人體紅外及震動無線傳感器網(wǎng)絡構成的安全防盜系統(tǒng)

沈陽理工大學自動化與電氣工程學院 劉 軍 劉 樺 賈志遠 曹 汐 杜松諭

隨著安防監(jiān)視以及智能家居技術的快速發(fā)展，基于人體紅外及震動無線傳感器網(wǎng)絡的安全防盜技術具有廣闊的應用前景。本文以STM32為主，通過紅外和震動傳感器以及匯聚節(jié)點構成一個無線網(wǎng)絡，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、傳輸。STM32處理完成信息后通過串口連接wifi模塊將信息傳遞給用戶。（其中wifi模塊和手機端必須連接在同一wifi上）

目前大多數(shù)安全防盜系統(tǒng)主要提供目標入侵事件的簡單報警功能，不能夠確定入侵目標的準確位置，導致無法快速有效地捕獲入侵目標。隨著傳感器技術的快速發(fā)展，傳感器入侵檢測功能廣泛運用。由傳感器檢測數(shù)據(jù)，通過匯聚節(jié)點接收，并利用STM32組成一個無線網(wǎng)絡，極大的排除了系統(tǒng)被入侵的可能，單片機通過串口連接wifi模塊，wifi模塊和手機連接同一個wifi實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通。用戶可以通過手機端的軟件隨時了解安全情況。

1 硬件部分

系統(tǒng)硬件主要由stm32F103ZET6芯片，ATK-ESP8266串口轉WIFI模塊，人體感應模塊，SW420振動傳感器滾珠開關，供電模塊組成。

芯片選用stm32F103ZET6，最高72MHz工作頻率，內嵌經(jīng)出廠調教的8MHz的RC振蕩器，串行單線調試（SWD）和JTAG接口，擁有144引腳，512KFLASH，64K SARM，具有容量大，芯片內嵌資源豐富（5個串口，8個定時器，3個ADC，共16通道，2個DAC，CAN，SDIO，F(xiàn)SMC，I2C，I2S，SPI，USB Slave等），112個IO口，低功耗，高性能，低成本等特點。

HC-SR501人體感應模塊（如圖1所示）工作電壓范圍4.5-20V，高電平輸出3.3V，低電平輸出0V，延遲時間0.5-200s可調，封鎖時間默認2.5s，感應角度<100°錐角，本模塊具有光敏控制功能，可設置為強光時不工作，溫度補償功能在環(huán)境處于30-32℃時探測范圍稍微變短，可有效提升在高溫環(huán)境下的識別精度，靜態(tài)電流50μA具有低功耗的特點。

圖1 HC-SR501人體感應模塊

圖2 ESP8266WIFI模塊

圖3 系統(tǒng)整體設計

模塊工作原理：是一種基于熱電效應的熱釋電傳感器，它能在探測范圍內檢測到由人或動物進入而產(chǎn)生的紅外輻射變化，傳感器檢測到波長為10μm左右的紅外線使熱釋電元件產(chǎn)生突變的電信號，模塊將持續(xù)輸出高電平直到人離開后恢復低電平，在一次感應輸出后能夠設置一個封鎖時間段，在此時間段感應器不接受任何信號可有效抑制負載切換時的各種干擾。ESP8266WIFI模塊采用串口（LVTTL）與MCU（或其他串口設備）通信，內置TCP/協(xié)議棧，支持802.11b，802.11g，802.11n網(wǎng)絡標準，無線傳輸速率802.11b最高可達11Mbps，802.11g最高可達54Mbps，802.11n最高可達HT20，MCS7，頻率范圍2.412GHz-2.484GHz，發(fā)射功率11-18dbm，可以滿足室內高速組網(wǎng)需求，迅速在單片機與手機終端上傳輸數(shù)據(jù)。

SW420振動傳感器（如圖2所示）滾珠開關屬于單滾軸型感應觸發(fā)開關，可感應來自不同方向的震動傾斜，當無振動或傾斜時，傳感器為閉路狀態(tài)，當有震動或傾斜時導電電阻增大或降低，產(chǎn)生電流脈沖信號從而觸發(fā)電路。

本系統(tǒng)由傳感器網(wǎng)絡和終端軟件兩部分組成（如圖3所示），傳感器網(wǎng)絡由多個集成震動傳感器，紅外傳感器，WIFI傳輸模塊的單片機組成，將其布置在房間的門口，窗戶等入口處檢測是否有人侵入，若有人侵入傳感器將把物理信號轉換為電信號引起電平改變，經(jīng)由單片機處理信號后，通過WIFI模塊將信號發(fā)送到手機終端，在手機APP上進行警示，提示有人侵入，在一次提示過后紅外模塊將進入2.5s的封鎖時間，此時警報暫停，封鎖時間過后若紅外傳感器再次檢測到紅外信號則再次重復以上流程，在其過程期間手機端可以手動中斷報警解決誤判問題。

人體紅外傳感器安裝在室內將其安裝在房間的對角線處（如圖4所示），可利用兩個傳感器便可對整個房間進行監(jiān)測，而在窗口處時在窗臺處安裝振動傳感器，在其對角線處安裝紅外傳感器交叉監(jiān)測避開死角（如圖5所示）。

2 手機端app設計

基于用戶的手機系統(tǒng)大多采用andriod，所以手機app在andriod環(huán)境下進行使用，則需要用java來進行軟件的編寫。首先是對java編寫環(huán)境的創(chuàng)建，下載安裝jdk軟件并設置電腦的環(huán)境變量，之后才能進行代碼的編寫。之后是針對Andriod軟件的開發(fā)的開發(fā)工具的準備。在官網(wǎng)下載SDK，下載并安裝eclipse java集成開發(fā)環(huán)境包，開發(fā)環(huán)境就創(chuàng)建完成了。接下來就是軟件的開發(fā)，編寫代碼并寫出軟件終端的程序結構圖，之后對要開發(fā)app的界面進行設計，這里選擇用java代碼來實現(xiàn)。

圖4 人體紅外傳感器室內的安裝示意圖

圖5 人體紅外傳感器和振動傳感器窗口的安裝示意圖

3 單片機與手機端連接

3.1 單片機直接與手機連接

單片機可以通過首先將單片機通過UART接口與wifi模塊連接起來，單片機通過AT指令設置wifi模塊為Ap Mode。之后手機端直接搜索wifi信號來連接。當wifi模塊被設置為AP Mode后可將其視為一個熱點，可以被手機直接通過wifi連接起來。當連接完成后，可以通過手機app與單片機進行通訊。直接與手機端通訊，還需要自行設置通訊協(xié)議。

3.2 單片機通過局域網(wǎng)與手機連接

如圖6所示，單片機首先設置好wifi模塊，先由單片機將wifi模塊設置為Stattion Mode，并且把所連接的wifi的SSID和密碼都給wifi模塊，在設置完成后就可以通過連接系統(tǒng)所在范圍的路由器，手機也連接這個路由器，通過局域網(wǎng)來進行單片機與手機的通訊，此時WiFi模塊和手機均在同意局域網(wǎng)中，兩個設備此時就像同一局域網(wǎng)下的兩臺電腦可以進行通訊，并且不需要自己設置通訊協(xié)議，而是使用TCP/IP協(xié)議進行通訊。

圖6 使用局域網(wǎng)連接示意圖

結語：本文通過構建一個無線網(wǎng)絡來進行對入侵信號的采集、處理、傳輸，主要是通過STM32強大的處理能力，對信號進行處理分析，而傳遞給用戶則通過wifi網(wǎng)絡，用戶還可以給出指令去獲取實時的監(jiān)控信息。