STM32在智能家居安全報警系統中的應用

郭弘揚

（南京信息工程大學，江蘇 南京 210044）

1 研究背景

隨著信息技術和網絡技術的發展，人們的生活水平得到提高，智能居住環境已經成為人們居住環境一種趨勢，而家居系統是信息時代背景下，社會發展的必然產物。隨著物聯網的不斷發展，智能家居又產生了一次新的變革，結合物聯網技術和信息技術，智能家居為人們的居住環境提供了更多的便利。隨著互聯網信息技術、物聯網技術等的發展，我國進入智能化社會已經成為必然趨勢，智能家居就是智能社會發展的一大體現。智能家居即具有智能化功能的家居用品，結合了物聯網、移動通信等技術，將家具用品等利用技術平臺關聯起來，實現智能控制。雖然智能家居系統已經成為人們關注的焦點，但它仍需要不斷改進和完善，以積極推動其發展，更好地服務于人們的日常生活［1］。智能家居系統正逐步向智能化方向發展，集成語音功能、指紋、人臉識別和紅外功能，已成為一個全面的安全系統，并與不同品牌的家電互聯［2］。目前，不同制造商和產品的智能家居系統及其設備之間存在的不匹配、不兼容等問題亟待解決。一個完善的智能家居系統的設計不僅要實時、準確地采集家居環境參數，還要根據采集到的環境參數對數據進行融合，設定合適的參數調整當前的環境。在設計過程中，各部分所用硬件的選擇和結構設計非常重要，因為它不僅影響系統檢測結果的準確性，還會影響控制指令的輸出和執行效果。

2 STM32的應用原理

STM32單片機主要是通過GPIO口輸入模式啟動功能。根據需要可以調整輸入的頻率，當前常用的調整頻率主要有2 MHz，10 MHz和50 MHz。同時，單片機的主板上還有一個復位鍵，可以實現頻率的復位，被稱為復位鍵RST。這一功能需要通過SWD 5個針腳外接ST-LINK/V2來實現。STM32的應用原理如圖1所示。

圖1 STM32的應用原理

3 智能家居系統結構

智能家居的概念最早出現在美國。智能家居以住宅為平臺，集建筑設備、網絡通信、信息家電和設備自動化系統于一體，旨在建立一個集系統、結構、服務、管理于一體的高效、舒適、安全、便捷、環保的生活環境［3］。智能家居利用先進的計算機技術、網絡通信技術和綜合布線技術，將與家居生活相關的各個子系統有機地結合起來，通過全面管理，優化人們的生活方式，幫助人們有效地安排時間，提高家居生活的安全性和舒適性，節約各種能源成本。目前，設計師可以通過互聯網加強系統的改進和建設。從系統結構來看，智能家居系統可分為傳感器、執行器、控制中心、通信網絡和人機界面，具體如圖2所示。

圖2 智能家居系統結構

3.1 傳感器

傳感器的主要功能是收集當下環境的信息參數，如人體信息、水、燃氣、溫度、濕度、亮光等，并將信息參數發送給控制中樞。控制中樞再進行智能分辨，通過傳達指令來完成任務。

3.2 執行器

執行器通過控制中樞發出的相關信息指令。傳感器將信息發送給控制中樞，控制中樞通過控制指令發出信息，并且完成相關動作。如智能家居的門鎖、家電、窗簾控制器等都是通過執行器來完成。

3.3 控制中樞

控制中樞是智能家居的核心系統，它與傳感器連接起來，能實現傳輸和指令控制的功能，根據傳感器發送的信息滿足用戶的需求和設定，再由執行器完成控制中樞發出的指令。

4 智能家居系統功能

智能家居功能體現在對室內溫濕度的控制。溫濕度是智能家居的實現保障，因為實現對溫濕度的控制是保障智能家居進入使用狀態和操作狀態的重要標志。

4.1 設置功能

設置功能主要滿足用戶的設置需求，在初始狀態下用戶可以修改和更換相關的名稱或者位置等，這些是個性化的設置，用戶可以根據自己的需求進行設置。

4.2 打開功能

用戶可以控制燈的一些參數，例如遠程自動開關、亮度調節。遠程用戶通過移動終端可以把燈打開，提前預設亮燈時間和亮度。

4.3 切換功能

通過控制相關的按鈕可以實現切換功能，滿足用戶的使用需求，比如在室內，用戶可以通過切換功能設定燈的關閉時間，這樣就能實現自動關閉燈的任務，還可以切換白天和夜間的照明模式。

4.4 調光功能

調光功能主要是設置亮度，在不同的狀態下，用戶可以根據自身需求設定相關參數，亮度可以從0到100字自行調節，當達到100時就會關閉，并且0時是打開狀態。

5 STM32在智能家居報警系統的應用原則

本設計的主要宗旨就是為市場提供性價比較高的智能家電。電路預警系統主要從安全角度出發，通過智能系統設計，提高預警系統的有效性和科學性，同時，在成本上進行特殊的材料和系統設計處理，降低成本，以提高系統的實用性和性價比，設計出一款物美價廉的預警系統。從整個運行系統中可以看出，本系統是基于實用性、性價比、安全可靠性、可拓展性等幾個原則實施的。

5.1 系統實用性

系統實用性主要以智能家居監測、智能家居控制和相關數據設計3大模塊為主，然后在設置方面通過對燈光、窗簾、溫濕度、可燃氣體密度感應等的設計，加強參數設置的精確度和可操作性，智能家居的控制主要是對燈光進行控制，或對窗簾的拉開和收起進行控制。智能家居監測主要是對溫濕度的變化進行監測，通過控制溫室度實現家居的智能化。可燃氣體主要是通過智能家居實現對可燃氣體的監控，實現安全使用的目標。

5.2 性價比原則

當前市場的智能家居產品質量參差不齊，出現了較多的偽劣產品，并且低質量產品正在大量涌入市場［4］。智能家居產品的門檻相對較高，因為它不僅要實現智能化，還要保障用戶的信息安全。智能家居不僅要滿足用戶的需求，也應該在產品技術上實現安全保障。所以從產品的廉價性來看，該單片機在智能家居報警系統中的應用，不僅滿足了用戶安全性能的需求，而且還提高了智能家居產品的質量。

5.3 安全可靠性原則

安全可靠性主要是指智能家居電路系統都需要具有安全性和可靠性。安全性是指智能家居控制系統中要具有一定的可控和準確性，為居民提供較安全的、不會發出錯誤報警的預警系統。而可靠性主要是指整個系統的預警準確性和精確性，保證不能出現錯誤或錯亂等現象，能夠準確地反映環境數據。

5.4 可拓展性原則

可拓展性主要是指預警系統在整個連接過程中，可以隨時根據用戶需求和系統需求進行功能添加，拓展系統的功能，提高系統的使用性，同時，還可以通過使用過程中的皆可設計方式隨意搭配各個家用產品。

6 STM32在智能家居報警系統中的功能和應用

6.1 STM32在智能家居報警系統的中的功能

燈是智能家居中重要且常用的家具用品，所以對燈光的控制是實現智能家居的基礎［5］，通過對燈光開關、顏色、調光等的模塊設計，借鑒傳感器節點與燈光的開關連接，就能實現家居的智能化，借助物聯網平臺將命令傳輸到服務器中就可以實施。

6.1.1 設置功能

用戶在初始狀態下可以設置燈的名字，還可以修改所屬燈的名稱和位置。

6.1.2 遠程/自動開燈功能

用戶可以控制某些或一盞燈，例如當遠程用戶可以通過移動終端打開燈；用戶可提前自動設置光圈，例如當房主回家需要開燈時，可以自動設置。

6.1.3 遠程/自動關燈功能

用戶可以控制某些或一個指示燈，例如當遠程用戶可以通過移動終端關閉燈；用戶可以自動關閉提前設置時間的燈，如在用戶夜間睡眠時，自動關閉用戶家里所有的燈。

6.1.4 亮度調整功能

用戶隨時可以控制光的亮度，在照明狀態下，參數設定范圍是0~100，其中0是打開狀態，100則是關閉狀態。

6.1.5 狀態報告功能

當用戶的智能網關連接到燈時，燈被點亮，在打開狀態下，用戶端會報告，從閉合狀態到開放狀態，智能網關都能關聯到用戶家中當前照明的燈，實時報告其當前的狀態，狀態數值范圍為0~100。

6.2 STM32在智能家居報警系統中的具體應用

6.2.1 紅外設備控制系統

紅外設備控制系統由紅外應答器組成。紅外應答器主要學習紅外遙控器的紅外編碼，通過網關的數據轉換，移動應用可以進行本地和遠程控制紅外設備的切換(例如空調、電視、DVD等）［6］。智能安防系統由家庭報警器、各種傳感器和傳輸電纜組成。各種傳感器都部署在家庭的重要位置和區域。全方位的傳感器可以取代家庭中傳統的加固防盜網。智能家居網關將安防系統中的各種傳感器(如煙霧檢測、移動檢測、玻璃破損檢測、窗簾檢測、門磁等）與門禁、可視對講、監控記錄等系統連接起來，可通過智能家居觸摸屏隨時監控和操作，并可實現遠程控制。集中所有安全系統可以減少家庭環境中墻上的各種顯示設備，只需使用觸摸屏控制所有安全系統，操作就變得非常簡單。

6.2.2 視頻監控

對物聯網智能家居系統使用案例進行的分析表明，Web Service是由服務器提供的服務。首次登錄的用戶需要通過注冊REGIST，并修改初始設置，設置個人信息。用戶通過第一次設置的傳感器節點，套入窗簾、光、可燃氣體等位置信息和參數信息，設定該節點的合適溫度和濕度。對于每一個主節點的名稱、位置、狀態和其他設置都可以隨時更新。在使用期間，用戶可以通過系統控制光幕窗簾和家中燈具，隨時了解家庭可燃氣體的溫度和濕度參數［7］。

6.2.3 指紋鎖

指紋鎖集合了計算機技術和電子技術的優勢，提高了用戶的居住安全性。指紋解鎖具有方便、快速、精確等特點。隨著科學技術的普及，智能家居必將獲得越來越好的發展，越來越多的人開始選擇指紋鎖。

6.2.4 遠程控制

通過對智能家居家用電器的控制模型的分析，利用系統進行模擬，用戶隨時可以重新設置家用電器的開關，更利于促進家用電器開關的智能化。

7 用戶登錄驗證

從以上系統設計可以看出，智能家居的關鍵部分在于控制命令，在控制系統當中應該加入家庭IP等地址，以便于進入物聯網系統，加強用戶登錄的安全性，保障用戶智能家居得到相應控制和家居安全。

8 結語

智能家居不僅應用了無線遙控，也實現了遠程控制，用戶可以在任意地點控制家里電器的開關。每天臨下班時，用戶只要通過手機發送命令，家里的電飯煲就可以自動煮飯，洗衣機就可以開始洗衣服，空調也能自動提前打開，調節到人體舒適的溫度。當用戶回到家里，隨著門鎖被開啟，家中的安防系統會自動解除室內警戒狀態，廊燈緩緩點亮，空調、新風系統自動啟動，讓房主回到家時能從家務中解脫，消除工作疲勞，身心得到放松。綜上所述，基于對智能化家居的了解，筆者以TM32為主控芯片，利用手機控制的智能化系統實現家居智能化，通過“手機＋WiFi”的控制模式，為用戶搭建一鍵控制的平臺，提高對家居的日常監控力度。同時，用戶通過App和控制板的WiFi模塊互聯，可隨時在手機查看環境監測數據。