Mouser2014 智能硬件创新设计大赛
项目报告
题 目: 基于 STM32 处理器的武警报警信息系统终端
学 校: 西安工程大学
指导教师: 朱磊
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题 目: 基于 STM32 处理器的武警报警信息系统终端
关键词: 报警系统;STM32;MP3;以太网;LCD;武警
摘要
本文提出的武警报警信息系统终端,可实现报警和联动响应,支持以太网和
WIFI 两种通信模式,可实现移动哨位报警和固定哨位报警,语音和显示报警信
息用户可自行定制。
本终端主要由 STM32F103 处理器模块和 C8051F340 处理器模块构成,
STM32 处理器扩展了 MP3、LCD 触摸屏、SD 卡、LED、按键、继电器等子模
块,主要负责检测按键输入、生成/解析通信协议、读取存储文件数据、实现立
体化报警、外部设备控制等工作,C8051F340 处理器扩展了以太网通信子模块和
WIFI 通信子模块,主要负责报警数据的接收和发送,并通过 UART 接口与
STM32 处理器传输通信数据。
1. 引言
1.1 设计背景
武警部队担负维护国家安全稳定的重任,日常执勤是其主要任务。然而,武
警部队执勤的地域往往存在执勤面积大,执勤点多,地形复杂等问题,很难保证
武警的执勤、指挥和管理的效率,且浪费人力资源。这种传统低效率的执勤方式
显然已经不再适合如今飞速发展的社会,武警执勤的信息化、联动性、实时性也
成为武警部队面临的问题。武警报警信息系统具有其网络化通信、智能化监控、
网点化分布的特点,不仅可以大幅减轻武警的工作负担,提高执勤的效率,而且
大大提升了全面应对突发事件的能力,避免了不必要的损失,因此,武警部队对
于可靠的报警信息系统一直有较高的需求。当前,市面上的报警终端大多为固定
置式装置,存在体积大、成本高、无法应用于移动哨位等问题,而市场上的一些
无线便携式终端又存在功能简单、报警形式单一等问题。
武警信息系统是由多个执勤区域的多个节点组网构成,每个节点的报警终端
是构成一个完整报警信息系统的核心部件,报警终端作为报警信息系统的核心组
成部分,承担着报警信息收集、传输、处理等重要任务。当前,报警信息系统中
的各终端主要采用单片机、DSP 或 ARM 等为核心的嵌入式系统设计方案和以计
算机技术为基础的 PC 机设计方案。相比较而言,嵌入式系统方案成本较低,但
通用性差;而计算机通用性好、数据处理能力强、后期升级维护方便,但其成本
较高且不便于控制底层硬件。
1.2 设计目的
为保证武警执勤的信息化和联动化,设计了一款基于 STM32 处理器的武警报
警信息系统终端,该终端支持基于以太网的有线通信和基于 WiFi 的无线通信两
种通信模式,一处报警,处处联动;支持语音、LCD、LED 等多种同时报警;
支持按键、触摸屏两种方式触发报警;
1.3 拟解决问题
(1)本终端可支持多种类型的警情事件:报警、命令、查询、请求等,每
种事件类型又有多种不同信息内容和处理方式,因此,需准确有效的对不同事件
进行判断并作出相应动作,且处理速度快。
(2)为保证各终端传输判断警情事件的准确和快速,需制定一套通信协议,
该通信协议应具有以下特点:内容覆盖全面,可包括所有警情信息的数据;精简,
保证传输、处理快速;具有可扩展性;包含起始码与结束码;包含源终端地址与
目的终端地址。
(3)警情事件触发时,为能准确快速定位所需的报警信息文件,需为报警
文件制定统一的命名规则,且命名规则需与通信协议相对应。
2. 系统方案
为满足移动哨位执勤的需求,本终端需支持有线通信和无线通信两种通信模
式,一处报警,处处联动响应;为实现报警全方位多样化,本终端扩展多个模块,
可支持语音、LCD、LED 等多种方式同时报警,报警内容用户可自行定制;支
持按键、触摸屏两种输入方式触发报警;同时,本终端可将武警部队已有的多种
设备如电网、摄像头、红外线等多种设备融为一体。
2.1 整体设计
图 2-1 为整个系统的结构设计示意图,图 2-2 为系统设计框图。
STM32处理器
语音报警
模块
LED报警
模块
触摸屏报
警模块
存储模块
按键模块
电源模块
WIFI通信
模块
以太网通
信模块
C8051F34
0处理器
UART
继电器模
块
图 2-1 系统结构设计示意图
以太网模块
SDIO
SD卡电
路
MP3解码
电路
SPI1
并行接口&SPI
LCD触摸屏模块
供电模
块
STM32F103ZE
LED模块
I/O口
继电器
板
按键板
继电器
蜂鸣器
SPI3
FSMC
(TX )
UART2
(RX)
USART3
(RX )
UART2
(TX)
C8051F340
握手
I/O
握手
I/O
UART1
(RX)
(TX)
WIFI
模块
外部设
备
图 2-2 系统设计框图
本终端主要由以下模块构成:STM32 处理器模块、供电模块、MP3 语音解
码模块、LCD 触摸屏模块、LED 模块、SD 卡模块、按键模块、继电器模块、和
通信模块。通信模块包括以太网和 WiFi 两个子模块,由 C8051F340 处理器控制
实现,并通过 UART 与 STM32 处理器传输通信数据。当有报警事件触发时,
STM32 处理器判断事件作出响应的同时生成通信协议,并通过 UART 将数据包
发送给 C8051F340 处理器,C8051F340 通过以太网或 WIFI 将报警数据广播给网
络中的其他终端;当以太网或 WIFI 接受到报警信息时,C8051F340 处理器将报
警数据放入缓存区并通过 UART 发送给 STM32 处理器进行处理。
2.2 系统各模块设计介绍
供电模块:为方便连接武警部队外部设备,终端采用 12V 直流电源供电,12V
直流通过稳压芯片 LM2575 将电压稳压得到固定的 5V 为 LCD 触摸屏控制器、
C801F340 单片机等元器件供电,输出 1A 电流供整个终端使用。5V 电流通过低
压降稳压器得到 3.3V 和 2.5V 电压。在电源部分和各芯片输入电压接口,需进行
滤波,以得到比较稳定的直流电流。
MP3 语音解码模块:该模块负责解码 MP3 语音文件,有报警触发时,可实
现终端的语音报警。终端选用 VS1003 作为终端的语音解码芯片,该芯片供电电
压为 3.3V 模拟正电源、2.5V 数字正电源及 3.3VI/O 正电源,通过 SPI 接口与
STM32 处理器进行通信。
LCD 触摸屏模块:该模块为本终端的显示模块,LCD 体积小、功耗低、承
载的信息量大,可实现移动哨位终端的触摸按键报警和报警信息显示。本终端中
STM32 处理器通过 SPI 接口与 LCD 的触摸屏控制器通信,FSMC 接口模仿 8080
时序与 LCD 的显示屏控制器通信。
SD 卡模块:终端的存储模块,负责存储语音和显示的报警文件,当有报警
触发时,STM32 处理器从 SD 卡中读取出相应的报警文件,并将数据发送到各报
警模块进行 MP3 语音报警和 LCD、LED 显示报警。终端采用 Micro SD 卡作为
数据存储设备。
LED 屏模块:采用灵信 LS-T 的 LED 屏,STM32 处理器通过 UART 对其进
行控制。
按键模块:基于 STM32 处理器 I/O 口扩展按键,用户可通过按键输入警情
事件,实现终端报警。
继电器模块:基于 STM32 处理器 I/O 口扩展继电器,继电器连接外部子弹
箱、摄像头等设备,处理器可通过继电器改变和查询外部设备的工作状态。