智能窗戶感測報(bào)警器的開發(fā)研究

龍軍 孟宇萌 唐金楊

摘要：本文通過研究熱釋電傳感器、STC51單片機(jī)、ESP8266模塊等元件結(jié)構(gòu)及應(yīng)用，采集危險(xiǎn)信號經(jīng)單片機(jī)處理后觸發(fā)報(bào)警，并將報(bào)警信號通過ESP8266模塊推送給安卓手機(jī)，使手機(jī)用戶能在第一時(shí)間獲得報(bào)警提醒。

關(guān)鍵詞：窗戶感測報(bào)警；熱釋電傳感器；ESP8266；單片機(jī)；安卓APP

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）09-0249-02

由于物業(yè)管理的要求，城市高樓很少裝防盜網(wǎng)，導(dǎo)致墜樓、入室盜竊等事故隱患增加。本文研究的是在窗戶、陽臺上加裝熱釋電傳感器，感知人體的接近，發(fā)現(xiàn)有安全隱患則啟動報(bào)警系統(tǒng)，并將信號推送給手機(jī)APP應(yīng)用，觸發(fā)手機(jī)報(bào)警。

1 紅外探測報(bào)警器和熱釋電紅外傳感器（PIR）模塊

自然界中溫度高于絕對零度（-273.15℃）的物體都會產(chǎn)生熱輻射，溫度低于1725℃的物體產(chǎn)生的熱輻射光譜集中在紅外光區(qū)域。因其物理和化學(xué)性質(zhì)的不同，產(chǎn)生的紅外輻射波長和距離也不同，人體體溫37度時(shí)發(fā)出波長約10μm的紅外線。

基于紅外輻射研制出主動和被動兩類紅外報(bào)警探測器。主動紅外探測器由紅外發(fā)射機(jī)、紅外接收機(jī)和報(bào)警控制器組成，發(fā)射機(jī)發(fā)射一束或多數(shù)經(jīng)過調(diào)制的紅外光線指向接收機(jī)。兩者間沒有阻擋不報(bào)警，有物體遮擋，接收機(jī)輸出信號發(fā)生變化，報(bào)警。被動紅外探測器由光學(xué)系統(tǒng)、紅外傳感器及報(bào)警控制器等部分組成，探測器只被動接收、探測外部的紅外輻射。

熱釋電紅外傳感器（PIR）模塊是被動紅外探測器，人體釋放的紅外線經(jīng)菲泥爾濾光片增強(qiáng)后聚集到由熱釋電元件構(gòu)成的紅外感應(yīng)源上，感應(yīng)源釋放出電荷輸出電壓信號。菲涅耳透鏡根據(jù)菲涅耳原理制成，將熱釋的紅外信號折射/反射聚焦到PIR上，檢測區(qū)內(nèi)分為若干明暗區(qū)，進(jìn)入檢測區(qū)的移動物體以溫度變化形式在PIR上產(chǎn)生變化的熱釋紅外信號，電信號發(fā)生變化。

HC-SR501人體紅外感應(yīng)模塊工作電壓DC5V至20V，電平輸出3.3V/0V，感應(yīng)范圍7米內(nèi)，輻射面120度。傳感器的兩個(gè)反向串聯(lián)熱釋電元件的電極化方向相反，產(chǎn)生的釋電效應(yīng)相互抵消，無信號輸出；當(dāng)人進(jìn)入探測區(qū)域，紅外輻射通過部分鏡面聚焦，被熱釋電元接收，兩片熱釋電元接收的熱量不同，熱釋電不同，產(chǎn)生差值，經(jīng)信號處理而輸出?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)距離電位器和延時(shí)電位器來設(shè)置感應(yīng)距離和延時(shí)長短。

2 報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)

報(bào)警模塊采用5V有源蜂鳴器，其內(nèi)有一簡單振蕩電路，將直流電轉(zhuǎn)為一定頻率的脈沖信號，實(shí)現(xiàn)磁場交變，帶動鉬片振動發(fā)音。繼電器2腳分接12V和地，3腳分為常開、常閉和公共端，輸入電流達(dá)到規(guī)定要求時(shí)，內(nèi)部線圈產(chǎn)生電磁感應(yīng)，內(nèi)部觸點(diǎn)開關(guān)打向常開端；當(dāng)輸入電流小于規(guī)定要求時(shí)，內(nèi)部線圈電磁感應(yīng)消失，內(nèi)部觸點(diǎn)開關(guān)打向常閉端。

3 單片機(jī)連接ESP8266串口Wi-Fi模塊

ESP8266是一款低功耗、高集成度的Wi-Fi芯片，整合了RAM、ROM和Wifi發(fā)射器，含Station模式、AP模式和AP模式兼Station模式等三種工作模式，Station模式時(shí)該模塊可連接其他WIFI信號；AP模式是發(fā)射WIFI信號，應(yīng)用終端連接該WIFI模塊；Station+AP模式既可連接別的WIFI信號又可發(fā)送信號供別人連，本應(yīng)用中只需電腦或手機(jī)連接該WIFI模塊，可采用AP模式。ESP8266使用3.3V的直流電源，與單片機(jī)連接時(shí)，只需使用VCC、GND、CH_PD、TX、RX五個(gè)管腳。

ESP8266的管腳與單片機(jī)引腳相連時(shí)，中間要串聯(lián)一個(gè)400-1000歐的電阻。

模塊提供了AT指令，常用命令如下：

1.改變波特率的指令：AT+CIOBAUD=4800。ESP8266默認(rèn)波特率是115200，但單片機(jī)不能達(dá)到此傳輸速率，只能使用9600bps，設(shè)置時(shí)可用串口調(diào)試工具。

2.模式設(shè)定指令：AT+CWMODE=mode，mode分別用1-3對應(yīng)上述的三種模式。

3.配置AP參數(shù)指令：AT+CWSAP=，，， 。該指令只在AP模式開啟后有效，ssid是接入點(diǎn)名稱字符串；pwd為密碼字符串，最長64字節(jié)；chl為通道號；ecn是加密方式，0是無密碼、1是WEP加密方式、2是WPA_PSK加密方式、3是WPA2_PSK加密方式、4是WPA_WPA2_PSK加密方式。

4.設(shè)置多路指令：AT+CIPMUX=，0為單路連接模式，1為多路連接模式。

5.創(chuàng)建服務(wù)器指令：AT+CIPSERVER=，。mode為0是關(guān)閉server模式，1是開啟server模式；port為端口號（整數(shù)），缺省值333。

4 邏輯處理模塊

設(shè)置熱釋電傳感器輸出連接單片機(jī)的P1_1引腳，P1_4引腳輸出信號。若P1_1輸入，則P1_4輸出。

1. 包含的頭文件和量及延時(shí)程序

2.單片機(jī)和ESP8266 WiFi模塊串口通信程序

3. 獲取WiFi傳輸?shù)臄?shù)據(jù)及主程序

5 用Android手機(jī)APP接收ESP8266推送的報(bào)警信息

首先可以用相應(yīng)的串口工具配置并開戶ESP8266的WIFI，再用手機(jī)查找該WIFI，手機(jī)作為客戶端與ESP8266連接。

1.做一基于多線程的類，用于接收ESP8266發(fā)送的消息

2. 手機(jī)APP主程序

①手機(jī)主程序onCreate（）方法中開啟服務(wù)器：

6 結(jié)語

本研究是手機(jī)直接連接ESP8266，僅能實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)的應(yīng)用，可采用將ESP8266與計(jì)算機(jī)相連，將采集的數(shù)據(jù)傳到服務(wù)器，再通過手機(jī)連接計(jì)算機(jī)服務(wù)器的模式，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警，從而進(jìn)行更廣泛、更智能的系統(tǒng)應(yīng)用。

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【通聯(lián)編輯：梁書】