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摘 要 ：随着社会的进步与物联网技术的发展,智能安防系统的设计备受关注。如何通过建立一套成本较低且安全高效的 智能安防系统来防范潜在危险的发生,成为各行业优先考虑的问题。本文以报警系统为主体,实现防火和防盗两个功能。从构 建硬件电路、设计软件程序等方面进行分析阐述,目的在于构建一个高效的智能安防系统。
关键词 ：物联网技术,智能安防系统,单片机 ,ESP8266
Design of Intelligent Security System Based on Internet of Things Technology
ZHANG Xueqin
(Jiangsu Union Technical Institute Xuzhou Economic and Trade Branch, Xuzhou Jiangsu 221004)
【Abstract】：With the progress of society and the development of Internet of Things technology, the design of intelligent security systems has attracted much attention. How to establish a low-cost, safe and efficient intelligent security system to prevent potential hazards has become a priority issue for various industries. This article focuses on the alarm system, implement two functions: fire prevention and anti-theft. Analyze and elaborate on building hardware circuits, designing software programs, and other aspects, the purpose is to build an efficient intelligent security system.
【Key words】：IoT technology;intelligent security system;single chip microcomputer;ESP8266
0 引言
智能安防系统集门禁系统、视频监控系统、报警系 统等多种功能于一体,可以实现对人员进出的控制、实 时监控、及时发现可疑情况等功能。本文研究内容主 要是通过使用 STM32F103RCT6 单片机作为核心控制 器、ESP8266 单片机作为连接因特网的核心控制器,使 STM32F103RCT6 单片机与相关的模块如烟雾传感器和 LCD 显示屏、HC-SR501 人体红外感应模块进行密切配合, 并将 STM32 采集到的数据通过串口发送至 ESP8266,由 ESP8266 上传到网络中由云平台（OneNet）显示, 从而 构成智能安防系统 [1]。
1 安防系统的总体设计
主要由输入模块、输出模块和中控部分构成。由以 STM32F103RCT6 单片机为核心的控制器,加上其他 一些重要模块构成 [2]。控制部分由 STM32F103RCT6 单 片机作为核心处理器、以 ESP8266UART-WiFi 透传模块作为辅助模块。主要功能是获取传感器采集的信息, 经 过单片机的处理,将信息由 ESP8266 发送至云平台 （OneNet） [3]。安防系统结构如图 1 所示。
2 硬件设计
2.1 主控板电路设计
系统硬件设计由 MCU 最小系统电路、传感器电 路、ESP8266 无线通信电路、按键控制电路、LCD 显示电路、蜂鸣器报警电路以及电源电路组成, STM32 单片机电路包括 MCU、RTC 晶振、复位和下载电路, 其工作电压为 3.3V,主控板 MCU 原理图如图 2 所示。
2.2 无线模块的设计
ESP8266 是一款超低功耗的 UART-WiFi 透传模块, 拥有超低能耗技术和封装尺寸,在业界具有极大的竞争 力。专为物联网应用和移动设备设计,用户的物理设备 可以通过连接到无线网络上,实现联网功能,进行局域 网或互联网通信。
ESP8266 的正常运作需要 3.3V 直流电源的支援, 而 ESP8266 的 ROM 类型主要有 2 种, 一类是直接使用支持 at 指令修改参数的 at 系统 ROM,在采用此 ROM 类型 时,就可以直接使用 at 指令来设置芯片的大部分参数, 同时也可以直接把芯片设定为透传的模块, 使 ESP8266 把互联网和 UART 连接。另一种便是物联网的 ROM 了, 在此 ROM 能够使用命令来操控芯片的部分 GPIO。
2.3 传感器模块的设计
半导体材料二氧化锡是 MQ-2-type 型烟雾传感器 的主要成分,表面为离子型 N 型半导体。MQ-2-type 型在 200 ～ 300℃时, 二氧化锡吸附空气中的氧, 从而 形成负离子吸附氧的状态,使半导体中的电子在单位空 间内的数量减少,而电阻值随之增大。在与烟雾接触 时,若调整晶粒之间边界处的势垒为烟雾通过时改变, 则会改变半导体材料二氧化锡表面电导率。这些特性有 助于获取有关此类烟雾是否存在的信息 ：烟雾浓度越 大,则相应的半导体材料电导率越大,导致其输出电阻越低,则输出的模拟信号就越大。
3 软件设计
软件设计总体设计思路采用模块化,将软件功能实 现与硬件模块的驱动文件分开,每一个小功能都独立设 计,单独装在一个函数里面,降低耦合度,与其他功能 模块的联系越少,则系统报错的概率越低。软件部分包 括控制模块、显示模块、存储信息、采集模块等。组态 串口屏显示模块 ：显示模块主要负责采集信息的显示, 系统设置、时间和历史数据信息等 ；采集模块及可控制 模块 ：主要为所使用的传感器,负责各项信息的采集以 及控制 ；数据存储模块 ：存储模块主要用于储存 WIFI、 用户信息、历史采集信息、报警信息。
3.1 主程序流程设计
本文使用 Keil MDK 仿真软件作为系统的开发调试 环境。系统流程如图 3 所示。
3.2 显示函数及按键功能函数流程设计
根据不同的按键功能进行界面的切换。首先进行函 数的初始化,当界面为 0 的时候,显示的是当前的温度 值、烟雾值、甲烷值、蜂鸣器开关状态 ；当界面为 1 的 时候,显示的是设置温度最大值、甲烷最大值 ；当界面 为 2 的时候,显示的是系统设置界面 ；当界面为 3 的时 候,显示报警信息及历史数据、布防开关。显示函数及按键功能流程图如图 4 所示。
3.3 ESP8266 函数调用功能
该部分函数主要进行数据传输以及保证数据能够正 常上传至云平台,以实现云平台的智能控制、数据上报 等。ESP8266 函数功能如下 :
4 云平台数据采集设计
传感器数据采集通信模块主要部件包括空气温度变 化传感器 (DSB18B20)、M1-2 烟雾传感器、MQ-4 甲 烷传感器、HC-SR501 人体红外传感器和基于主控板的 STM32 采集,主控板接收从现有传感器数据采集模块 传送的数据,通过 ESP8266 TCP/IP 协议实现 ESP8266 与现有云计算平台之间的实时数据采集通信,适用于绝 大多数安防系统的云服务。数据采集传输示意图如图 5 所示。
5 结语
本文提出一种智能安防系统的设计与实现,通过合 理的方案设计和系统集成,实现智能安防系统,利用单 片机最小系统及相关模块有效的结合,制作出功能最 优、成本较低、响应时间较快的智能安防系统。相比较 同类产品,本文系统成本更低,可靠性更高,具有一定 的实用价值。
参考文献
[1] 刘海涛.物联网技术应用[M].北京:机械工业出版社,2011.
[2] 吴巍.物联网与数字家庭网络技术[M].北京:电子工业出版社, 2012.
[3] 刘学会,田珍.基于物联网的智能家居安防监控系统设计与 实现[J].制造业自动化,2012,34(17):38-40+56.
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