基于单片机的无线通信报警系统.docx

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1、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1ED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（SIM8001）实现短信途径辅助报警，在居室可以直接观察数据，通过O1ED查看环境变量，远端可以通过手机APP查看环境变

2、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11系统总体设计11.1 设计内容和要求11.2 系统总体设计框图21.3 系统设计的总体思路21.4 主控芯片的选择32系统的硬件设计42.1 硬件总体设计方案42.2 电源电路的设计42.3 按键电路设计52.4 烟雾与天然气检测电路设计62.5 WIFI模块设计72.6 1ED显示模块设计82.7 温湿度模块设计92.8 GSM模块设计102.9 人体感应模块设计112.10 报警电路设计113系统软件设计123.1 软件系统整体设计123.2 机智云133.2.1 MCU快速开发143.

3、2.2 注册机智云开发者143.2.3 创建产品143.2.4 设备数据点143.2.5 自动生成设备云端协议153.3 WIFI模块软件设计153.4 按键模块的软件设计163.5 报警系统软件设计174系统调试174.1 硬件系统调试174.2 软件系统调试184.2.1 程序的烧写184.2.2 温湿度显示调试194.2.3 烟雾与天然气调试195总结20参考文献21致谢错误!未定义书签。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

4、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

5、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

6、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13寸O1ED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

7、路、ESP8266电路、温湿度传感器SHT30电路等。因为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

8、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

9、系统总体设计框图整个系统围绕MCU单片机进行设计，具体的框图如图所示。1. 图1-1系统总体设计框图2. 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HardwareDeSign和SoftwareDeSign两大部分。根据相关需要，选择能够完成要求的模块。烟雾通过MQ-2传感器检测、天然气通过MQ-4传感器检测、温度与湿度通过将温湿度测量集成于一身的SHT30芯片负责完成任务。对于防盗的检测，采用人体红外检测室内是否有人。为了实现出现安全问题向指定联系人发送短信，采用了SIM8001芯片实现发送短信、打电话

10、等功能。为了实现与手机APP的通信，采用ESP8266结合机智云平台，为ESP8266烧写机智云固件，再在MCU上通过机智云协议与ESP8266通讯，将MCU的串口信号，转换为网络协议传输到机智云平台，有机智云平台转发到手机APP中。为了将数据通过可视化技术，显示到液晶屏上，采用13寸的O1ED显示屏显示各种数据。所涉及的硬件，从单独模块的设计与调试开始，先设计好每一个芯片的系统，确定每一个最小系统能够正常工作。再根据主控芯片的功能引脚设计整个项目的原理图，分配好STM32丰富的硬件资源。软件应该分为数据监测部分、报警部分、网络通讯部分等多个组成部分。很多程序均是通过中断的方式实现的，以此提高

11、报警的及时性。在软件中，数据的上报与获取程序中，采用了串口中断来及时的快速的处理数据。在报警程序中，GSM短信模块同样采用串口方式发送数据与接收数据。通过对相关因素进行综合的考虑，本文在对软件进行设计的过程中选择了C语言，手机APP方面采用JaVa语言。C语言属于面向过程语言,所以可移植性不强,但是在C语言中采用结构体编程,可以大大提高C语言的可移植性。安卓APP的开发语言有C语言、JAVA、其他语言，但用的人最多的，还是JaVa语言，这个语言有着令人惊讶的变化。JaVa语言属于面向对象语言，虽然JaVa相比C语言运行速度低，但是多样化开发工具以及各种强大jar包的支持，使JaVa功能非常强大

12、。1.4主控芯片的选择方案1：采用STM32F103这一类的MCU作为系统的主控芯片。STM32F103它的逻辑处理能力强，可以很好的与其他的模块进行通信，这款设计需要使用到的模块很多，就需要很快的处理速度，与其他模块连接需要更丰富的IO接口，系统的运行能力也需要稳定。在型号上的选择，STM32系列的F103C6T6与F103C8T6型号相比，在价格上，性价比更高，在性能与存储容量上，F103C6T6的F1ASH与RAM是F103C8T6的二分之一，定时器减少了一个定时器4,串口减少了一个串口3。对于本设计，F103C6T6型号单片机完全满足本设计需求。方案2：采用STC89C51单片机为系统

13、的主控芯片。51单片机操作简单，但与本此设计所使用的各个模块连接性较差，处理速度较慢，信息处理精度也比较差，IO接口也更少，不适用于作为本系统的控制器。为确保系统运行的稳定性，更好的实现所需的功能，信息处理能力更强，综合考虑我们选用了功能更为强大的STM32F103单片机为系统的主控芯片。这款模块的数据处理能力强大，并且它拥有很完善的扩展输入输出接口，与很多的外围设备兼容性较好，它可以连接到两个APB总线。2系统的硬件设计2.1 硬件总体设计方案硬件部分由STM32F103C6T6单片机作为主控芯片，围绕着主控芯片模块，我们根据要求选取功能更强，兼容性更好的模块来实现功能，采用模块化设计的硬件

14、系统。整体硬件框图如图2-1所示。图2-1硬件框图2.2 电源电路的设计本设计的电源需要5V、2A的直流电源输入，目前手机的适配器均可为该设计供电，保障了电源的通用性。电源接头采用USB的Type-A接口，插接方便。外部的5V供电经过电源开关，直接为5V供电模块供电。对于3.3V供电的模块，例如ESP8266模块。采用ME62电源芯片进行降压处理,ME62系列是有高精度，高PSRR,低dB,超快响应这些优点，很好的低压差线性稳压器。能够为ESP8266模块提供合适的电压。图2-33.3V电源电路2.3 按键电路设计按键电路器件非常少，在单个按键电路中，只需要一个按键，一端接单片机引脚,一端接地

15、即可完成。这得益于STM32F103C6T6单片机的IO引脚上拉功能，可以为按键电路减少了外部上拉电路。当按键按下，单片机引脚接地，电平变化，由之前的高电平变为低电平。K1QO1|6D1fi(I1Ts1PBI6BkGNDeHi-dKb图2-4按键电路根据本设计的具体需求，设计了6个按键，分别为防盗按键、功能按键、上按键、下按键、取消按键、配网/确认按键。防盗按键：共为两种状态，警戒状态和安全状态。警戒状态，即家内无人时进行防盗侦察，一旦有人，进行报警；安全状态，即房主在家，不进行防盗报警。通过点击该按键可以切换两种状态；功能按键：用于选择各种功能，例如设置报警数值，显示当前时间，显示温湿度等功能，通过点击该按键切换各种状态；上按键、下按键：用于设置数值时的数值增加与减小；取消按键：当你在设置数值向退出设置时，点击该按键，返回主界面；配网/确认按键：当在首页时，点击该按键进行配网操作，当在设置界面时，用于确认设置。2.4 烟雾与天然气检测电路设计在无线通信报警系统设计中，我们采用了型号为明-2的烟雾传感器，这款传感器使用的是二氧化锡（SnO2）,这款气敏型的材料在污染程度低的空气中，具有很好的绝缘性。当在所检测的环境中，存在可燃的气体时，这款传感器的电导率也会随之增大，并且成正比例。在系统设计