基于STM32的圍欄報(bào)警系統(tǒng)

畢慶生

摘要：為了滿足現(xiàn)在社會(huì)的安全性問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一種新型的圍欄報(bào)警系統(tǒng)。利用三軸加速度傳感器、單片機(jī)以及藍(lán)牙模塊構(gòu)成的監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)圍欄進(jìn)行振動(dòng)的測(cè)量。當(dāng)振動(dòng)幅度達(dá)到預(yù)先設(shè)置的閾值，即滿足報(bào)警狀態(tài)，藍(lán)牙模塊會(huì)將信號(hào)送回，報(bào)警器報(bào)警從而達(dá)到保護(hù)預(yù)防非法份子進(jìn)行非法攀爬圍欄的目的。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的目的明確，設(shè)計(jì)精巧，在實(shí)際應(yīng)用中有著很廣闊的前景。

關(guān)鍵詞：振動(dòng)檢測(cè)；加速度傳感器；單片機(jī)；藍(lán)牙通信模塊

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）32-0212-02

當(dāng)今社會(huì)，安全問(wèn)題越來(lái)越受到社會(huì)人命的關(guān)注，例如大多數(shù)小區(qū)的圍欄安全性能不夠，雖然有視頻監(jiān)控，但是難免會(huì)有監(jiān)控死角，給不法分子以可乘之機(jī)，能夠輕易地越過(guò)這道保護(hù)小區(qū)人民生活財(cái)產(chǎn)安全的屏障，給人民造成巨大的損失，也給社會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的負(fù)面影響。據(jù)報(bào)道，曾有一小區(qū)一個(gè)月內(nèi)連續(xù)被盜五次，給居民直接造成數(shù)十萬(wàn)的經(jīng)濟(jì)損失，甚至有小區(qū)居名夜間在臥室都曾目擊到犯罪分子的身影！這不僅給小區(qū)居名的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)巨大的威脅，同時(shí)也給社會(huì)抹上一層令人難安的陰影。因此小區(qū)的圍欄安全性問(wèn)題尤為重要，制作一套完善的圍欄警報(bào)裝置是相當(dāng)必要的。

1 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

為了解決這一問(wèn)題，本文做出如下的設(shè)計(jì)：從力學(xué)角度來(lái)講，首先建立起受力分析的坐標(biāo)系，坐標(biāo)系的原點(diǎn)設(shè)在圍欄的重心位置。但是重心的位置并非是固定不變的，而是隨著圍欄的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同而發(fā)生改變。由于在日常生活中圍欄的重心位置變化不大，同時(shí)為了便于研究，在這里認(rèn)為重心的相對(duì)位置是不發(fā)生改變的，空間一點(diǎn)P的位置可以用坐標(biāo)表示。坐標(biāo)系的位置和方向如圖1 所示。圍欄遭到攀爬就會(huì)發(fā)生振動(dòng)與變形，振動(dòng)說(shuō)明有運(yùn)動(dòng)加速度的產(chǎn)生，變形說(shuō)明圍欄的姿態(tài)發(fā)生過(guò)細(xì)微的變化；三軸加速度傳感器可以通過(guò)檢測(cè)被檢測(cè)物的加速度有無(wú)變化來(lái)判斷被檢測(cè)物有無(wú)運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生，通過(guò)P點(diǎn)在三軸的方位變化的檢測(cè)可以得出被檢測(cè)物的具體方位變化，因此設(shè)計(jì)一套以三軸加速度傳感器，單片機(jī)，通信模塊以及報(bào)警器組成的圍欄報(bào)警系統(tǒng)。在圍欄上每隔兩米的距離安裝一個(gè)三軸加速度傳感器，每個(gè)傳感器之間相連用以供電和通信，最后與單片機(jī)進(jìn)行通信。當(dāng)某一處三軸加速度傳感器檢測(cè)到該點(diǎn)圍欄有運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生和方位的變化，就會(huì)將此變化信號(hào)傳給單片機(jī)，單片機(jī)會(huì)對(duì)變化的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷出圍欄是否遭到攀爬，若遭到攀爬，則由藍(lán)牙模塊將報(bào)警信號(hào)送給小區(qū)保安室的報(bào)警器，發(fā)出警報(bào)。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.1 硬件的選型

首先傳感器選取的是ADXL343三軸加速度傳感器，ADXL343是一款具有多功能3軸、數(shù)字輸出、低g MEMS加速度計(jì)，可以精確的檢測(cè)出被檢測(cè)物有無(wú)運(yùn)動(dòng)的發(fā)生，同時(shí)價(jià)格便宜，應(yīng)用性強(qiáng)。本設(shè)計(jì)通過(guò)檢測(cè)圍欄有無(wú)加速度的發(fā)生來(lái)檢測(cè)其有無(wú)運(yùn)動(dòng)的發(fā)生，同時(shí)還可以通過(guò)檢測(cè)圍欄的方位來(lái)得出其是否發(fā)生傾斜。單片機(jī)選取的是具有ARM系列最新、最先進(jìn)構(gòu)架的Cortex-M3內(nèi)核的STM32，因?yàn)镾TM32擁有優(yōu)異的實(shí)時(shí)性能、杰出的功耗控制以及出眾的外設(shè)，并且價(jià)格便宜。藍(lán)牙模塊選取的是HC-05主從機(jī)一體藍(lán)牙模塊。

2.2 硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)可以分為兩個(gè)部分，第一部分為檢測(cè)裝置，由ADX343、STM32以及藍(lán)牙發(fā)送模塊構(gòu)成，放于圍欄之上。通過(guò)ADXL343檢測(cè)出圍欄有無(wú)加速度的產(chǎn)生以及其方位狀態(tài)；由STM32檢測(cè)出來(lái)，判斷圍欄有沒(méi)有振動(dòng)產(chǎn)生，若判定沒(méi)有發(fā)生振動(dòng)，則繼續(xù)檢測(cè)；若判定有震動(dòng)產(chǎn)生則說(shuō)明需要報(bào)警，將報(bào)警信號(hào)由藍(lán)牙發(fā)送模塊發(fā)送出去。第二部分為報(bào)警裝置，由藍(lán)牙接收模塊和報(bào)警器構(gòu)成。當(dāng)藍(lán)牙接收模塊接收到報(bào)警信號(hào)的，驅(qū)動(dòng)報(bào)警器發(fā)出警報(bào)。如圖2所示。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)的軟件主要是指對(duì)STM32的編程，首先配置好STM32的IO口，并且設(shè)置好閾值。開(kāi)始實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)三軸加速度傳感器讀取的圍欄的加速度信號(hào)，將此信號(hào)與閾值進(jìn)行比較，若未超過(guò)閾值，則認(rèn)為圍欄沒(méi)有被攀爬。一旦圍欄的加速度信號(hào)超過(guò)了閾值，則判定圍欄被攀爬了，STM32隨即將報(bào)警信號(hào)傳給藍(lán)牙發(fā)送模塊。

本設(shè)計(jì)在軟件上針對(duì)各種誤報(bào)干擾設(shè)計(jì)出相對(duì)應(yīng)的解決方案。首先對(duì)于風(fēng)力的干擾，由于風(fēng)力造成的圍欄晃動(dòng)較小，只需要將閾值設(shè)置高一點(diǎn)即可，但是閾值也不宜設(shè)置得過(guò)高，以免給犯罪分子可乘之機(jī)。第二，對(duì)于小孩以及路人無(wú)意識(shí)觸碰、無(wú)惡意的攀爬，本設(shè)計(jì)在報(bào)警器報(bào)警的同時(shí)，會(huì)同時(shí)有揚(yáng)聲器發(fā)聲進(jìn)行警告，讓觸碰者退開(kāi)，同時(shí)也能驚走犯罪分子。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

隨機(jī)以不同的力道攀爬圍欄十次，來(lái)進(jìn)行對(duì)圍欄的警報(bào)器的準(zhǔn)確性檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)為每次都能準(zhǔn)確的檢測(cè)出有人在攀爬圍欄，結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)圍欄警報(bào)器能夠準(zhǔn)確的檢測(cè)出圍欄有沒(méi)有被攀爬。結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的圍欄警報(bào)器具有生產(chǎn)成本低，準(zhǔn)確性能好等優(yōu)點(diǎn)，滿足當(dāng)前市場(chǎng)的要求，有很好的發(fā)展和使用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 方勇純，盧桂章.非線性控制理論[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.

[2] Wolf W.嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理[M].孫玉芳，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[3] 王為青，程國(guó)鋼.單片機(jī)Keil Cx51應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù)[M].人民郵電社，2007：20-27.

[4] 王亞峰，何曉輝.新型傳感器技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2009.