楊子江

摘 要：智能家居遠(yuǎn)程報(bào)警器，目前是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)智能家居的重要一環(huán)，該報(bào)警器具有防盜、防火、聲光報(bào)警、短信提醒、定時(shí)布防撤防等功能。智能家居遠(yuǎn)程報(bào)警器在布防模式下，通過紅外探測傳感器檢測人員是否進(jìn)入，通過煙霧傳感器的使用監(jiān)測火災(zāi)的情況，如果出現(xiàn)險(xiǎn)情，可實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警，并能通過GSM模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程報(bào)警，也可將本設(shè)計(jì)應(yīng)用在單片機(jī)課程教學(xué)中。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能家居；報(bào)警

中圖分類號：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.03.014

1 設(shè)計(jì)功能

本次任務(wù)是通過STM32單片機(jī)和多種傳感器、電子模塊實(shí)現(xiàn)智能家居報(bào)警器的設(shè)計(jì)與制作，以偷盜人員、火災(zāi)為主要監(jiān)控對象，要求報(bào)警器系統(tǒng)各項(xiàng)功能可正常運(yùn)行，報(bào)警及時(shí)，安全可靠。智能家居遠(yuǎn)程報(bào)警器如圖1所示。

2 方案論證

2.1 主控系統(tǒng)

方案一：

STC89C51單片機(jī)，運(yùn)行時(shí)間較長，比較穩(wěn)定操作簡單，但其I/O口較少，無法實(shí)現(xiàn)過多的功能。且需要使用外部模塊來配合單片機(jī)使用。

方案二：

STM32開發(fā)系統(tǒng)運(yùn)行速度快，核心模塊較多，l/O口較多，方便連接，工作頻率快。STM32開發(fā)系統(tǒng)選擇STM32F103ZET6芯片作為處理器，并且核心板模塊帶有最小外圍電路，同時(shí)該核心板包括了RTC實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路。STM32開發(fā)系統(tǒng)如圖2所示。

綜上，方案二符合我們的要求。

2.2 紅外傳感器

方案一：

光電開關(guān)。光電開關(guān)是光電接近開關(guān)的簡稱，它是利用被檢測物對光束的遮擋或反射，由同步回路接通電路，從而檢測物體的有無。物體不限于金屬，所有能反射光線（或者對光線有遮擋作用）的物體均可以被檢測。但是它的體積較大，不易安裝。

方案二：

HC-SR501人體紅外感應(yīng)模塊，它是基于紅外線技術(shù)的自動控制模塊，采用LHI778探頭，靈敏度高，可靠性強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于各類自動感應(yīng)設(shè)備，它的體積較小，工作狀態(tài)穩(wěn)定，感應(yīng)距離可調(diào)，安裝方便簡單。人體紅外傳感器如圖3所示。

綜上，我們選用方案二。

2.3 煙霧傳感器

市面上有多種有害氣體傳感器可供選擇，比如：MQ-2傳感器（煙霧）、MQ-3傳感器（酒精氣體）、MQ-4傳感器（甲烷、天然氣傳感器）、MQ-7傳感器（一氧化碳）、MQ-8傳感器（氫氣），以上傳感器價(jià)格低廉，工作簡單，敏感度可調(diào)，體積小，應(yīng)用非常方便。

火災(zāi)所產(chǎn)生的有害氣體中雖然成分復(fù)雜，但是火災(zāi)所產(chǎn)生的煙霧最多，而且對人體傷害最大，所以在所有傳感器中我們采用MQ-2煙霧傳感器，該傳感器就是通過監(jiān)測煙霧的濃度來實(shí)現(xiàn)火災(zāi)防范的，煙霧報(bào)警器內(nèi)部采用離子式煙霧傳感，離子式煙霧傳感器是一種技術(shù)先進(jìn)，工作穩(wěn)定可靠的傳感器，被廣泛運(yùn)用到各種消防報(bào)警系統(tǒng)中，性能遠(yuǎn)優(yōu)于氣敏電阻類的火災(zāi)報(bào)警器。煙霧傳感器廣泛應(yīng)用在城市安防、小區(qū)、工廠、公司、學(xué)校、家庭、別墅、倉庫、資源、石油、化工、燃?xì)廨斉涞缺姸囝I(lǐng)域。

2.4 通信模塊

方案一：

SIM900A模塊是ALIENTEK推出的一款高性能工業(yè)級 GSM/GPRS模塊 （開發(fā)版），接口豐富，功能完善，尤其適用于需要語言、短信、GPRS數(shù)據(jù)服務(wù)的各種領(lǐng)域。該模塊支持RS232串口和 LVTTL串口，并帶硬件流控制。支持5～24 V的超寬工作范圍，使得本模塊可以非常方便與產(chǎn)品進(jìn)行連接，從而給產(chǎn)品提供包括語音、短信和GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?/p>

方案二：

正點(diǎn)原子無線串口通信模塊，具有工作功耗低、組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)多、抗干擾性能好、通信穩(wěn)定的特點(diǎn)，但是遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸受限，且需要多個(gè)模塊間進(jìn)行通信級聯(lián)，不夠方便。

綜上，我們選用方案一。

2.5 聲光報(bào)警系統(tǒng)

方案一：

使用普通LED和蜂鳴器，成本低廉，實(shí)現(xiàn)功能簡單，現(xiàn)象明顯。

方案二：

工業(yè)聲光報(bào)警器，體積過大，不易應(yīng)用，價(jià)格昂貴，音量過高（110 dB）且音量不可調(diào)。

綜上，我們選用方案一。

2.6 液晶顯示模塊

方案一：

1602液晶顯示屏，價(jià)格低廉，應(yīng)用簡單，也叫1602字符型液晶，它是一種專門用來顯示字母、數(shù)字、符號等的點(diǎn)陣型液晶模塊。它由若干個(gè)5×7或者5×11等點(diǎn)陣字符位組成，每個(gè)點(diǎn)陣字符位都可以顯示一個(gè)字符，每位之間有一個(gè)點(diǎn)距的間隔，每行之間也有間隔，起到了字符間距和行間距的作用，正因?yàn)槿绱怂荒芎芎玫仫@示圖形。

12864液晶顯示屏，帶中文字庫的128×64是一種具有4位/8位并行、2線或3線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國標(biāo)一級、二級簡體中文字庫的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊，其顯示分辨率為128×64，內(nèi)置8192個(gè)16*16點(diǎn)漢字和128個(gè)16*8點(diǎn)ASCII字符集，利用該模塊靈活的接口方式和簡單、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面?？梢燥@示8×4行16×16點(diǎn)陣的漢字，也可完成圖形顯示，低電壓低功耗是其又一顯著特點(diǎn)。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。12864液晶屏如圖4所示。

由于方案一里的1602顯示屏只能顯示字母、數(shù)字、符號，不能顯示漢字和圖形，所以我們選擇方案二。

2.7 鍵盤輸入模塊

方案一：

微動開關(guān)鍵盤，是在電路板上焊接16個(gè)微動開關(guān)和多個(gè)插針制作而成，成本低、應(yīng)用廣泛。

方案二：

薄膜矩陣鍵盤，接插線方便，可配合多種開發(fā)系統(tǒng)使用，可實(shí)現(xiàn)20個(gè)按鍵掃描、獨(dú)立輸入，且不易損壞。鍵盤如圖5所示。

結(jié)合本設(shè)計(jì)要求，所需鍵位較多，所以我們選擇方案二。

3 硬件控制框圖

4 測試結(jié)果

（1）通過矩陣鍵盤面板的選擇，可以實(shí)現(xiàn)主人模式的切換，實(shí)現(xiàn)定時(shí)布防、撤防的設(shè)定，實(shí)現(xiàn)具體檢測項(xiàng)的開關(guān)。

（2）主人模式下才可以操作智能家居遠(yuǎn)程報(bào)警控制器系統(tǒng)，非主人模式下，無權(quán)限操作系統(tǒng)，首次進(jìn)入主人模式，需要設(shè)定密碼，再次進(jìn)入主人模式時(shí)，需要密碼驗(yàn)證。

（3）定時(shí)布防、撤防功能，可選擇布防、撤防選項(xiàng)。若設(shè)置布防選項(xiàng)，則在該時(shí)間段進(jìn)行布防；若設(shè)置撤防選項(xiàng)，則在該時(shí)間段進(jìn)行撤防。

（4）檢測功能的選擇，包括人員進(jìn)入室內(nèi)檢測和煙霧氣體檢測兩項(xiàng)，可選擇具體檢測功能。

（5）報(bào)警設(shè)置可實(shí)現(xiàn)以下功能：不同險(xiǎn)情下，聲音報(bào)警不同；不同險(xiǎn)情下，燈光報(bào)警閃爍頻率不同。

參考文獻(xiàn)：

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