基于STM32的居所智能防盗系统设计

王凯彬，李梦思，陈佳雪，张 丹，马华红

(河南科技大学信息工程学院,河南 洛阳 471023)

0 引言

现如今，独居在外打拼成了很多人的常见状态，其人身财产安全则是首先需要考虑的问题。市面上常见的指纹门锁，仅仅是提高了住所防护能力，却无法对可疑人员进行拍照留证，而安装监控摄像头虽能解决这一问题，但全天24小时工作存储内存较大且无法及时对用户进行提醒，缺乏实时报警措施。所以,研发出科学化、智能化、实时性较好的防盗报警设备,是家居安全的有效保障[1]。该系统以STM32F103ZET6单片机为控制核心并基于热释电红外传感器、摄像头和GSM等外设单元设计完成，主要利用两个红外热释电传感器来对门外进行实时检测，依据设置条件进行蜂鸣器提醒、摄像头抓拍及GSM短信报警，以实现拍照留证及实时报警的操作。

此外，该系统设置有两种模式。“有人模式”主要针对用户在家的情况，远近热释电红外传感器根据是否有人及停留时间进行蜂鸣器提醒，严重情况下进行拍照留证。“无人模式”主要针对屋主不在家的情况，当有人试图进入屋内时，摄像头进行拍照并存储入SD卡待用户回家后可以检查，并同时给用户发送GSM短信报警提醒。

1 系统设计

整个系统由单片机根据从热释电红外探测模块得到的信息，向各个模块发送指令信号执行相应的功能[2]。该系统由硬件和软件两部分组成，硬件部分主要包括：主控模块电路、信息采集模块(2个热释电红外传感器+摄像头)、GSM短信报警模块。软件部分主要包括：信息采集及处理程序、GSM报警程序。

1.1 硬件设计

本文通过AD16软件来完成居所智能防盗硬件系统的电路设计，其具体设计如图1所示。

图1 智能防盗系统原理框图

1.1.1 主控模块电路

主控模块选用的是STM32F103ZET6最小系统，该系统选用的是信盈达STM32系列产品，在此基础上结合热释电红外传感器、摄像头和GSM模块等进行设计[3]。占用部分芯片上外设主要包括按键、蜂鸣器、LED、SD卡、LCD。

1.1.2 信息采集模块电路(热释电红外传感器、摄像头)

◆热释电红外传感器：对人体信号的探测采用的传感器是HC-SR501热释电红外传感器[4]。传感器由5V电压口进行供电，传感器探测到人体后输出的信号经信号处理芯片BISS0001放大，滤波后将电压信号经OUT口传输给单片机。单片机根据接收到的电压信号做出相应判断并下达相关指令。

◆摄像头：ALIENTEK OV7725摄像头模块带有一个FIFO芯片(AL422B),用于暂存图像数据,以方便获取图像数据。

1.1.3 GSM短信模块

GSM模块选用ATK-SIM900A，SIM900A可选择用跳线连接，SIM_TXD与PB11连接,SIM_RXD与PB11相连(共地)，或者直接使用串口。在该系统设计中我们主要使用的是其短信功能，在开发板液晶上面显示短信内容，而液晶只支持GBK编码的汉字显示，所以我们需要GBK/UNICODE互换编码表，通过查表来实现UNICDOE和GBK的互换。GSM模块电路原理图如图2。

图2 GSM模块电路原理图

1.2 软件设计

1.2.1 主控制程序

主程序实现的功能是由用户根据自身情况选择有人或无人模式。在无人模式下，当远近热释电检测到有人侵入探测区域甚至试图闯入家门时，直接进行GSM短信报警至用户手机，摄像头进行拍照存储待用户或警方查看。当该系统处于有人模式下，由于居所之中有人，此时若远近红外热释电传感器探测到有人停留较长时间(10s)，采用蜂鸣器提醒用户同时对门外者进行警告，若长时间检测到有人位于探测区域，则蜂鸣器长期处于警告状况，直至检测到无异常情况。具体功能实现流程图如图3所示。

图3 主控制流程图

1.2.2 模式切换程序

该系统有“有人模式”和“无人模式”两种模式，根据不同的场景进行选择切换。此模块主要是利用LCD屏显示选项，用单片机上已有的四个按键来实现两种模式切换的功能，其中左右按键选择是否退出此模块，上下按键来实现模式切换。

1.2.3 红外热释电传感器信息采集程序

该部分主要由两个热释电红外探测器构成，利用热释电红外探测器对人体的感知功能将其中一个热释电(以下称热释电1)的探测距离设置较近，以探测到近门处情况；将另一个热释电(以下称热释电2)的距离设置稍远，以判断距门稍远处的情况。结合两个热释电判断是否有人靠近甚至闯入，然后根据系统所在模式在一定情况下对到来者进行拍照记录。

2 系统实物测试

2.1 信息采集测试

有人模式下，经过两个红外热释电传感器探测区域，观察蜂鸣器是否正常工作；无人模式下，试图闯入红外热释电传感器探测区域(从远到近)，观察是否有摄像头,是否正常工作拍下照片并存储入SD卡中。测试结果如图4所示。

图4 信息采集测试结果

2.2 短信测试

按KEY0进入读短信测试,屏幕将显示SIM卡目前存储的信息条数以及总共可以存储的信息条数,并在屏幕上虚拟一个键盘,通过键盘输入,即可读取指定条目的短信,其内容将显示在LCD上面.按KEY1进入发短信测试,屏幕将显示一条固定的短信内容,并虚拟一个键盘,通过键盘输入目标手机号码,即可执行发送,将固定内容的短信发送给目标手机,并带状态提示[5]。

3 结论

该居所智能防盗系统设计以STM32F103ZET6单片机为控制核心并基于热释电红外传感器、摄像头和GSM等外设单元设计完成，采用红外热释电进行人迹探测并在不同模式下据此进行蜂鸣器提醒、摄像头拍照及GSM报警提醒等，以实现拍照取证及GSM短信报警操作，进一步提高用户居所的安全性。该系统测试主要针对当有人进入两个红外热释电探测范围之内时，是否可以进行蜂鸣器提醒、摄像拍照及GSM短信报警。信息采集部分测试结果：蜂鸣器与摄像头工作正常；短信测试结果：短信接收正常。