基于STM32的家庭智能防盜報警系統設計

周海軍，黃　雨，鄧偉強，李　磊

（滁州學院　電子與電氣學院，安徽　滁州239000）

現代電子信息技術和通訊技術的飛速發展為智能化安全住宅研究提供了強有力的技術保障，家庭防盜報警系統是現代財產保護的重要途徑之一.設計的防盜報警系統是集傳感器技術、自動控制技術、GSM通信技術、圖像處理技術和嵌入式技術于一體的綜合性系統.該系統由兩部分組成，分為智能終端（上位機）和智能監控管理系統（下位機），系統可實現防盜、檢測人員進出、實時監控、通信、語音報警等功能.

1　系統整體設計

系統采用模塊化設計方法，系統模塊包括嵌入式控制系統、圖像視頻采集系統、數據存儲系統、人體入侵感應系統、語音報警系統、智能終端、SIM900A交互通信系統等.各部分的系統構成如下：

（1）嵌入式控制系統由STM32F103ZET6中央處理器構成；

（2）圖像視頻采集系統由攝像頭OV7670采集模塊、音頻集成功放模塊、GSM模塊構成；

（3）人體入侵感應系統由紅外探測模塊、微波多普勒傳感器構成；

（4）語音報警系統由ATK-SIM900A模塊、蜂鳴器模塊構成；

（5）數據存儲系統由W25Q128FV存儲芯片構成；

（6）SIM900A交互系統由SIM900A模塊構成，智能系統利用此模塊可以與房主預置的手機號碼通信.智能防盜系統的整體框圖如圖1所示.

圖1　防盜系統的整體框圖

圖像采集系統是采集當前的圖像信息，考慮到SIM900A通信方式傳輸圖片信息時，很費流量，圖像信息平時存儲在數據存儲模塊中，存儲信息以圖片為主，所以只有當入侵者已經進入房屋時，才會將采集到的清晰圖片通過GSM方式傳送到房主的手機上，可以有效避免外部人員的無意損壞.人體入侵感應系統安裝在窗戶的邊沿，有人試圖翻越窗戶時，會切割紅外線，阻擋紅外信息傳遞，系統會撥打預留的房主手機號碼，實現實時語音通信.數據存儲系統主要用來存儲攝像頭采集的圖像信息，當信息量超過當前容量時，會自動的覆蓋較遠的存儲信息，保持內部存儲信息的時效性.

語音報警系統會建立房主的手機和監控地的通信橋梁，類似兩個人打電話，相互通信，起到威懾的作用.系統采用GSM卡進行通信，它是系統家庭智能防盜報警系統的特色和創新之處，通過和外圍的電路配合使用，能夠全面的保護家庭的財產.

智能移動終端通常是指能插GSM卡的移動終端設備.輔助電路包括光敏探測電路、5V電壓轉換3.3V電路，嵌入式系統保護電路等一系列在外圍起輔助作用的電路.

2　系統硬件設計

下位機的硬件系統基于高性能的STM32F103處理器和嵌入式的實時操作系統控制的，上位機主要是手機或者手持式嵌入式處理系統.信息交流的方式以GSM的通信為主.在下位機操作系統中可以隨時瀏覽存儲信息和進行各種操作.

2.1　SIM900A通信及語音報警模塊

ATK-SIM900A是ALIENTEK推出的一款高性能工業級GSM/GPRS模塊，提供包括語音、短信和GPRS數據傳輸等功能.GSM模塊傳輸引腳TX、RX，采用串口通信的方式與嵌入式系統連接，同時GSM通信內容通過音頻功放芯片LM386放大，電路如圖2所示.GSM模塊利用TX9和RX10引腳接收無線信號，微弱信號與LM386的正向輸入端相連，將信號進行功率放大，通過喇叭傳遞聲音信息.

圖2　通信及語音報警電路

2.2　攝像頭OV7670采集模塊

OV7670圖像傳感器可以輸出各種分辨率的8位數據，包括整幀信號圖像、子采樣圖像、取窗口圖像.用戶可以根據需要控制輸出圖像質量、數據格式和傳輸方式.通過SCCB接口編程，軟件可以對攝像頭采集的圖像進行伽瑪曲線、白平衡、飽和度、色度等參量的調節.它通過減少或消除光學或電子缺陷如固定圖案噪聲、托尾、浮散等，提高圖像質量，得到清晰的穩定的彩色圖像.圖3是攝像頭采集電路的連接方式.系統正常情況以采集圖片信息為主，在必要的時候可以利用攝像頭錄像，但是能存取得時間很短.

圖3　攝像頭采集電路

2.3　微波多普勒探測

微波多普勒傳感器應用了主動探測技術，對前方扇形區域內的移動體探測效果較好，避免了紅外探頭的耐候性差、近距離、平行對射分布等缺點.同時，在微波多普勒傳感器輸入輸出信號中，還含有移動體的速度、強度等有效信息，在軟件處理時可以用來提高報警器的抗干擾和防漏報的能力.微波多普勒傳感器探測的信號微弱，通常只有幾毫伏，需要利用兩級放大電路對相應的信號放大.系統利用LM324運放，放到倍數為1200，在放大電路的反饋信號上要加2.2nf電容，這樣輸出的效果會好些.放大的信號經過電壓比較器LM393與2.5V的電壓比較，會輸出高低電平信號.有人接近，嵌入式處理器會檢測到高電平信號，否則為低電平信號.微波多普勒信號的放大電路如圖4所示.

圖4　微波多普勒探測電路

2.4　電源模塊設計

控制系統需要用到5V和3.3V兩種電壓值的電源.在調試階段，5V電源是由USB接口提供，后期采用降壓變壓器對220V交流電降壓整流，在通過LM7805產生，3.3V電源利用ASM1117穩壓芯片實現，將5V的電壓轉換成3.3V，在輸入輸出端要加一個濾波電容，轉換電路如圖5所示.AMS1117和LM7805提供完善的過流保護和過熱保護功能，確保芯片和電源系統的穩定性.

圖5　電源模塊原理圖

2.5　存儲模塊

W25Q128FV是一款SPI Flash存儲芯片，主要用來存儲圖像信息，工作電壓為2.7V到3.6V，支持多種外設接口，工作溫度范圍寬，適用范圍較廣.系統在微波多普勒傳感器采集移動體信號時，定時存儲圖片信息，或入侵者越過紅外傳感器時，會加速存儲圖片信息.存儲模塊如圖6所示.

圖6　存儲模塊圖

2.6　紅外探測模塊

在室內墻壁的門框或者窗戶邊緣安裝紅外傳感器.紅外探測主要是利用紅外發射二極管發射的紅外光是否被紅外接收管接收，從而判斷入口是否被入侵.

圖7　外紅探測電路圖

3　軟件系統設計

本設計中編譯軟件采用MDK 5，它是美國Keil Software公司出品的單片機C語言軟件開發系統.

圖8　系統工作流程圖

該程序設計過程主要包括紅外入侵探測和微波多普勒接近式探測兩種方式，在正常啟動系統時，會根據入侵的程度做出不同的反應.在入侵者接近時，只是定時采集圖像信息，采集的信息存儲在系統內部的存儲器中.當人入侵之后，發送短信和圖片信息給房主，并且實時的存儲檢測圖像信息，房主可以根據GSM通信方式，給與入侵者警告，如果還不行，房主會報警，并且收集入侵者圖像信息，即便入侵者進入家中破壞了智能防盜控制系統，也損壞不了進入的證據.系統工作流程圖如圖8所示.

此系統有在家模式和離家模式等兩種工作模式.每一種模式又有白天和晚上之分，他們是通過光敏元件探測光線強度自動設置.工作模式分類如圖9所示.當有人在家，可以將系統關閉，晚上會自動開啟.離家模式時，白天和晚上都會開啟系統.在白天離家時，需要房主主動開啟，微波傳感器判斷客廳長時間沒有人員走動時也會主動開啟系統.

圖9　工作模式

4　結束語

本文設計了基于嵌入式的智能防盜報警系統，詳細的論述了系統的硬件組成和工作原理.房主可以利用語音報警系統與侵入者進行交流.同時系統引入的內部反饋機制，能夠根據不同的異常情況做出相應的動作，很大層面上避免了錯誤警報的產生，形成了一個全天候、智能、穩定的閉環系統.與此同時，該產品選材更趨于大眾化，易于購買，從而很大層面降低了開發成本.綜上，該系統具有可靠性強，穩定性高，成本小等優點.當然，系統在設計上也存在一定缺陷，進一步開發可以加入WIFI模塊，提供實時圖像傳輸的通道.

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