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基于单片机的无线通信报警系统论文.docx
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基于单片机的无线通信报警系统论文
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基于单片机的无线通信报警系统
摘要
本课题设计了基于 STM32F103C6T6 单片机为主控核心的无线通信报警系统。为了
解决家庭居室的安全监控,通过温湿度芯片 SHT30、烟雾传感器 MQ-2、天然气传感器
MQ-4 来获取居室的温湿度、烟雾、天然气含量,使用了一个热释电传感器、菲涅耳透
镜、红外传感信号处理器等元件组成的 HC-SR501 传感器检测是否有人。居室内通过 LED
灯与蜂鸣器实现室内报警,远端通过 ESP8266 并结合机智云平台实现手机 APP 的远程
报警,并借助能够发送短信的 GSM 模块(SIM800L)实现短信途径辅助报警,在居室
可以直接观察数据,通过 OLED 查看环境变量,远端可以通过手机 APP 查看环境变量
及设置相关报警参数。
关键词:GSM 模块;STM32F103C6T6;ESP8266;机智云
目录
引言.............................................................................................................................................1
1 系统总体设计.........................................................................................................................1
1.1 设计内容和要求...........................................................................................................1
1.2 系统总体设计框图.......................................................................................................2
1.3 系统设计的总体思路...................................................................................................2
1.4 主控芯片的选择...........................................................................................................3
2 系统的硬件设计.....................................................................................................................4
2.1 硬件总体设计方案.......................................................................................................4
2.2 电源电路的设计...........................................................................................................4
2.3 按键电路设计...............................................................................................................5
2.4 烟雾与天然气检测电路设计.......................................................................................6
2.5 WIFI 模块设计 ..............................................................................................................7
2.6 LED 显示模块设计.......................................................................................................8
2.7 温湿度模块设计...........................................................................................................9
2.8 GSM 模块设计 ............................................................................................................10
2.9 人体感应模块设计.....................................................................................................11
2.10 报警电路设计...........................................................................................................11
3 系统软件设计.......................................................................................................................12
3.1 软件系统整体设计.....................................................................................................12
3.2 机智云.........................................................................................................................13
3.2.1 MCU 快速开发..................................................................................................14
3.2.2 注册机智云开发者...........................................................................................14
3.2.3 创建产品...........................................................................................................14
3.2.4 设备数据点.......................................................................................................14
3.2.5 自动生成设备云端协议...................................................................................15
3.3 WIFI 模块软件设计 ....................................................................................................15
3.4 按键模块的软件设计.................................................................................................16
3.5 报警系统软件设计.....................................................................................................17
4 系统调试...............................................................................................................................17
4.1 硬件系统调试.............................................................................................................17
4.2 软件系统调试.............................................................................................................18
4.2.1 程序的烧写.......................................................................................................18
4.2.2 温湿度显示调试...............................................................................................19
4.2.3 烟雾与天然气调试...........................................................................................19
5 总结.......................................................................................................................................20
参考文献...................................................................................................................................21
致谢...........................................................................................................................................23
1
引言
我国现在如今的社会非常快的发展,人民的日常生活也在逐渐的不断的提高。但是
随之来到身边的还有逐渐增多的隐患。现代的居室生活中,人们利用各种电器、天然气
等工具方便我们的生活。当这些工具带来方便的同时,也带来了居室中许多不安全的因
素,例如天然气泄漏、火灾等都会给家庭带来或轻或重的损失。随着小康社会的普及及
人口的流动性逐渐增大,入室盗窃的犯罪率逐渐增大,传统防盗门再配置锁有一定的防
盗作用,并且作为家庭防盗的第一道有效的保障,是非常有用的,但是在无线通信方面,
可以做的更好。近几年物联网也同样发展的很快,随着各种芯片与传感器的飞速发展,
给无线通信带来了创新型的保障。以单片机作为保障的大脑,以传感器为感知元件,能
够为无线通信提供进一步有效的保障,例如对居室的天然气、烟雾、是否有盗贼进入居
室等隐患进行实时监控,若出现问题,能够及时远程通知户主进行处理。
近些年来电子技术、传感器技术、计算机技术飞快发展,无线通信报警的相关产品
也随着越来越多。国外例如博世、西门子等品牌公司,国内例如海尔、格力、小米等品
牌公司研发了成套的智能家居系统,其中也包含了本设计中的无线通信系统。可以看见,
无线通信报警系统将成为居室非常重要的组成部分。
想要实现各种功能,要用到 MCU,还有各种硬件互相沟通的技术,能够检测特定数
值的 sensor 技术,三种技术设计的无线通信报警系统,这里的 MCU 相当于人类的大脑,
每一个 sensor 负责检测室内环境的各种数值。传感器模块再将自己采集到的连续变化
的信号数据通过芯片变为单片机能认识的 0 或 1 信号,从而能够准备的做出相应的判断。
如果有天然气泄漏或烟雾或非法入侵,则 SIM 模块将发送报警短信到指定手机上,并且
手机 APP 也可以查看报警信息。居室内也会进行声音与灯光报警。
本设计使用 STM32F103C6T6 作为项目的主控芯片,结合热释电传感器实现防盗检测,
结合 GSM 模块与 ESP8266 实现远程报警与通知,采用 1.3 寸 OLED 及时显示信息。并且
本设计具有温度检测、烟雾检测功能。而且还有天然气检测、湿度检测等功能,并可对
这些环境变量进行监测,实现天然气泄漏报警与火灾报警。
1 系统总体设计
1.1 设计内容和要求
本设计有两个大块领域知识组成,关于电子的硬件,关于代码的软件。硬件的设计
有 STM32F103C6T6 单片机最小系统电路、天然气传感电路、烟雾传感器电路、检测人体
的传感器电路、GSM 短信系统电路、ESP8266 电路、温湿度传感器 SHT30 电路等。因为
2
无线通信报警系统主要由烟雾传感器、天然气传感器、人体感应传感器这三个数据模块
来实现安全的检测,所以本设计的无线通信报警系统主要由 STM32 单片机主控电路、烟
雾传感器、天然气传感器、人体检测、报警模块来实现。当室内由火烧起来时候,随着
升高的就是烟雾,单片机通过自身所有的 ADC 功能,读取烟雾传感器的模拟量,并在系
统内部通过算法计算当前烟雾浓度含量。当烟雾的含量上升到无线通信报警系统设定的
危险数值时,单片机会进行烟雾报警。天然气的原理与烟雾传感器一致,天然气已经是
家家户户都在使用的能源,所以天然气泄漏不仅可能造成火灾,还会造成天然气中毒,
所以天然气报警检测可以提前预防火灾的发生,也可以防止天然气中毒发生。当人们离
开居室,居室的安全没有人保障,无线通信报警系统可以在人走之后,手动或远程激活
防盗功能。当有人在居室无人期间偷偷进入居室,人体感应传感器可以检测到人体的存
在,并在输出引脚改变数字信号到单片机。单片机会定时读取人体感应传感器的数字信
号,发现有人入侵,立即实现防盗功能。具体的实现功能要求在下方列出:
(1)检测室内烟雾的浓度,一旦超出设定数值,进行报警处理;
(2)检测室内天然气的浓度,一旦超出设定数值,进行报警处理;
(3)防盗模式时,检测是否有人非法入侵,一旦发现,进行报警处理;
(4)能够通过手机 APP 及按键设置防盗模式。
1.2 系统总体设计框图
整个系统围绕 MCU 单片机进行设计,具体的框图如图 1-1 所示。
图 1-1 系统总体设计框图
1.3 系统设计的总体思路
根据实现的功能,可以看出无线通信报警系统的硬件电路包括了 I/O 电路、MCU、
扩展的传感器模块等组成。该设计包括了 Hardware Design 和 Software Design 两大部
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