基于STM32與GSM的家庭智能防火防盜報警系統(tǒng)設(shè)計

王大雷，姚積歡,王　楠,汪材印

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

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基于STM32與GSM的家庭智能防火防盜報警系統(tǒng)設(shè)計

王大雷1，姚積歡2,王楠1,汪材印1

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

摘要：針對目前家庭防火防盜報警系統(tǒng)現(xiàn)狀以及存在的主要問題，提出了一種基于STM32與GSM的家庭智能防火防盜報警系統(tǒng)。系統(tǒng)采用4*4 鍵盤鎖、煙霧傳感器、人體熱釋感器、溫度傳感器作為檢測元件、以STM32F103RBT6作為主控芯片，利用液晶顯示模塊、GSM通信網(wǎng)絡(luò)及報警模塊等完成家庭智能防火防盜報警系統(tǒng)的設(shè)計，可以實現(xiàn)低錯報率和實時報警，增強了系統(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、防盜門以及防盜鎖[1]。這些是人們通過日常生活經(jīng)驗積累的傳統(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，人們不能及時掌握家庭的安全情況，也不能做相應(yīng)的處理，會給人們的財產(chǎn)或生命帶來嚴重的危險。

為了解決以上問題，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)主要創(chuàng)新如下：(1)采用了近幾年新興的ARM系列微控制器STM32F103RBT6，其性價比高、功能強大、實時性好，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警系統(tǒng)進行遠程無線通信，價格便宜，適用于普通家庭。

1系統(tǒng)總體設(shè)計

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

本系統(tǒng)以STM32F103RBT6作為控制核心，首先通過密碼鎖進行信息驗證，并在LCD模塊進行數(shù)據(jù)顯示；其次通過熱釋人體感應(yīng)模塊對室內(nèi)進行檢測；再次利用溫度傳感器對室內(nèi)溫度進行檢測；最后利用煙霧傳感器對室內(nèi)煙霧濃度進行檢測。若檢測到密碼輸入錯誤或室內(nèi)有人闖入，系統(tǒng)將被視為非法入侵；如果檢測室內(nèi)的溫度或煙霧濃度高于預(yù)設(shè)值時，立刻啟動報警系統(tǒng)進行語音報警，并通過GSM模塊將室內(nèi)實時信息第一時間發(fā)送至預(yù)設(shè)手機用戶。

圖1　系統(tǒng)總計設(shè)計框圖

2系統(tǒng)硬件設(shè)計

硬件電路的設(shè)計是整個系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容[6]。系統(tǒng)的硬件設(shè)計主要包括STM32單片機、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

根據(jù)項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)定的運行。經(jīng)過反復(fù)研究，最終采用意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的STM32F103RBT6單片機作為本系統(tǒng)的控制芯片[7]，其功能如下：時鐘頻率72 MHz，存儲器128 KB Flash，閃存20 KB SRAM，2×SPI，CAN，PWM，2×ADC，8個16位定時器及112個通用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鐘頻率可達72 MHz，在同類產(chǎn)品中其性能最為優(yōu)越。

2.2GSM模塊

本系統(tǒng)采用國內(nèi)晨宇科技公司的一款雙頻900/1800MHz高度集成的GSM模塊—WF-SIM900A。它主要通過串口傳輸標準的AT命令對模塊進行控制，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模塊的信號線接口進行連接，兩個模塊之間可進行通信。如有室內(nèi)發(fā)生報警，GSM模塊立刻啟動，同時將室內(nèi)的狀況第一時間發(fā)送至用戶手機，由用戶進行及時處理。

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時性數(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。它無需A/D轉(zhuǎn)換器就可以直接讀出被測溫度，并且根據(jù)實際具體要求實現(xiàn)9～12位的數(shù)值讀出方式。其信號線與單片機STM32的I/O口PB2進行連接，直接實時輸出采集溫度的數(shù)字量，具有線路簡單、性能穩(wěn)定的特點。

2.4.2人體熱釋感器模塊

該模塊的信號線與STM32的I/O口PB0進行連接，它利用周圍一定范圍內(nèi)的紅外信號進行監(jiān)測，并把一些很微弱的信號采集進去，然后進行放大。

2.4.3煤氣煙霧傳感器

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

2.54*4密碼鎖

由圖2可知，該模塊8個信號線依次與單片機STM32的I/O口PB8～PB15進行連接。系統(tǒng)采用4*4密碼鎖進行用戶信息驗證，若密碼輸入錯誤時，系統(tǒng)將判定為人員非法入侵，系統(tǒng)立刻啟動智能報警系統(tǒng)并發(fā)出語音報警。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)軟件包括4*4密碼鎖檢測程序，外來人員闖入室內(nèi)檢測程序，室內(nèi)溫度、煙霧濃度檢測程序，液晶顯示程序，語音報警程序及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)定中斷及定時器。

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

(3)室內(nèi)溫度檢測。利用溫度傳感器DS18B20對室內(nèi)溫度進行數(shù)據(jù)采集。

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

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

(6)啟動報警系統(tǒng)。當系統(tǒng)檢測出密碼錯誤、室內(nèi)溫度和煙霧濃度過高或有人非法入侵時，就會自動啟動報警系統(tǒng)，發(fā)出報警信號，并通過GSM模塊將室內(nèi)的信息第一時間短信發(fā)送到戶主。

本文對家庭智能防火防盜系統(tǒng)進行研究，利用STM32單片機對系統(tǒng)進行控制，其算法流程圖如圖3所示。

圖3　系統(tǒng)控制算法流程圖

4實驗與結(jié)果

系統(tǒng)檢測結(jié)果能否達到實際設(shè)計的要求，是權(quán)衡本系統(tǒng)好與壞的一個重要標準。系統(tǒng)的程序在MDK下編寫、調(diào)試，之后生成2進制文件,并由JLINK下載器寫入STM32單片機中，然后將STM32單片機控制模塊和GSM短信模塊通過USART串口連接起來。當系統(tǒng)程序正常運行時,則TFTCLD上顯示室內(nèi)實時溫度。如有人入室時，系統(tǒng)發(fā)生異常，立刻啟動語音報警并利用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。其檢測結(jié)果如圖4所示。

圖4　系統(tǒng)檢測結(jié)果

5結(jié) 語

本文對家庭智能防盜防火報警系統(tǒng)進行研究，其設(shè)計的實物圖如圖5所示。

圖5　家庭智能防盜防火報警系統(tǒng)實物圖

本文利用STM32單片機與GSM通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了家庭智能防火防盜報警系統(tǒng)設(shè)計。首先結(jié)構(gòu)簡單，檢測結(jié)果準確，系統(tǒng)功能穩(wěn)定可靠；然后利用液晶顯示模塊，使系統(tǒng)具有良好的人機交互界面，可直觀地顯示檢測結(jié)果；最后，利用C語言進行軟件編程，具有移植性好，開發(fā)速度快，功能擴展性強。本系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，報警錯誤率低，實時性強，價格便宜，適用于普通家庭。

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

(責(zé)任編輯：劉小陽)

doi:10.3969/j.issn.1673-2006.2016.07.028

收稿日期：2016-02-18

基金項目：宿州學(xué)院煤礦機械與電子工程研究中心平臺項目“礦用混合動力無軌膠輪車動力耦合裝置的動力學(xué)研究”(2015ykf23)。

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

中圖分類號：TM852

文獻標識碼：A

文章編號：1673-2006(2016)07-0106-04