基于STM32的室內(nèi)防火防盜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

錢(qián)慶豐，洪一民

（安徽理工大學(xué)，安徽 淮南 232001）

0 引 言

當(dāng)今社會(huì)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人類(lèi)文明的不斷進(jìn)步，物質(zhì)生活愈加豐富多彩，但人們?cè)谧非笪镔|(zhì)享受時(shí)，常常忽略了存在的安全隱患。文中設(shè)計(jì)了一種基于STM32的室內(nèi)防火防盜系統(tǒng)[1-3]，兼具防火、防盜功能。該智能系統(tǒng)基于單片機(jī)、傳感器以及GSM網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)[4]而設(shè)計(jì)，當(dāng)檢測(cè)到溫度或煙霧濃度過(guò)高時(shí)，會(huì)及時(shí)通過(guò)短信通知用戶，一旦發(fā)生火災(zāi)，會(huì)立即發(fā)出提醒；當(dāng)檢測(cè)到有人闖入家中時(shí)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，提醒附近居民，也會(huì)短信通知主人提高警惕。該系統(tǒng)具有智能化、人性化、時(shí)尚化等特點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

基于STM32單片機(jī)的室內(nèi)防火防盜系統(tǒng)主要由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。采用32位ARM微控制器STM32F系列芯片作為主控制裝置，該裝置是一款使用Cortex-M3內(nèi)核的處理器，擁有多個(gè)I/O輸入/輸出口及大容量的片內(nèi)FLASH存儲(chǔ)器，只需用相應(yīng)的編譯器燒寫(xiě)程序就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍器件的控制。STM32F103是一款功耗低、成本低、性能優(yōu)異的微處理器，系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框架

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)的硬件組成

系統(tǒng)采用STM32單片機(jī)作為主控單元，如果發(fā)生火災(zāi)或有陌生人闖入時(shí)，利用傳感器把獲取的數(shù)據(jù)信號(hào)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理分析，然后通過(guò)GSM模塊將信息發(fā)送到用戶的手機(jī)客戶端[5]，便于用戶及時(shí)采取措施，避免造成不必要的損失。本系統(tǒng)主要由主控制模塊、按鍵模塊、報(bào)警模塊、人體紅外模塊、GSM短信模塊等組成，系統(tǒng)硬件電路如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件電路原理

2.2 各模塊設(shè)計(jì)

2.2.1 主控芯片

本系統(tǒng)主要由終端控制器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)信息的分析處理，是系統(tǒng)的控制核心。作者把相關(guān)程序燒入單片機(jī)芯片，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的控制。此次設(shè)計(jì)，主控芯片選擇STM32F103單片機(jī)，該單片機(jī)具有計(jì)算能力強(qiáng)、能耗低、處理數(shù)據(jù)精準(zhǔn)等特點(diǎn)。

2.2.2 按鍵控制模塊

此電路模塊可對(duì)不同電路的不同狀態(tài)作出相應(yīng)的反應(yīng)，包含用按鍵設(shè)置安防及撤防狀態(tài)，布設(shè)緊急按鍵報(bào)警狀態(tài)等。按鍵電路是檢測(cè)高低電平的電路，按下按鍵時(shí)，單片機(jī)I/O會(huì)輸出低電平，根據(jù)電平特性判斷程序是否執(zhí)行。

2.2.3 人體紅外感應(yīng)模塊

此電路模塊用以檢測(cè)是否有人闖入。當(dāng)檢測(cè)到有人時(shí)，該驅(qū)動(dòng)電路會(huì)立即響應(yīng)，將感應(yīng)的信號(hào)輸出至單片機(jī)，由主控器處理。此時(shí)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲，并伴隨LED指示燈閃爍，同時(shí)GSM模塊發(fā)送短信給用戶，提醒有陌生人進(jìn)入。

2.2.4 電路防火檢測(cè)模塊

此電路具有火災(zāi)報(bào)警功能。通常情況下，火災(zāi)出現(xiàn)時(shí)往往伴有煙霧、溫度的變化，所以該設(shè)計(jì)主要使用煙霧、溫度傳感器將檢測(cè)的煙霧濃度以及溫度數(shù)值傳送給主控制器進(jìn)行分析處理，并根據(jù)設(shè)置好的閾值進(jìn)行判斷，如果超過(guò)閾值，將會(huì)報(bào)警，并實(shí)時(shí)通知用戶有火災(zāi)發(fā)生，需及時(shí)處理。

2.2.5 電壓比較器模塊

系統(tǒng)需具備識(shí)別和處理傳感器檢測(cè)信號(hào)的能力。單片機(jī)可識(shí)別電信號(hào)的數(shù)字量，然而傳感器輸出的電信號(hào)是模擬量，STM32單片機(jī)無(wú)法識(shí)別，因此需借助內(nèi)部電壓比較器LM393進(jìn)行處理[6]。當(dāng)有煙霧產(chǎn)生時(shí)，傳感器輸出的電壓發(fā)生變化，一旦煙霧濃度過(guò)高，電壓比較器電路產(chǎn)生響應(yīng)，引腳輸出高低不同的電平[7]，單片機(jī)根據(jù)接收的信號(hào)判斷是否有煙霧。

2.2.6 GSM短信模塊

當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生或有人闖入時(shí)，該模塊會(huì)及時(shí)通過(guò)短信通知住戶。信號(hào)通過(guò)GGSN網(wǎng)關(guān)、GPRS通信機(jī)將數(shù)據(jù)傳送到用戶手機(jī)客戶端[8]。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

程序開(kāi)始運(yùn)行前需要對(duì)硬件進(jìn)行初始化，初始化完成后系統(tǒng)開(kāi)始工作。如果環(huán)境溫度過(guò)高、煙霧濃度過(guò)大，超過(guò)閾值且檢測(cè)到有人時(shí)，進(jìn)行報(bào)警動(dòng)作。啟動(dòng)步驟：STM32配置引腳，GSM模塊初始化，當(dāng)檢測(cè)到環(huán)境中溫度和煙霧異常，有人接近時(shí)，蜂鳴器發(fā)出報(bào)警，對(duì)應(yīng)LED報(bào)警指示燈閃爍，同時(shí)SIM800模塊發(fā)送報(bào)警短信到手機(jī)[9]。系統(tǒng)主流程如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)主流程

4 結(jié) 語(yǔ)

本系統(tǒng)將各類(lèi)傳感器通過(guò)ARM嵌入式技術(shù)和GSM網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)有機(jī)結(jié)合[10]，使得用戶能夠及時(shí)了解家中情況，并采取相應(yīng)措施。與傳統(tǒng)的機(jī)械式方法相比，該結(jié)構(gòu)更加主動(dòng)化和智能化，不僅擁有全面的信息傳遞功能，而且可為用戶提供更加舒適、便捷的生活環(huán)境，減少了不必要的損失。