智能窗戶感測報警器的開發研究

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、ESP8266模塊等元件結構及應用，采集危險信號經單片機處理后觸發報警，并將報警信號通過ESP8266模塊推送給安卓手機，使手機用戶能在第一時間獲得報警提醒。

關鍵詞：窗戶感測報警；熱釋電傳感器；ESP8266；單片機；安卓APP

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）09-0249-02

由于物業管理的要求，城市高樓很少裝防盜網，導致墜樓、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，發現有安全隱患則啟動報警系統，并將信號推送給手機APP應用，觸發手機報警。

1 紅外探測報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℃）的物體都會產生熱輻射，溫度低于1725℃的物體產生的熱輻射光譜集中在紅外光區域。因其物理和化學性質的不同，產生的紅外輻射波長和距離也不同，人體體溫37度時發出波長約10μm的紅外線。

基于紅外輻射研制出主動和被動兩類紅外報警探測器。主動紅外探測器由紅外發射機、紅外接收機和報警控制器組成，發射機發射一束或多數經過調制的紅外光線指向接收機。兩者間沒有阻擋不報警，有物體遮擋，接收機輸出信號發生變化，報警。被動紅外探測器由光學系統、紅外傳感器及報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菲泥爾濾光片增強后聚集到由熱釋電元件構成的紅外感應源上，感應源釋放出電荷輸出電壓信號。菲涅耳透鏡根據菲涅耳原理制成，將熱釋的紅外信號折射/反射聚焦到PIR上，檢測區內分為若干明暗區，進入檢測區的移動物體以溫度變化形式在PIR上產生變化的熱釋紅外信號，電信號發生變化。

HC-SR501人體紅外感應模塊工作電壓DC5V至20V，電平輸出3.3V/0V，感應范圍7米內，輻射面120度。傳感器的兩個反向串聯熱釋電元件的電極化方向相反，產生的釋電效應相互抵消，無信號輸出；當人進入探測區域，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，產生差值，經信號處理而輸出。可通過調節距離電位器和延時電位器來設置感應距離和延時長短。

2 報警模塊的設計

報警模塊采用5V有源蜂鳴器，其內有一簡單振蕩電路，將直流電轉為一定頻率的脈沖信號，實現磁場交變，帶動鉬片振動發音。繼電器2腳分接12V和地，3腳分為常開、常閉和公共端，輸入電流達到規定要求時，內部線圈產生電磁感應，內部觸點開關打向常開端；當輸入電流小于規定要求時，內部線圈電磁感應消失，內部觸點開關打向常閉端。

3 單片機連接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模式時該模塊可連接其他WIFI信號；AP模式是發射WIFI信號，應用終端連接該WIFI模塊；Station+AP模式既可連接別的WIFI信號又可發送信號供別人連，本應用中只需電腦或手機連接該WIFI模塊，可采用AP模式。ESP8266使用3.3V的直流電源，與單片機連接時，只需使用VCC、GND、CH_PD、TX、RX五個管腳。

ESP8266的管腳與單片機引腳相連時，中間要串聯一個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默認波特率是115200，但單片機不能達到此傳輸速率，只能使用9600bps，設置時可用串口調試工具。

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

3.配置AP參數指令：AT+CWSAP=，，， 。該指令只在AP模式開啟后有效，ssid是接入點名稱字符串；pwd為密碼字符串，最長64字節；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.創建服務器指令：AT+CIPSERVER=，。mode為0是關閉server模式，1是開啟server模式；port為端口號（整數），缺省值333。

4 邏輯處理模塊

設置熱釋電傳感器輸出連接單片機的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程序

2.單片機和ESP8266 WiFi模塊串口通信程序

3. 獲取WiFi傳輸的數據及主程序

5 用Android手機APP接收ESP8266推送的報警信息

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

1.做一基于多線程的類，用于接收ESP8266發送的消息

2. 手機APP主程序

①手機主程序onCreate（）方法中開啟服務器：

6 結語

本研究是手機直接連接ESP8266，僅能實現局域網的應用，可采用將ESP8266與計算機相連，將采集的數據傳到服務器，再通過手機連接計算機服務器的模式，實現遠程報警，從而進行更廣泛、更智能的系統應用。

參考文獻：

[1] 倪元相. 基于單片機控制的紅外熱釋電家庭防盜報警器硬件系統設計[J]. 電子世界，2018（16）.

[2] 龍文. 智能人身安全防護系統的開發與設計[J]. 電腦知識與技術，2018（36）.

[3] 毛敏. 紅外防盜報警系統設計[J]. 電子測試，2018（13）.

[4] 譚傳武. 基于51單片機的WIFI無線控制系統設計與實現[J]. 電子設計工程，2018（26）.

[5] 李振東. 基于手機Android客戶端的智能家居系統設計[J]. 物聯網技術，2018（11）.

【通聯編輯：梁書】