基于STM32F103ZET6單片機(jī)的智能貓眼系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王馳 劉生剛 宋宇

【摘 要】目前，家居貓眼普遍使用的是傳統(tǒng)的光學(xué)鏡頭貓眼，安裝在安全防盜門上來(lái)防范陌生人。文章介紹一種基于STM32F103ZET6單片機(jī)的智能貓眼系統(tǒng)的工作原理、主要功能、硬件電路及軟件部分的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。

【關(guān)鍵詞】STM32F103ZET6微控制器；攝像頭；GSM通訊模塊

【中圖分類號(hào)】TU855；TU89【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2018）05-0099-02

據(jù)相關(guān)媒體報(bào)道，一些不法分子利用光學(xué)貓眼，入侵住戶室內(nèi)。因此，現(xiàn)有的光學(xué)貓眼對(duì)家庭安全造成威脅，起不到安全防盜作用。人們希望有一種更為直觀、人性化、用戶體驗(yàn)更好的新一代貓眼面世。文章針對(duì)住戶家庭安全需求，設(shè)計(jì)了一款Wi-Fi智能貓眼，一方面可取代傳統(tǒng)光學(xué)門鈴；另一方面有拍照、攝像、存儲(chǔ)功能，帶有GSM和Wi-Fi模塊，具有發(fā)送短信的功能，有訪客來(lái)訪時(shí)，系統(tǒng)可實(shí)時(shí)將訪客信息通知到用戶的手機(jī)，同時(shí)用戶可以通過手機(jī)直接網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程與訪客進(jìn)行視頻對(duì)話，為用戶提供了更全面的訪客信息。Wi-Fi智能貓眼，滿足人們對(duì)家庭安全的需求。

1 系統(tǒng)基本原理

智能貓眼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為攝像頭與顯示屏，攝像頭采用電池盒供電，安裝在防盜門上。聲音和圖像則通過Wi-Fi無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娇蛻舳薃PP上，如智能移動(dòng)終端（個(gè)人手機(jī)、平板電腦）。系統(tǒng)是以STM32F103ZET6單片機(jī)為控制核心，由Wi-Fi模塊、GSM通訊模塊、傳感器模塊、顯示屏模塊、鍵盤模塊組成，并且具有視頻儲(chǔ)存功能。

系統(tǒng)工作過程如下：當(dāng)有人按下門鈴時(shí)，室外子機(jī)開啟，室外子機(jī)將信號(hào)傳入室內(nèi)主機(jī)。如果室內(nèi)主機(jī)設(shè)置在有人狀態(tài)，喇叭響起，提醒主人有客人來(lái)訪。主人可在室內(nèi)通過顯示器觀察室外狀況，在確認(rèn)來(lái)訪者信息后，可以選擇摘機(jī)進(jìn)入語(yǔ)音模式，通過咪頭將主人的聲音傳送給通話控制模塊，與客人進(jìn)行通話。當(dāng)主機(jī)設(shè)在無(wú)人狀態(tài)，則直接通過GSM模塊向主人發(fā)送短信消息，主人可以用手機(jī)查看攝像頭采集的視頻信息，同時(shí)可以選擇摘機(jī)進(jìn)行通話。來(lái)客可以根據(jù)主人提供的密碼，通過門外鍵盤進(jìn)行開門。如果傳感器采集到非法開門信號(hào)，則向主人手機(jī)和物業(yè)發(fā)送報(bào)警消息，同時(shí)門外的報(bào)警器響起。智能貓眼系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)主要功能

用戶可以通過手機(jī)、Pad訪問門外攝像頭，與訪客進(jìn)行視頻對(duì)話。系統(tǒng)可以備份音頻、視頻記錄到設(shè)備本身或者用戶手機(jī)上，也支持事后用戶查詢之前的數(shù)據(jù)。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到有人非法闖入，系統(tǒng)會(huì)報(bào)警（聲音或文字）到用戶手機(jī)上（根據(jù)設(shè)定，報(bào)警方式不同）。當(dāng)系統(tǒng)意外連接不上Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，或者Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)不能連接internet時(shí)，系統(tǒng)會(huì)通過GSM模塊發(fā)送報(bào)警信息或者直接撥打用戶設(shè)定的電話來(lái)報(bào)警。

3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 主控芯片選型

選用的STM32F103ZET6是一種嵌入式-微控制器的集成電路（IC），速度是72 MHz，程序存儲(chǔ)器容量是256 KB，程序存儲(chǔ)器類型是FLASH，RAM容量是48 K。具有144 P引腳，有I/O口引出插針，方便擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)。

3.2 視頻攝像頭選型

ALIENTEK ATK-OV2640是一款200萬(wàn)像素高清攝像頭模塊，該模塊采用OmniVision公司生產(chǎn)的一顆約0.64 cm（0.25 in）的CMOS UXGA（1 632×1 232）百萬(wàn)高清圖像傳感器：OV2640。該模塊內(nèi)部集成有源晶振和LDO，具有JPEG和RGB565這2種輸出格式，并且可支持曝光、白平衡、色度、飽和度、對(duì)比度等參數(shù)設(shè)置，具有靈敏度高、接口簡(jiǎn)單、靈活性好的優(yōu)點(diǎn)，適用于不同場(chǎng)合，使用方便。

3.3 液晶顯示屏

Wi-Fi智能貓眼系統(tǒng)采用ALIENTEK公司生產(chǎn)的ATK-4.3 TFTLCD電容觸摸屏。該模塊是一款高性能約10.92 cm（4.3 in）電容觸摸屏模塊，其分辨率為800×480，顯示更清晰細(xì)膩；16位真彩顯示，采用NT35510驅(qū)動(dòng)，該芯片自帶GRAM，無(wú)需外加驅(qū)動(dòng)器，速度超快，理論上最高刷屏速度可達(dá)78.9幀/s。

3.4 Wi-Fi模塊選型

USR-C215b是一款串口轉(zhuǎn)Wi-Fi模塊超低功耗串口轉(zhuǎn)Wi-Fi模塊，該模塊可同時(shí)支持Wi-Fi協(xié)議和TCP/IP協(xié)議，用戶使用配置操作簡(jiǎn)單，就可以實(shí)現(xiàn)UART設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)功能。在TCP Server模式下，最多可支持5個(gè)TCP Client接入。該模塊可以支持AP和STA這2種工作模式。第一種工作模式，等待其他Wi-Fi設(shè)備接入通信；第二種工作模式，通過接入無(wú)線路由器實(shí)現(xiàn)通信。且模塊可選擇內(nèi)置或外置天線的應(yīng)用，方便客戶多重選擇。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4.1 室內(nèi)主機(jī)模塊軟件設(shè)計(jì)

室內(nèi)主機(jī)是智能貓眼控制系統(tǒng)中的重要部分之一。室內(nèi)主機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)住戶的門窗監(jiān)控，提供信息服務(wù)，安全報(bào)警。室內(nèi)主機(jī)主程序的功能是先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，檢測(cè)系統(tǒng)是否有數(shù)據(jù)，若有，則接收數(shù)據(jù)，確認(rèn)信號(hào)后，判斷是否摘機(jī)，摘機(jī)即接通開始，然后依次進(jìn)行開鎖、報(bào)警、掛機(jī)、超時(shí)等判斷。室內(nèi)主機(jī)主程序流程圖如圖2所示。

4.2 室外子機(jī)模塊軟件設(shè)計(jì)

室外子機(jī)軟件采用主程序調(diào)用各個(gè)子程序的設(shè)計(jì)。室外子機(jī)的主要任務(wù)之一是對(duì)視頻和通話通道進(jìn)行控制管理，當(dāng)主機(jī)設(shè)在無(wú)人狀態(tài)，則直接通過GSM模塊向主人發(fā)送手機(jī)消息，主人可以用手機(jī)查看攝像頭采集的視頻信息，同時(shí)可以選擇摘機(jī)進(jìn)行通話。室外子機(jī)流程圖如圖3所示。

5 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)是以STM32F103ZET6嵌入式-微控制器為核心的智能貓眼系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)智能家居可視對(duì)講系統(tǒng)的物理基礎(chǔ)。該系統(tǒng)提供了智能可視對(duì)講系統(tǒng)室外子機(jī)、室內(nèi)主機(jī)這2部分的硬件設(shè)計(jì)，可靠性高，系統(tǒng)組成簡(jiǎn)化，成本低、通信安全。

參 考 文 獻(xiàn)

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[3]汪東東.移康智能WIFI智能防盜貓眼應(yīng)用[N].電子報(bào)，2015-08-16（14）.

[4]張林生.基于JSP技術(shù)智能家居網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].成都：電子科技大學(xué)，2013.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]