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摘要：针对目前家庭报警系统现状以及存在的问题，设计了基于意法半导体公司的STM32单片机的物联报警系统，具有天然气泄漏检测，家庭失火检测，老人一键求救，家庭防盗的功能。使用多个传感器和LCD液晶显示屏以及按键来与用户构建输入输出的交互，通过GSM网络发送通知短信来提醒已设置的用户发生相应事故。本系统功能多样，可以进行模块化操作，灵敏度高，安装方便，对于家庭(特别是家中仅老人居住)安全及防盗具有较高的应用价值。
关键词：STM32；一键求救；GSM；传感器
Multi Purpose IOT Alarm System Based on STM32
WU Junfang,LIU Binbin,YAN Jie,LU Yi,SHEN Hualong
(Nanchang Business College of Jiangxi Agricultural University,Jiujiang Jiangxi 332000)
【Abstract】：According to present situation of alarm system for home and other remaining question,an IOT alarm system based on STM32 single chip microcomputer of stmicroelectronics company is designed.Its functions include:Natural gas leakage detection,homefire detection,one key for SOS and home anti-theft.Multiple sensors,LCD screens and keys are used to build input and output interaction with users.Send notification SMS through GSM network to remind the set users of corresponding accidents.The system has various functions,modular operation,high sensitivity and convenient installation.It has high application value for family safety and anti-theft,especially for the elderly.
【Key words】：STM32;one click for help;GSM;sensors
0引言
随着时代发展，人们对于家庭中安全问题也越来越重视，而电子技术和计算机网络通讯技术的快速发展，使得人们的这些顾虑有较好的解决方法[1,2]。目前，多数住宅仍然使用较为危险的方式来应对家庭安全问题。如当家庭中使用的天然气未关闭或者发生泄漏时，仍需通过人体器官鼻子来进行判断，而此时一个不经意的动作(如使用打火机吸烟)便可能造成较为严重的后果。家庭防盗也是一个较为重要的问题，当今社会，人们多数需要去公司或是单位上班，而老人多数也有出门散步的习惯，而此时家中的防盗问题便难以解决[3,4]。特别是当家中老人独居时，若突发特殊事件需紧急求助时，而子女却不在家中。
本研究是以STM32单片机为基础的物联报警系统，它集成了然气泄漏检测、家庭失火检测、老人一键求救、家庭防盗等功能，同时也集成了GSM网络模块[5]，可以通过GSM网络发送通知短信来提醒已设置的用户发生相应事故。具有灵敏度高、安装方便、成本低等特点。
1硬件设计
该系统选用了意法半导体公司的STM32单片机作为主控芯片，加载了一键求救、声光报警、SIM800、气体传感器、温度传感器和显示等模块，多用途物联系统结构框图如图1所示。
STM32单片机主要完成数据的采集、处理和显示等工作。STM32单片机选自STM32F103C8T6芯片，功能拓展多，而引脚数为48个，刚好可以满足系统功能多样的需求。存储模块型号为AT24C04，是Ateml公司的4KB的电可擦除存储芯片，采用两线串行的总线和单片机通讯，用于存储用户设定数据。LCD显示模块型号为LCD1602，可以每行显示16个字符双行共32个字符，完全足够显示所需显示内容。温度传感器采用的是DS18B20，是常用的数字温度传感器，采用单总线的半双工数据传输方式，具有体积小、硬件开销低、抗干扰能力强、精度高的特点。DS18B20的测温范围为-55℃~+125℃；在-10℃~+85℃范围内，精度为±0.5℃。STM32单片机与其外围电路的框图如图2所示。
为了使硬件方面稳定可靠，专门进行了PCB设计也有利于系统调试。此PCB设计采用顶层和底层双面布线，顶层布置器件的方式，既可以节约设计成本，又利于部件的维护维修。PCB设计顶层图如图3所示。
2软件设计
软件流程图如图4所示，软件设计分别由系统初始化、参数设置、环境数据读取、LCD显示、一键求救判断、超阈值判断、发送短信及声光警报部分组成。
系统上电后，STM32芯片通过硬件I2C总线读取存储的数据，并进行诸多模块的软件初始化，而后进入循环检测。(1)一键求救模式，当检测到按键按下时间超过3s，则启动一键求救功能，使用SIM800模块通过GSM网络来向目标号码发送求救短信和声光警报。(2)普通模式，通过传感器读取当前环境温度以及室内相应气体的浓度并传送给单片机，单片机将读取到的温度以及气体浓度数据计算出后传输到LCD显示模块进行实时显示，若采集的数据值大于设定的值(如：50℃以及30%)时，会发出声光警报并使用SIM800模块通过GSM网络来向目标号码发送短信提示。(3)防盗模式，通过被动热释电红外模块检测当前检测范围内是否有人进入，若有，则通过SIM800模块发送相应提示信息，并进行蜂鸣器报警来威慑非法闯入者。
3系统测试
在完成系统的硬件和软件设计后，经过焊接和编写程序等过程制作出了样机，随后对系统的功能模块进行了测试。
(1)对该产品的天然气泄露报警功能和温度报警功能进行了测试：现用打火机中的丁烷气体作为天然气泄漏测试对象，用于检测系统的温度报警及天然气泄漏报警实验。现设定丁烷气体浓度阈值为37%，温度设为39℃。如图5所示可以看出，当将打火机火焰熄灭，只由丁烷气体释放时，其浓度飙升至63%，报警LED亮起，蜂鸣器也报警。如图6所示可以看出，当温度超过39℃且报警LED亮起，蜂鸣器响起报警，风扇转起降温，达到了设计要求。
(2)对该产品的老人一键求救的功能进行了测试：长按产品上的一键求救按钮3s，蜂鸣器响起报警信号，报警LED灯亮起，目标手机号码也收到了相应的求救短信，达到了设计要求。
4结论
本设计考虑了目前家庭防盗系统存在的问题，设计了一款具有天然气泄漏检测，家庭失火检测，老人一键求救，家庭防盗功能的物联报警系统。在通讯方面，采用了GSM方式通信，保证了通信模块的便捷性和可靠性；在人机交互方面，用LED显示模块，搭建了一个较好的人机交互界面，能够清晰显示当前环境的相关数据，因考虑到老人难以跟上现代实物发展速度，因而设置对于老人友好的一键求救的按钮，无需复杂的操作即可完成求救；本设计在保护家庭安全同时关注到了老人需求，具有实用性强、性价比高的优点，适用于普通家庭。
参考文献
[1]陈雍.一种家庭防火防盗报警系统[J].中国科技信息,2020(9):45-46.
[2]颜曙光.丁烷气瓶爆炸事故分析[J].中国特种设备安全,2012,24(4):57-59.
[3]刘元刚,熊刚,傅宁.基于GSM的家庭防火防盗报警系统[J].机械与电子,2017,35(4):57-60.
[4]魏海亮,殷嘉伟,华艳秋.浅谈基于GSM手机短信的家庭防火防盗报警系统设计[J].科技风,2016(2):85.
[5]张超敏,王雪娇.基于GSM和单片机的家庭防盗防火系统[J].上海电气技术,2019,12(1):62-65+70.
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