基于STM32与GSM的家庭智能防火防盗报警系统设计

2016-08-08王大雷姚积欢汪材印

宿州学院学报 2016年7期

关键词：传感器

王大雷，姚积欢,王　楠,汪材印

1.宿州学院机械与电子工程学院，安徽宿州，234000;2.株洲易力达机电有限公司,湖南株洲，412002

基于STM32与GSM的家庭智能防火防盗报警系统设计

王大雷1，姚积欢2,王楠1,汪材印1

1.宿州学院机械与电子工程学院，安徽宿州，234000;2.株洲易力达机电有限公司,湖南株洲，412002

摘要：针对目前家庭防火防盗报警系统现状以及存在的主要问题，提出了一种基于STM32与GSM的家庭智能防火防盗报警系统。系统采用4*4 键盘锁、烟雾传感器、人体热释感器、温度传感器作为检测元件、以STM32F103RBT6作为主控芯片，利用液晶显示模块、GSM通信网络及报警模块等完成家庭智能防火防盗报警系统的设计，可以实现低错报率和实时报警，增强了系统稳定性。

关键词：STM32；GSM；防火防盗；传感器

目前，普通家庭的防火防盗方法主要是安装防盗窗、防盗门以及防盗锁[1]。这些是人们通过日常生活经验积累的传统方法，但都存在一定的缺陷。一旦室内发生失火或被盗时，人们不能及时掌握家庭的安全情况，也不能做相应的处理，会给人们的财产或生命带来严重的危险。

为了解决以上问题，本文提出一种基于STM32与GSM网络的家庭智能防火防盗系统。本系统主要创新如下：(1)采用了近几年新兴的ARM系列微控制器STM32F103RBT6，其性价比高、功能强大、实时性好，且适用范围广泛等；(2)利用GSM通信网络模块[2-3]，可以使家庭防火防盗报警系统进行远程无线通信，价格便宜，适用于普通家庭。

1系统总体设计

本文防火防盗智能报警系统是一种新的电子智能报警系统[4]。它将意法半导体公司生产的单片机STM32F103RBT6与移动通信GSM网络技术相结合[5]，利用电子探测模块，设计成一个简单、安全、可靠，适合普通家庭室内防火防盗的智能报警系统。系统总体构成：单片机STM32F103RBT6Z主控制器、液晶显示、4*4 矩阵键盘、红外热式感应、烟雾传感器，温度传感器，GSM及扬声器等模块。本系统总体设计框图如图1所示。

本系统以STM32F103RBT6作为控制核心，首先通过密码锁进行信息验证，并在LCD模块进行数据显示；其次通过热释人体感应模块对室内进行检测；再次利用温度传感器对室内温度进行检测；最后利用烟雾传感器对室内烟雾浓度进行检测。若检测到密码输入错误或室内有人闯入，系统将被视为非法入侵；如果检测室内的温度或烟雾浓度高于预设值时，立刻启动报警系统进行语音报警，并通过GSM模块将室内实时信息第一时间发送至预设手机用户。

图1　系统总计设计框图

2系统硬件设计

硬件电路的设计是整个系统设计的核心内容[6]。系统的硬件设计主要包括STM32单片机、GSM模块、传感器模块及显示器。系统主控电路如图2所示。

图2　系统主控电路图

2.1STM32单片机

根据项目的性能与控制要求，需要选择合适的控制模块，使系统能够正常、稳定的运行。经过反复研究，最终采用意法半导体公司生产的STM32F103RBT6单片机作为本系统的控制芯片[7]，其功能如下：时钟频率72 MHz，存储器128 KB Flash，闪存20 KB SRAM，2×SPI，CAN，PWM，2×ADC，8个16位定时器及112个通用I/O口等。它是一种低成本、高性能、低功耗的微控制器，采用ARM Cortex-M3内核结构，处理速度非常快，时钟频率可达72 MHz，在同类产品中其性能最为优越。

2.2GSM模块

本系统采用国内晨宇科技公司的一款双频900/1800MHz高度集成的GSM模块—WF-SIM900A。它主要通过串口传输标准的AT命令对模块进行控制，并具有GSM网络通信功能。主控制器STM32的I/O口PA2、PA3与GSM模块的信号线接口进行连接，两个模块之间可进行通信。如有室内发生报警，GSM模块立刻启动，同时将室内的状况第一时间发送至用户手机，由用户进行及时处理。

2.3显示模块

显示模块采用2.8寸TFTLCD，即真彩液晶显示器。该显示器分辨率为320*240，16位真彩显示，自带触摸屏，其与外部连接方式如图2所示，主要显示室内的温度和煤气浓度等实时性数据。

2.4传感器模块

2.4.1温度传感器DS18B20

该模块采用DALLAS公司生产的DS18B20传感器。它无需A/D转换器就可以直接读出被测温度，并且根据实际具体要求实现9～12位的数值读出方式。其信号线与单片机STM32的I/O口PB2进行连接，直接实时输出采集温度的数字量，具有线路简单、性能稳定的特点。

2.4.2人体热释感器模块

该模块的信号线与STM32的I/O口PB0进行连接，它利用周围一定范围内的红外信号进行监测，并把一些很微弱的信号采集进去，然后进行放大。

2.4.3煤气烟雾传感器

该模块采用MQ-2型烟雾传感器。它可以很好地对液化气、丙烷、氢气等煤气烟雾气体进行检测，连于单片机STM32的I/O口PB1上。

2.54*4密码锁

由图2可知，该模块8个信号线依次与单片机STM32的I/O口PB8～PB15进行连接。系统采用4*4密码锁进行用户信息验证，若密码输入错误时，系统将判定为人员非法入侵，系统立刻启动智能报警系统并发出语音报警。

3系统软件设计

本系统软件包括4*4密码锁检测程序，外来人员闯入室内检测程序，室内温度、烟雾浓度检测程序，液晶显示程序，语音报警程序及GSM通信程序。

主程序需要完成如下任务：

(1)系统初始化。设置温度、烟雾浓度及密码锁等参数的初始值，设定中断及定时器。

(2)密码锁检测。利用4*4密码锁键盘进行按键操作，由STM32控制器进行数据采集，并在LCD屏上显示结果。

(3)室内温度检测。利用温度传感器DS18B20对室内温度进行数据采集。

(4)室内烟雾浓度检测。利用MQ-2型烟雾传感器对室内烟雾浓度进行数据采集。

(5)室内非法入侵检测。系统通过人体红外热释感应传感器对室内是否有非法入侵者进行检测。

(6)启动报警系统。当系统检测出密码错误、室内温度和烟雾浓度过高或有人非法入侵时，就会自动启动报警系统，发出报警信号，并通过GSM模块将室内的信息第一时间短信发送到户主。

本文对家庭智能防火防盗系统进行研究，利用STM32单片机对系统进行控制，其算法流程图如图3所示。

图3　系统控制算法流程图

4实验与结果

系统检测结果能否达到实际设计的要求，是权衡本系统好与坏的一个重要标准。系统的程序在MDK下编写、调试，之后生成2进制文件,并由JLINK下载器写入STM32单片机中，然后将STM32单片机控制模块和GSM短信模块通过USART串口连接起来。当系统程序正常运行时,则TFTCLD上显示室内实时温度。如有人入室时，系统发生异常，立刻启动语音报警并利用GSM模块将“快回家，快回家，家里有陌生人入侵”内容发送给用户。其检测结果如图4所示。

图4　系统检测结果

5结语

本文对家庭智能防盗防火报警系统进行研究，其设计的实物图如图5所示。

图5　家庭智能防盗防火报警系统实物图

本文利用STM32单片机与GSM通信网络实现了家庭智能防火防盗报警系统设计。首先结构简单，检测结果准确，系统功能稳定可靠；然后利用液晶显示模块，使系统具有良好的人机交互界面，可直观地显示检测结果；最后，利用C语言进行软件编程，具有移植性好，开发速度快，功能扩展性强。本系统稳定可靠，报警错误率低，实时性强，价格便宜，适用于普通家庭。

参考文献：

[1]刘婷婷,杨文铂.基于GSM的家庭无线防盗报警系统[J].技术研发，2013,20(5)：17-18

[2]刘磊,孙晓菲,张煜.基于GSM的寝室智能防盗报警系统[J].电子测量技术,2015,38(5):97-100

[3]潘朝，黄佳，李平．基于GSM 短信的智能家居控制系统的设计[J].电子测量技术,2013,36(6):121-124

[4]贾国材，姚琳，林福宏，等.基于GPRS的家庭防盗报警系统设计[J].成都信息工程学院学报,2013,28(5):474-480

[5]李阳辉.基于STM32和GSM的温度远程监控系统设计[J].自动化与仪器仪表,2015,183(1):56-59

[6]李娜，郭焕银.基于单片机控制的温度检控系统设计[J].宿州学院学报，2012，27(11):53-55

[7]黄进兴,饶连周,林长富,李德旺,曾金顶,高忠坚.基于摄像头的智能家居防盗系统的设计[J].三明学院学报,2015,32(2):43-47

(责任编辑：刘小阳)

doi:10.3969/j.issn.1673-2006.2016.07.028

收稿日期：2016-02-18

基金项目：宿州学院煤矿机械与电子工程研究中心平台项目“矿用混合动力无轨胶轮车动力耦合装置的动力学研究”(2015ykf23)。