基于STM32單片機智能安防系統(tǒng)設(shè)計

1、-PAGE . z.基于STM32的智能安防系統(tǒng)的設(shè)計學(xué)生專業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 學(xué)生： 王正輝 指導(dǎo)教師： 康輝 -. z摘要隨著社會的開展，人們的生活質(zhì)量越來越高，家用電器和廚房設(shè)施也隨之增多,家庭存在的平安隱患相應(yīng)增加,同時整個社會正處于轉(zhuǎn)型期，家庭的平安問題也引起了人們的關(guān)注。傳統(tǒng)的平安防措施已無法適應(yīng)現(xiàn)代化社會的需求。因此，將智能化引入住宅小區(qū)已成為一種趨勢，并且在智能化住宅的家庭智能管理系統(tǒng)中，安防報警已經(jīng)成為民用建筑領(lǐng)域，向信息化和網(wǎng)絡(luò)化開展的一個重要組成局部?；趯⒆钚碌耐ㄐ偶夹g(shù)融合到傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中的考慮，本文綜合了單片機、無線數(shù)據(jù)通信、數(shù)據(jù)采集等技術(shù)，研究并設(shè)計了以STM32

2、單片機基于GSM短信模塊作為信息傳輸?shù)募彝グ卜老到y(tǒng)。此系統(tǒng)由主控制器、顯示模塊、信息傳輸模塊和防盜模塊，防火模塊，聲光報警模塊等組成，可解決傳統(tǒng)安防系統(tǒng)存在的隱患，讓家庭防盜更及時、使用更方便。它不再依賴有線執(zhí)行報警，而是借助最可靠、最成熟的GSM移動網(wǎng)絡(luò)，以最直觀的中文短消息形式，直接把報警情況反映到用戶的手機屏幕上，并發(fā)出聲音報警，可以防一定的險情，用戶可以通過無線遙控對該系統(tǒng)進展布防和解防。該系統(tǒng)具有用戶投資小，運營費用少的優(yōu)點，并且操作簡單。關(guān)鍵詞安防系統(tǒng)；防火；STM32；GSMAbstractWith the development of the society, The qual

3、ity of people life bee more And more good，Accordingly, The number of household electrical appliances And kitchen facilities also bee more，So the safe hidden trouble in security family is increasing, at the same time the whole society is in transition period, the family security problem has caused th

4、e attention of people. Traditional security measures have been unable to meet the needs of modern society. Therefore, it has bee a trend to the introduction of the intelligent residential district, And Security alarm has bee an important part of the field and civil construction, the information And

5、network development.In consideration ofbased on the latest munications technology integrated into traditional industries, this article bination the knowledge of the micro-controller, wireless data munication, data acquisition technology. Then research anddesign the home security system，based on GSM

6、module as the information transmission and STM32 micro-controller. This system consists of main controller, display module, information transmission module and alarm module, fire protection module, sound alarm module. The security system can solve the hidden danger e*isted in the traditional securit

7、y system，make the family security more quickly, more convenientlyIt is no longer depend on the cable telephone, but with the help of the most reliable and most mature GSM mobile network, use the most intuitive form ofChinese message, the alarm situation reflects to the userThis system can prevent so

8、me dangerous situations; users can control the system for protection or reconciliation by the wireless remote. The system has advantages that the user has a small cost and operating e*penses.Keywords Security system；Fire prevention；STM32；GSM目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc390458347摘要 PAGEREF _Toc

9、390458347 h IHYPERLINK l _Toc390458348AbstractPAGEREF _Toc390458348 h IIHYPERLINK l _Toc390458349第1章 緒論 PAGEREF _Toc390458349 h 1HYPERLINK l _Toc3904583501.1 課題背景和意義 PAGEREF _Toc390458350 h 1HYPERLINK l _Toc3904583511.2 國開展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc390458351 h 1HYPERLINK l _Toc3904583521.3 智能安防系統(tǒng)的開展前景 PAGEREF

10、_Toc390458352 h 3HYPERLINK l _Toc390458353第2章 系統(tǒng)方案設(shè)計 PAGEREF _Toc390458353 h 4HYPERLINK l _Toc3904583542.1 設(shè)計任務(wù)與要求 PAGEREF _Toc390458354 h 4HYPERLINK l _Toc3904583552.2 方案的比擬 PAGEREF _Toc390458355 h 4HYPERLINK l _Toc3904583562.3 系統(tǒng)總體設(shè)計思路 PAGEREF _Toc390458356 h 6HYPERLINK l _Toc3904583572.4 本章小結(jié) PAG

11、EREF _Toc390458357 h 7HYPERLINK l _Toc390458358第3章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 PAGEREF _Toc390458358 h 8HYPERLINK l _Toc3904583593.1 主控模塊的設(shè)計 PAGEREF _Toc390458359 h 8HYPERLINK l _Toc3904583603.1.1 STM32最小系統(tǒng) PAGEREF _Toc390458360 h 8HYPERLINK l _Toc3904583613.1.2 SD卡電路的設(shè)計 PAGEREF _Toc390458361 h 10HYPERLINK l _Toc3904583

12、62 字庫Flash接口電路 PAGEREF _Toc390458362 h 11HYPERLINK l _Toc3904583633.2 防火監(jiān)控的設(shè)計 PAGEREF _Toc390458363 h 11HYPERLINK l _Toc390458364 煙霧傳感器的電路設(shè)計 PAGEREF _Toc390458364 h 12HYPERLINK l _Toc390458365 天然氣體濃度監(jiān)測的電路設(shè)計 PAGEREF _Toc390458365 h 12HYPERLINK l _Toc390458366 電流傳感器的工作原理和電路設(shè)計 PAGEREF _Toc390458366 h 1

13、3HYPERLINK l _Toc390458367 火焰?zhèn)鞲衅鞯碾娐吩O(shè)計 PAGEREF _Toc390458367 h 14HYPERLINK l _Toc3904583683.3 防盜監(jiān)控的設(shè)計 PAGEREF _Toc390458368 h 15HYPERLINK l _Toc3904583693.4 環(huán)境監(jiān)控模塊 PAGEREF _Toc390458369 h 16HYPERLINK l _Toc390458370 溫濕度傳感器的電路設(shè)計 PAGEREF _Toc390458370 h 16HYPERLINK l _Toc3904583713.4.2 CO傳感器的工作原理和電路設(shè)計

14、PAGEREF _Toc390458371 h 17HYPERLINK l _Toc3904583723.5 報警模塊的設(shè)計 PAGEREF _Toc390458372 h 18HYPERLINK l _Toc390458373 聲音報警 PAGEREF _Toc390458373 h 18HYPERLINK l _Toc3904583743.5.2 GSM模塊短信報警 PAGEREF _Toc390458374 h 19HYPERLINK l _Toc3904583753.6 人機交互顯示模塊的設(shè)計 PAGEREF _Toc390458375 h 22HYPERLINK l _Toc3904

15、583763.7 電源模塊 PAGEREF _Toc390458376 h 22HYPERLINK l _Toc3904583773.8 無線遙控電路設(shè)計 PAGEREF _Toc390458377 h 23HYPERLINK l _Toc3904583783.9 本章小結(jié) PAGEREF _Toc390458378 h 24HYPERLINK l _Toc390458379第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc390458379 h 25HYPERLINK l _Toc3904583804.1 軟件模塊化設(shè)計 PAGEREF _Toc390458380 h 25HYPERLINK l

16、 _Toc3904583814.2 系統(tǒng)軟件子程序 PAGEREF _Toc390458381 h 25HYPERLINK l _Toc3904583824.2.1 SD卡驅(qū)動設(shè)計 PAGEREF _Toc390458382 h 25HYPERLINK l _Toc3904583834.2.2 FAT32文件系統(tǒng) PAGEREF _Toc390458383 h 27HYPERLINK l _Toc390458384 時間模塊程序設(shè)計 PAGEREF _Toc390458384 h 34HYPERLINK l _Toc3904583854.2.4 RTC實時時鐘驅(qū)動程序設(shè)計 PAGEREF _T

17、oc390458385 h 34HYPERLINK l _Toc390458386 液晶顯示設(shè)計 PAGEREF _Toc390458386 h 35HYPERLINK l _Toc3904583874.3 硬件驅(qū)動子程序設(shè)計 PAGEREF _Toc390458387 h 38HYPERLINK l _Toc3904583884.3.1 GSM短信報警設(shè)計 PAGEREF _Toc390458388 h 38HYPERLINK l _Toc390458389 煙霧監(jiān)控設(shè)計 PAGEREF _Toc390458389 h 39HYPERLINK l _Toc390458390 天然氣監(jiān)控設(shè)計

18、PAGEREF _Toc390458390 h 40HYPERLINK l _Toc3904583914.3.4 CO監(jiān)控設(shè)計 PAGEREF _Toc390458391 h 41HYPERLINK l _Toc390458392 溫濕度監(jiān)控設(shè)計 PAGEREF _Toc390458392 h 42HYPERLINK l _Toc390458393 電流監(jiān)控設(shè)計 PAGEREF _Toc390458393 h 43HYPERLINK l _Toc390458394 火焰監(jiān)控設(shè)計 PAGEREF _Toc390458394 h 44HYPERLINK l _Toc390458395 防盜監(jiān)控設(shè)計

19、 PAGEREF _Toc390458395 h 45HYPERLINK l _Toc390458396 語音播報設(shè)計 PAGEREF _Toc390458396 h 46HYPERLINK l _Toc390458397 無線遙控設(shè)計 PAGEREF _Toc390458397 h 47HYPERLINK l _Toc3904583984.4 模塊整合 PAGEREF _Toc390458398 h 48HYPERLINK l _Toc3904583994.5 本章小結(jié)PAGEREF _Toc390458399 h 50HYPERLINK l _Toc390458400第5章 仿真和調(diào)試 P

20、AGEREF _Toc390458400 h 51HYPERLINK l _Toc3904584015.1 硬件調(diào)試問題 PAGEREF _Toc390458401 h 51HYPERLINK l _Toc3904584025.2 軟件調(diào)試問題 PAGEREF _Toc390458402 h 51HYPERLINK l _Toc3904584035.3 實物演示結(jié)果 PAGEREF _Toc390458403 h 51HYPERLINK l _Toc3904584045.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc390458404 h 56HYPERLINK l _Toc390458405結(jié)論 P

21、AGEREF _Toc390458405 h 57HYPERLINK l _Toc390458406致 PAGEREF _Toc390458406 h 58HYPERLINK l _Toc390458407參考文獻 PAGEREF _Toc390458407 h 59HYPERLINK l _Toc390458408附錄1 原理圖 PAGEREF _Toc390458408 h 60HYPERLINK l _Toc390458409附錄2 實物圖 PAGEREF _Toc390458409 h 63HYPERLINK l _Toc390458410附錄3程序 PAGEREF _Toc39045

22、8410 h 64CONTENTS TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc390458411Abstract(Chinese) PAGEREF _Toc390458411 h IHYPERLINK l _Toc390458412Abstract(English) PAGEREF _Toc390458412 h IIHYPERLINK l _Toc390458413Chapter 1 Introduction PAGEREF _Toc390458413 h 1HYPERLINK l _Toc3904584141.1Background And Significance

23、PAGEREF _Toc390458414 h 1HYPERLINK l _Toc3904584151.2Domestis Situation PAGEREF _Toc390458415 h 1HYPERLINK l _Toc3904584161.3The Development Prospects OfIntelligent Security Systems PAGEREF _Toc390458416 h 3HYPERLINK l _Toc390458417Chapter 2 The plan Of System Design PAGEREF _Toc390458417 h 4HYPERLI

24、NK l _Toc3904584182.1The DesignTask AndRequirements PAGEREF _Toc390458418 h 4HYPERLINK l _Toc3904584192.2Scheme parison PAGEREF _Toc390458419 h 4HYPERLINK l _Toc3904584202.3Design Ideas Of System PAGEREF _Toc390458420 h 6HYPERLINK l _Toc3904584212.4The Summary OfThis Chapter PAGEREF _Toc390458421 h

25、7HYPERLINK l _Toc390458422Chapter 3 The hardware Circuit Design PAGEREF _Toc390458422 h 8HYPERLINK l _Toc3904584233.1The DesignOf The Main Control Module PAGEREF _Toc390458423 h 8HYPERLINK l _Toc3904584243.1.1 STM32 System PAGEREF _Toc390458424 h 8HYPERLINK l _Toc3904584253.1.2 SD Card Circuit Desig

26、n PAGEREF _Toc390458425 h 10HYPERLINK l _Toc3904584263.1.3Flash Circuit Design PAGEREF _Toc390458426 h 11HYPERLINK l _Toc3904584273.2The Design Of Monitoring Fire PAGEREF _Toc390458427 h 11HYPERLINK l _Toc390458428 SensorCircuit Design PAGEREF _Toc390458428 h 12HYPERLINK l _Toc390458429 Circuit Desi

27、gn Of Natural Gas Concentration Monitoring PAGEREF _Toc390458429 h 12HYPERLINK l _Toc3904584303.2.3The Working Principle And Circuit Design Of Current Sensor PAGEREF _Toc390458430 h 13HYPERLINK l _Toc3904584313.2.4Flame Sensor Circuit Design PAGEREF _Toc390458431 h 14HYPERLINK l _Toc3904584323.3The

28、Design Of security Monitoring PAGEREF _Toc390458432 h 15HYPERLINK l _Toc3904584333.4Environmental Monitoring module PAGEREF _Toc390458433 h 16HYPERLINK l _Toc3904584343.4.1The Circuit Design Of temperature And Humidity PAGEREF _Toc390458434 h 16HYPERLINK l _Toc3904584353.4.2 The CO Sensor working pr

29、inciple And Circuit Design PAGEREF _Toc390458435 h 17HYPERLINK l _Toc3904584363.5The Design Of the Design Module PAGEREF _Toc390458436 h 18HYPERLINK l _Toc3904584373.5.1Voice Design PAGEREF _Toc390458437 h 18HYPERLINK l _Toc3904584383.5.2 SMS Design PAGEREF _Toc390458438 h 19HYPERLINK l _Toc39045843

30、93.6The Design Of The Display Module PAGEREF _Toc390458439 h 22HYPERLINK l _Toc3904584403.7The Design Of The Power Supply Module PAGEREF _Toc390458440 h 22HYPERLINK l _Toc3904584413.8The Remote Control Of Wireless Circuit Design PAGEREF _Toc390458441 h 23HYPERLINK l _Toc3904584423.9The Summary Of Th

31、is Chapter PAGEREF _Toc390458442 h 24HYPERLINK l _Toc390458443Chapter 4 The system sOftware Design PAGEREF _Toc390458443 h 25HYPERLINK l _Toc3904584444.1The SoftwareModular Design PAGEREF _Toc390458444 h 25HYPERLINK l _Toc3904584454.2The System Software subroutines PAGEREF _Toc390458445 h 25HYPERLIN

32、K l _Toc3904584464.2.1 SD Card Driver Design PAGEREF _Toc390458446 h 25HYPERLINK l _Toc3904584474.2.2 FAT32 File System PAGEREF _Toc390458447 h 27HYPERLINK l _Toc3904584484.2.3Time ModuleDesignprogram PAGEREF _Toc390458448 h 34HYPERLINK l _Toc3904584494.2.4 RTC DriverDesign PAGEREF _Toc390458449 h 3

33、4HYPERLINK l _Toc390458450Display Design PAGEREF _Toc390458450 h 35HYPERLINK l _Toc3904584514.3Hardware Driver Software Design PAGEREF _Toc390458451 h 38HYPERLINK l _Toc3904584524.3.1 SMS Design PAGEREF _Toc390458452 h 38HYPERLINK l _Toc3904584534.3.2Smoke Monitoring PAGEREF _Toc390458453 h 39HYPERL

34、INK l _Toc3904584544.3.3Gas Monitoring PAGEREF _Toc390458454 h 40HYPERLINK l _Toc3904584554.3.4 CO Monitoring PAGEREF _Toc390458455 h 41HYPERLINK l _Toc3904584564.3.5Temperature And Humidity PAGEREF _Toc390458456 h 42HYPERLINK l _Toc3904584574.3.6Current Monitoring PAGEREF _Toc390458457 h 43HYPERLIN

35、K l _Toc3904584584.3.7Flame Monitoring PAGEREF _Toc390458458 h 44HYPERLINK l _Toc3904584594.3.8Security Monitoring PAGEREF _Toc390458459 h 45HYPERLINK l _Toc390458460Voice Design PAGEREF _Toc390458460 h 46HYPERLINK l _Toc3904584614.3.10The Wireless Remote Control PAGEREF _Toc390458461 h 47HYPERLINK

36、l _Toc3904584624.4The Main Program PAGEREF _Toc390458462 h 48HYPERLINK l _Toc3904584634.5The Summary Of This Chapter PAGEREF _Toc390458463 h 50HYPERLINK l _Toc390458464Chapter 5 Design Debugging PAGEREF _Toc390458464 h 51HYPERLINK l _Toc3904584655.1Hardware debugging problem PAGEREF _Toc390458465 h

37、51HYPERLINK l _Toc3904584665.2Software debugging problem PAGEREF _Toc390458466 h 51HYPERLINK l _Toc3904584675.3Visual illustration PAGEREF _Toc390458467 h 51HYPERLINK l _Toc3904584685.4The Summary Of This Chapter PAGEREF _Toc390458468 h 56HYPERLINK l _Toc390458469Summary PAGEREF _Toc390458469 h 57HY

38、PERLINK l _Toc390458470Acknowledgements PAGEREF _Toc390458470 h 58HYPERLINK l _Toc390458471References PAGEREF _Toc390458471 h 59HYPERLINK l _Toc390458472Appendi* 1 Physical Map PAGEREF _Toc390458472 h 60HYPERLINK l _Toc390458473Appendi* 2The Picture PAGEREF _Toc390458473 h 63HYPERLINK l _Toc39045847

39、4Appendi*3 The Source Code PAGEREF _Toc390458474 h 64-. z緒論課題背景和意義隨著人民物質(zhì)生活水平的不斷提高和社會經(jīng)濟的飛速開展，人們對其住宅的要求也越來越高，表現(xiàn)在不僅希望擁有舒適溫馨的住所，而且對其平安性、智能性等方面也提出了更高的要求。然而經(jīng)濟的快速增長也帶來了相當大的負面社會效應(yīng)，城鄉(xiāng)、區(qū)域收入差距進一步拉大，社會構(gòu)造、社會治安日趨復(fù)雜，社會矛盾開場凸顯1。隨著流動人口迅速增加，盜竊、入室搶劫等刑事案件也呈現(xiàn)出了增長趨勢，并且危害越來越嚴重，人們越來越渴望有一個平安生活的空間，但是犯罪分子的作案手段越來越高明，他們甚至采用一些高科技

40、的作案手段，使得以往那種依靠安裝防盜門窗、或靠人防的防方式越來越不能滿足人們?nèi)粘７赖囊?；這時，傳統(tǒng)的家庭住宅顯然己經(jīng)遠遠不能滿足人們的需求。人們迫切需要一種智能型的家庭平安防報警系統(tǒng)，能可靠的進展日常平安防工作，及時發(fā)現(xiàn)各種險情并通知戶主，以便將險情消滅在萌芽狀態(tài)，這樣人們便可安心工作，同時也保證了居民的生命財產(chǎn)不受損失2。于是有關(guān)家庭、辦公室和倉庫等處的平安防和自動報警系統(tǒng)的開發(fā)研制日益被科研單位和生產(chǎn)廠家所重視，現(xiàn)在市場上也出現(xiàn)了各種名目繁多的報警裝置，但多由于可靠性較差、造價高或使用復(fù)雜而難于普及。而隨著電子通訊技術(shù)的飛速開展，單片機以其具有體積小、價格低、集成度高、性價比高等突出優(yōu)點

41、已在工業(yè)控制、智能儀表、數(shù)控機床、數(shù)據(jù)采集以及各種家用電器等方面得到了廣泛應(yīng)用。因此利用單片機和一些簡單的外圍器件來開發(fā)一種適合于家庭、倉庫、銀行等重要場所的低價位、運行可靠的多功能智能型平安防報警系統(tǒng)，對室出現(xiàn)的入室盜竊事件自動發(fā)出報警信息并通知戶主進展及時處理已經(jīng)勢在必行3。國開展現(xiàn)狀隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛開展，人類已經(jīng)步入了信息時代，智能化住宅也應(yīng)運而生，計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)等各種技術(shù)的開展為智能建筑的開展打下了堅實的根底。另一方面社會上廣闊的開發(fā)商、工程業(yè)主等也逐漸加大了智能建筑的投資。住宅智能化現(xiàn)在還沒有確切的定義，它一般包括住宅平安自動化，通信自動化，保健自動化和管

42、理自動化。平安技術(shù)防行業(yè)是智能住宅平安自動化的一個重要容，隨著近幾年國際互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的開展，安防行業(yè)得到快速開展4。在我國，家庭平安防報警系統(tǒng)已成為智能小區(qū)中實現(xiàn)平安管理的根底，根據(jù)我國建立部的規(guī)定，主要包括電視監(jiān)控、防盜報警、求救求助、煤氣泄漏報警、消防報警等容。家庭智能報警便是其中的一項容，報警器應(yīng)具有多個探測器接口，可接收紅外及微波探測器、感煙探測器、溫度探測器、煤氣泄漏探測器等傳來的報警信號，然后通過通訊網(wǎng)絡(luò)將報警信息傳送到相關(guān)人的通訊設(shè)備上，以使災(zāi)情得到及時處理，保護人們的生命財產(chǎn)平安5。報警設(shè)備主要是在兩方面開展較快，一方面是探測器技術(shù)和探測器的開展，一方面是遠程報警系統(tǒng)的開展。探測

43、器的開展主要表現(xiàn)在出現(xiàn)了被動紅外、超聲波和微波三種不同的探測技術(shù)，各種不同類型的探測器也紛紛涌現(xiàn)。這方面最有前途的是復(fù)合式探測器，即在同一個封裝盒里安裝兩種以上不同的探測器，兩者組合后誤報率將會大大降低。復(fù)合式探測器一般有超聲波/被動紅外復(fù)合式探測器、微波/被動紅外復(fù)合式探測器。遠程報警系統(tǒng)的開展主要表現(xiàn)在出現(xiàn)了有線式報警系統(tǒng)、無線式報警系統(tǒng)，報警聯(lián)防網(wǎng)絡(luò)等。目前我國有關(guān)報警系統(tǒng)方面的產(chǎn)品也愈來愈豐富。按照報警系統(tǒng)的規(guī)?？煞譃樾∫?guī)模、中規(guī)模和大規(guī)模報警系統(tǒng)小規(guī)模防盜報警系統(tǒng)近年來在市場上較多見，例如GSM式報警系統(tǒng)。它具有安裝方便、簡單，一次性投資小的特點，但它存在覆蓋面積小、誤報率高等問題，

44、使用場合受到一定限制。但由于此類產(chǎn)品具有體積小、耗電低、本錢低、功能單一等優(yōu)點，對于一些簡單的報警場合和個人家庭，具有很大的市場潛力，目前此類產(chǎn)品在市場上非常活潑6。中規(guī)模防盜防火報警系統(tǒng)，例如閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、智能監(jiān)控系統(tǒng)，無論從功能上，還是從構(gòu)造上，都介于小規(guī)模防盜報警系統(tǒng)和大規(guī)模防盜報警系統(tǒng)之間。其報警功能、有關(guān)技術(shù)指標和系統(tǒng)性能與真正的報警系統(tǒng)相比還較差，與微機系統(tǒng)相比，此類系統(tǒng)缺乏人機界面、圖形功能和管理功能，性能價格比擬低。在我國，目前市面上報警器主要有壓力觸發(fā)式防盜報警器，開關(guān)電子防盜報警器和壓力遮光觸發(fā)式報警器等各種報警器，但這幾種比擬常見的報警器都存在一些缺點。智能安防系統(tǒng)的

45、開展前景隨著社會的開展，農(nóng)村城鎮(zhèn)化和人員流動性增大，社會治安狀況更趨復(fù)雜，因此作為社會的根本單元平安防問題就顯得尤為重要。傳統(tǒng)的機械式防盜網(wǎng)、防盜窗家居防衛(wèi)在實際使用中暴露出一些明顯的問題，如：影響樓房美觀，市容整潔；影響火災(zāi)救援通道；給犯罪分子提供了便利的翻越條件；時間久了會有高空墜物的危險等。所以作為新一代的智能平安防盜報警器系統(tǒng)就應(yīng)運而生，并日益受到廣泛的重視和運用。另外，為了進一步規(guī)住宅小區(qū)智能化建立，建立部特別制定了智能小區(qū)的等級標準，按照其要求智能小區(qū)中必須具有平安防、信息管理、物業(yè)管理和信息網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)。因此，智能安防系統(tǒng)已經(jīng)逐漸成為小區(qū)建立的必備工程，在未來生活中必將成為安防工程

46、中的主流7。系統(tǒng)方案設(shè)計設(shè)計任務(wù)與要求設(shè)計一個安防監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)可實現(xiàn)功能如下：考慮產(chǎn)品的性價比，進展系統(tǒng)的整體方案設(shè)計。用戶交互界面要求簡潔，必須采用漢字顯示實現(xiàn)防盜功能和防火功能實現(xiàn)家用電器過流保護功能具有聲光報警的功能，并且可以實現(xiàn)短信報警能測量室溫度和濕度，并且當溫度超過設(shè)定溫度時報警實現(xiàn)實時時間的顯示當人員外出時，可把報警系統(tǒng)設(shè)置在外出布防狀態(tài)，在家可以設(shè)置為平安狀態(tài)。用無線遙控完成安防系統(tǒng)的布防，解防，解警等工作。方案的比擬方案一：基于FPGA的電路設(shè)計。整個系統(tǒng)分為八個局部組成：主控模塊，防火監(jiān)控模塊，防盜監(jiān)控模塊，報警模塊，顯示模塊，存儲模塊，時鐘模塊，無線遙控模塊。其整體框圖

47、如圖2-1所示。圖2-1 基于FPGA系統(tǒng)設(shè)計框圖主控制器模塊采用FPGA為系統(tǒng)的控制器，F(xiàn)PGA可以實現(xiàn)各種復(fù)雜的邏輯功能，模塊大，密度高，它將所有器件集成在一塊芯片上，減少了體積，提高了穩(wěn)定性。 FPGA采用并行的輸入輸出方式，提高了系統(tǒng)的處理速度，適合作為大規(guī)模實時系統(tǒng)的控制核心。通過防火監(jiān)控模塊和防盜監(jiān)控模塊將信號采集后給FPGA進展處理，F(xiàn)PGA處理后打印到顯示屏上，如果數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，則通過報警模塊進展報警。但是由于本設(shè)計對數(shù)據(jù)處理的時間要求不高，F(xiàn)PGA的高速處理的優(yōu)勢得不到充分表達，并且由于其集成度高，使其本錢偏高，同時由于芯片的引腳較多，實物硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計和

48、實際焊接的工作。方案二：基于單片機微控制器的電路設(shè)計。整個系統(tǒng)可分為：主控模塊，防火監(jiān)控模塊，防盜監(jiān)控模塊，報警模塊，用戶交互顯示模塊，無線遙控模塊如圖2-2所示。圖2-2 基于單片機系統(tǒng)設(shè)計框圖本設(shè)計方案采用單片機作為控制模塊的核心，利用軟件編程使單片機不停的讀取防火防盜傳感器信號，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，由液晶屏作為用戶交互顯示界面。單片機算術(shù)運算功能強、軟件編程靈活、自由度大，可用軟件編程實現(xiàn)各種算法和邏輯控制。由于其功耗低、體積小、技術(shù)成熟和本錢低，且可對其進展擴展，附帶顯示設(shè)備，單鍵輸入等設(shè)備，使用方便，還可通過軟件編程實現(xiàn)對步進電機的速度預(yù)設(shè)顯示。單片機芯片引腳少，軟硬件連接簡便靈活，硬件容

49、易實現(xiàn)。方案選擇：方案一是以FPGA為系統(tǒng)的控制器。本設(shè)計對數(shù)據(jù)處理的時間要求不高，F(xiàn)PGA的高速處理的優(yōu)勢得不到充分表達，并且由于其集成度高，使其本錢偏高，同時由于芯片的引腳較多，實物硬件電路板布線復(fù)雜，加重了電路設(shè)計和實際焊接的工作。方案二采用單片機作為系統(tǒng)控制的核心，軟件編程靈活、自由度大、功耗低、體積小、本錢低，軟硬件連接簡便靈活，硬件容易實現(xiàn)。綜上所述，通過對兩種方案進展分析比擬，雖然方案一功能強大，但軟件編程復(fù)雜、硬件實現(xiàn)較困難、器件價格較高；方案二不僅能實現(xiàn)設(shè)計任務(wù)要求的功能，而且軟件編程靈活、自由度大、硬件實現(xiàn)較容易、元器件性價比擬高，因而綜合考慮采用方案二。系統(tǒng)總體設(shè)計思路根

50、據(jù)系統(tǒng)功能的要求和系統(tǒng)構(gòu)成的需要來規(guī)劃總體的設(shè)計思路，其總體設(shè)計方案如圖2-3所示：圖2-3 基于單片機系統(tǒng)設(shè)計框圖本設(shè)計需要實現(xiàn)的功能總共分為6個大的模塊，分別為主控模塊，防火監(jiān)控模塊，防盜監(jiān)控模塊，報警模塊，用戶交互顯示模塊，無線遙控模塊，存儲模塊。主控模塊采用STM32F103RCT6為主控芯片，部集成了RTC時鐘，并且在芯片外接了一個2M的FLASH用作存儲漢字庫，和一個8K的EEPROM用來存放數(shù)據(jù)，保證掉電數(shù)據(jù)不喪失8，防火監(jiān)控模塊使用溫濕度采集傳感器，煙霧傳感器，天然氣濃度傳感器，電流傳感器，火焰?zhèn)鞲衅?，對室?shù)據(jù)進展采集，然后通過AD轉(zhuǎn)換后將數(shù)據(jù)處理后打印到TFT彩屏上，當數(shù)據(jù)發(fā)

51、生異常時，控制器會報警，可以處理一局部險情，并且短信通知用戶，而且用戶可以通過發(fā)短信的方式來設(shè)置電流提醒的上限值。防盜監(jiān)控模塊包括人體熱釋電傳感器，當在布防模式下發(fā)生異常情況時，主控制器會控制報警系統(tǒng)進展報警并且發(fā)短信告知用戶。報警模塊主要分為聲音報警和GSM短信報警，當發(fā)生險情時會發(fā)出聲音報警和短信報警。無線遙控模塊主要的作用是解除警報和布防以及解除布防的功能。本章小結(jié)本章中，首先說明了本設(shè)計的任務(wù)和要求，根據(jù)設(shè)計任務(wù)列舉了兩個可行的方案，再通過對這兩個方案的仔細比擬和論證，最終確定了設(shè)計方案，并且規(guī)劃了詳細的設(shè)計思路。系統(tǒng)硬件設(shè)計本設(shè)計在硬件上分為8個模塊：主控模塊，防火監(jiān)控模塊，防盜監(jiān)控

52、模塊，環(huán)境監(jiān)控模塊，報警模塊，用戶交互顯示模塊，無線遙控模塊，電源模塊。主控模塊的設(shè)計主控模塊包括一個STM32最小系統(tǒng)，一個SD卡接口電路，一個2M的Flash芯片電路。STM32最小系統(tǒng)本設(shè)計采用ST公司生產(chǎn)的STM32F103RCT6為平臺，其核是Corte*-M3核進展MP3播放器的設(shè)計。接下來介紹本設(shè)計用到的幾個芯片，首先就是主控芯片STM32F103RCT69。STM32F103RCT6是ST公司推出的Corte*-M3核32位微處理器。具有高性能、低本錢、低功耗的特點，專門為嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計，STM32F103RCT6是ARM7 架構(gòu)，采用Thumb-2 技術(shù)將 16 位和 3

53、2 位指令相結(jié)合，使代碼密度和性能到達了最正確平衡。Thumb-2技術(shù)比純ARM代碼少使用31%的存，減小了設(shè)計開銷，同時能夠提供比Thumb技術(shù)高出38%的性能10。本設(shè)計所采用的微處理器ST公司的STM32F103RCT6外圍電路有以下幾個：1晶體振蕩器STM32F103RCT6有5個時鐘源可供使用，分別是HSE高速外部晶體振蕩器，HSI高速部晶體振蕩器，PLL時鐘，40K低速部RCLSI RC振蕩器，32.768K的低速外部LSE晶體振蕩器。HSE、HIS、PLL可驅(qū)動設(shè)計時鐘，HSE可用外部有源時鐘或者石英/瓷諧振晶體，頻率圍4MHZ16MHZ，HIS頻率為8MHZ，PLL鎖相環(huán)倍頻輸

54、出，PLL的時鐘源可選HIS/2、HSE或者HSE/2,倍頻可選216倍頻,但不可超過72MHZ。LSI RC用于驅(qū)動獨立看門狗，或者通過程序驅(qū)動RTC，用于從停機或待機模式下自動喚醒11。LSE用于驅(qū)動RTC。HIS和LSI RC是片時鐘不依靠任何元件，它能降低本錢，但不夠精準。主振蕩器由SOC-IN輸入管腳輸入或者在SOC-IN輸入管腳和SOC-OUT輸出管腳這件接一個外部晶體振蕩器。設(shè)計采用8MHZ的晶體振蕩器，晶體振蕩電路如圖3-1所示：圖3-1 晶體振蕩電路用一個1M電阻和晶振相連是為了讓晶振能夠快速起振，同時，在晶振起振后更為穩(wěn)定。2復(fù)位電路STM32F103RCT6的外部復(fù)位輸入

55、引腳NRST為低電平復(fù)位，復(fù)位電路如圖3-2所示。圖3-2 晶體振蕩電路當按鍵按下時能給整個電路復(fù)位，而且上電時也能給電路復(fù)位。3下載和調(diào)試下載和調(diào)試設(shè)計使用JTAG下載和調(diào)試，相應(yīng)的電路設(shè)計如圖3-3所示。圖3-3仿真和調(diào)試電路SD卡電路的設(shè)計SD卡Secure Digital Memory Card是基于FLASH儲存介質(zhì)的新一代記憶設(shè)備，具有體積小、容量大、數(shù)據(jù)傳輸快、移動靈活、平安性能好以及兼容MMC卡等特點。SD卡有SD和SPI兩種工作模式，相對于SD模式，SPI模式可以簡化主機設(shè)計，降低本錢。CLK：時鐘信號，每個時鐘周期傳輸一個命令或數(shù)據(jù)位，頻率025MHz之間變化，SD卡的總線

56、管理器可以不受任何限制的自由產(chǎn)生025MHz的頻率；CMD：雙向命令和回復(fù)線，命令是一次主機到從卡操作的開場，命令可以是從主機到單卡尋址，也可以是到所有卡；回復(fù)是對之前命令的答復(fù)，回復(fù)可以來自單卡或所有卡；DAT03：數(shù)據(jù)線，數(shù)據(jù)可以從卡傳向主機也可以從主機傳向卡。SD卡以命令形式來控制SD卡的讀寫等操作?？筛鶕?jù)命令對多塊或單塊進展讀寫操作。在SPI模式下其命令由6個字節(jié)構(gòu)成，其中高位在前。STM32F103RCT6單片機沒有SD總線接口，所以只能使用SPI模式，SD卡模塊電路如圖3-4所示。圖3-4 SD卡模塊電路SD卡使用的SPI模式，所以把SD卡掛接在STM32F103RCT6的SPI1

57、上面。SD卡的SPI通信必須在每個IO口都用一個47K左右的上拉電阻，這里選擇47K。SD卡的電路比擬簡單只要連接無誤，一般沒問題。字庫Flash接口電路由于顯示需要用到漢字，如果要對漢字進展取模顯示，程序太復(fù)雜，所以本設(shè)計采用了一個2M的Flash芯片用來存放字庫。字庫的讀寫采用SPI總線的方式，所以將其連接到了控制器的SPI1總線上，電路如圖3-5 所示。圖3-5 字庫Flash接口電路防火監(jiān)控的設(shè)計防火監(jiān)控是由溫濕度采集傳感器，MQ2煙霧傳感器，MQ5天然氣濃度傳感器，電流傳感器，火焰?zhèn)鞲衅鳂?gòu)成，當室的煙霧濃度或者天然氣的濃度超標的時候，控制器會發(fā)出聲光報警和短信報警。煙霧傳感器的電路設(shè)

58、計煙霧傳感器MQ2所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。當傳感器所處環(huán)境中存在煙霧時，傳感器的電導(dǎo)率隨空氣中煙霧氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對應(yīng)的輸出信號，電路設(shè)計如圖3-6所示。圖3-6煙霧監(jiān)控電路圖中R16的作用是調(diào)節(jié)煙霧濃度傳感器的靈敏度，本設(shè)計使用的是直接檢測AOUT輸出的電壓量，AOUT的值跟煙霧濃度成正比，煙霧濃度越大，AOUT的值越大。天然氣體濃度監(jiān)測的電路設(shè)計本設(shè)計采用的天然氣傳感器是MQ-5，MQ-5氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫。當傳感器所處環(huán)境中存在天然氣體時，傳感器的電

59、導(dǎo)率隨空氣中天然氣體濃度的增加而增大，其電路如圖3-7所示。圖3-7 天然氣檢測電路圖中R17的作用是調(diào)節(jié)天然氣濃度傳感器的靈敏度，本設(shè)計使用的是直接檢測MQ5-AOUT輸出的模擬量，MQ5-AOUT的值跟天然氣濃度成正比，天然氣濃度越大，MQ5-AOUT的值越大。電流傳感器的工作原理和電路設(shè)計本設(shè)計使用的電流傳感器是ACS712，該器件具有準確的低偏置線性霍爾傳感器電路，且其銅制的電流路徑靠近晶片的外表。通過該銅制電流路徑施加的電流能夠生成可被集成霍爾 IC 感應(yīng)并轉(zhuǎn)化為成比例電壓的磁場。通過將磁性信號靠近霍爾傳感器，實現(xiàn)器件準確度優(yōu)化。準確的成比例電壓由穩(wěn)定斬波型低偏置 BiCMOS 霍爾

60、IC提供，該 IC 出廠時已進展準確度編程12。 當通過用作電流感測通路的主要銅制電流路徑從引腳1和2，到3和4的電流不斷上升時，器件的輸出具有正斜率 (VIOUT(Q)。其電路設(shè)計如圖3-8所示：圖3-8電流監(jiān)控原理圖其中P2的兩端接到家用電纜的主干路上，通過P3給芯片供電，7腳輸出一個模擬量，電流和模擬量的關(guān)系成線性，電流越大，輸出的模擬量越大?；鹧?zhèn)鞲衅鞯碾娐吩O(shè)計本設(shè)計選用的火焰?zhèn)鞲衅魇亲贤饣鹧鎮(zhèn)鞲衅?，由于火焰的輻射是具有離散光譜的氣體輻射和伴有連續(xù)光譜的固體輻射，其波長在0.1-10m或更寬的圍，為了防止其他信號的干擾，常利用波長74個時鐘，這是因為SD卡部供電電壓上升時間大約為64個