基于STM32的室内防火防盗系统的设计

2021-08-26钱庆丰洪一民

物联网技术 2021年8期

钱庆丰，洪一民

（安徽理工大学，安徽淮南 232001）

0 引言

当今社会，随着科学技术的不断发展，人类文明的不断进步，物质生活愈加丰富多彩，但人们在追求物质享受时，常常忽略了存在的安全隐患。文中设计了一种基于STM32的室内防火防盗系统[1-3]，兼具防火、防盗功能。该智能系统基于单片机、传感器以及GSM网络通信技术[4]而设计，当检测到温度或烟雾浓度过高时，会及时通过短信通知用户，一旦发生火灾，会立即发出提醒；当检测到有人闯入家中时会自动报警，提醒附近居民，也会短信通知主人提高警惕。该系统具有智能化、人性化、时尚化等特点，应用前景广阔。

1 系统总体设计结构

基于STM32单片机的室内防火防盗系统主要由硬件系统和软件系统组成。采用32位ARM微控制器STM32F系列芯片作为主控制装置，该装置是一款使用Cortex-M3内核的处理器，拥有多个I/O输入/输出口及大容量的片内FLASH存储器，只需用相应的编译器烧写程序就可以实现对外围器件的控制。STM32F103是一款功耗低、成本低、性能优异的微处理器，系统整体设计框架如图1所示。

图1 系统整体设计框架

2 系统硬件设计

2.1 系统的硬件组成

系统采用STM32单片机作为主控单元，如果发生火灾或有陌生人闯入时，利用传感器把获取的数据信号传送给单片机进行处理分析，然后通过GSM模块将信息发送到用户的手机客户端[5]，便于用户及时采取措施，避免造成不必要的损失。本系统主要由主控制模块、按键模块、报警模块、人体红外模块、GSM短信模块等组成，系统硬件电路如图2所示。

图2 系统硬件电路原理

2.2 各模块设计

2.2.1 主控芯片

本系统主要由终端控制器实现系统信息的分析处理，是系统的控制核心。作者把相关程序烧入单片机芯片，实现对电路的控制。此次设计，主控芯片选择STM32F103单片机，该单片机具有计算能力强、能耗低、处理数据精准等特点。

2.2.2 按键控制模块

此电路模块可对不同电路的不同状态作出相应的反应，包含用按键设置安防及撤防状态，布设紧急按键报警状态等。按键电路是检测高低电平的电路，按下按键时，单片机I/O会输出低电平，根据电平特性判断程序是否执行。

2.2.3 人体红外感应模块

此电路模块用以检测是否有人闯入。当检测到有人时，该驱动电路会立即响应，将感应的信号输出至单片机，由主控器处理。此时蜂鸣器发出报警声，并伴随LED指示灯闪烁，同时GSM模块发送短信给用户，提醒有陌生人进入。

2.2.4 电路防火检测模块

此电路具有火灾报警功能。通常情况下，火灾出现时往往伴有烟雾、温度的变化，所以该设计主要使用烟雾、温度传感器将检测的烟雾浓度以及温度数值传送给主控制器进行分析处理，并根据设置好的阈值进行判断，如果超过阈值，将会报警，并实时通知用户有火灾发生，需及时处理。

2.2.5 电压比较器模块

系统需具备识别和处理传感器检测信号的能力。单片机可识别电信号的数字量，然而传感器输出的电信号是模拟量，STM32单片机无法识别，因此需借助内部电压比较器LM393进行处理[6]。当有烟雾产生时，传感器输出的电压发生变化，一旦烟雾浓度过高，电压比较器电路产生响应，引脚输出高低不同的电平[7]，单片机根据接收的信号判断是否有烟雾。

2.2.6 GSM短信模块

当有火灾发生或有人闯入时，该模块会及时通过短信通知住户。信号通过GGSN网关、GPRS通信机将数据传送到用户手机客户端[8]。

3 系统软件设计

程序开始运行前需要对硬件进行初始化，初始化完成后系统开始工作。如果环境温度过高、烟雾浓度过大，超过阈值且检测到有人时，进行报警动作。启动步骤：STM32配置引脚，GSM模块初始化，当检测到环境中温度和烟雾异常，有人接近时，蜂鸣器发出报警，对应LED报警指示灯闪烁，同时SIM800模块发送报警短信到手机[9]。系统主流程如图3所示。