(jìn)行連接。系統(tǒng)采用4*4密碼鎖進(jìn)行用戶(hù)信息驗(yàn)證，若密碼輸入錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)將判定為人員非法入侵，系統(tǒng)立刻啟動(dòng)智能報(bào)警系統(tǒng)并發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件包括4*4密碼鎖檢測(cè)程序，外來(lái)人員闖入室內(nèi)檢測(cè)程序，室內(nèi)溫度、煙霧濃度檢測(cè)程序，液晶顯示程序，語(yǔ)音報(bào)警程序及GSM通信程序。

主程序需要完成如下任務(wù)：

(1)系統(tǒng)初始化。設(shè)置溫度、煙霧濃度及密碼鎖等參數(shù)的初始值，設(shè)定中斷及定時(shí)器。

(2)密碼鎖檢測(cè)。利用4*4密碼鎖鍵盤(pán)進(jìn)行按鍵操作，由STM32控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并在LCD屏上顯示結(jié)果。

(3)室內(nèi)溫度檢測(cè)。利用溫度傳感器DS18B20對(duì)室內(nèi)溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

(4)室內(nèi)煙霧濃度檢測(cè)。利用MQ-2型煙霧傳感器對(duì)室內(nèi)煙霧濃度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

(5)室內(nèi)非法入侵檢測(cè)。系統(tǒng)通過(guò)人體紅外熱釋感應(yīng)傳感器對(duì)室內(nèi)是否有非法入侵者進(jìn)行檢測(cè)。

(6)啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)出密碼錯(cuò)誤、室內(nèi)溫度和煙霧濃度過(guò)高或有人非法入侵時(shí)，就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并通過(guò)GSM模塊將室內(nèi)的信息第一時(shí)間短信發(fā)送到戶(hù)主。

本文對(duì)家庭智能防火防盜系統(tǒng)進(jìn)行研究，利用STM32單片機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，其算法流程圖如圖3所示。

圖3　系統(tǒng)控制算法流程圖

4實(shí)驗(yàn)與結(jié)果

系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果能否達(dá)到實(shí)際設(shè)計(jì)的要求，是權(quán)衡本系統(tǒng)好與壞的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)的程序在MDK下編寫(xiě)、調(diào)試，之后生成2進(jìn)制文件,并由JLINK下載器寫(xiě)入STM32單片機(jī)中，然后將STM32單片機(jī)控制模塊和GSM短信模塊通過(guò)USART串口連接起來(lái)。當(dāng)系統(tǒng)程序正常運(yùn)行時(shí),則TFTCLD上顯示室內(nèi)實(shí)時(shí)溫度。如有人入室時(shí)，系統(tǒng)發(fā)生異常，立刻啟動(dòng)語(yǔ)音報(bào)警并利用GSM模塊將“快回家，快回家，家里有陌生人入侵”內(nèi)容發(fā)送給用戶(hù)。其檢測(cè)結(jié)果如圖4所示。

圖4　系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果

5結(jié) 語(yǔ)

本文對(duì)家庭智能防盜防火報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行研究，其設(shè)計(jì)的實(shí)物圖如圖5所示。

圖5　家庭智能防盜防火報(bào)警系統(tǒng)實(shí)物圖

本文利用STM32單片機(jī)與GSM通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了家庭智能防火防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)。首先結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，系統(tǒng)功能穩(wěn)定可靠；然后利用液晶顯示模塊，使系統(tǒng)具有良好的人機(jī)交互界面，可直觀地顯示檢測(cè)結(jié)果；最后，利用C語(yǔ)言進(jìn)行軟件編程，具有移植性好，開(kāi)發(fā)速度快，功能擴(kuò)展性強(qiáng)。本系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，報(bào)警錯(cuò)誤率低，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，價(jià)格便宜，適用于普通家庭。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉婷婷,楊文鉑.基于GSM的家庭無(wú)線防盜報(bào)警系統(tǒng)[J].技術(shù)研發(fā)，2013,20(5)：17-18

[2]劉磊,孫曉菲,張煜.基于GSM的寢室智能防盜報(bào)警系統(tǒng)[J].電子測(cè)量技術(shù),2015,38(5):97-100

[3]潘朝，黃佳，李平．基于GSM 短信的智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)量技術(shù),2013,36(6):121-124

[4]賈國(guó)材，姚琳，林福宏，等.基于GPRS的家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].成都信息工程學(xué)院學(xué)報(bào),2013,28(5):474-480

[5]李陽(yáng)輝.基于STM32和GSM的溫度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].自動(dòng)化與儀器儀表,2015,183(1):56-59

[6]李娜，郭煥銀.基于單片機(jī)控制的溫度檢控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].宿州學(xué)院學(xué)報(bào)，2012，27(11):53-55

[7]黃進(jìn)興,饒連周,林長(zhǎng)富,李德旺,曾金頂,高忠堅(jiān).基于攝像頭的智能家居防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].三明學(xué)院學(xué)報(bào),2015,32(2):43-47

(責(zé)任編輯：劉小陽(yáng))

doi:10.3969/j.issn.1673-2006.2016.07.028

收稿日期：2016-02-18

基金項(xiàng)目：宿州學(xué)院煤礦機(jī)械與電子工程研究中心平臺(tái)項(xiàng)目“礦用混合動(dòng)力無(wú)軌膠輪車(chē)動(dòng)力耦合裝置的動(dòng)力學(xué)研究”(2015ykf23)。

作者簡(jiǎn)介：王大雷(1986-)，安徽亳州人，碩士，助教，主要研究方向：智能控制，圖像處理與模式識(shí)別。

中圖分類(lèi)號(hào)：TM852

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-2006(2016)07-0106-04