电子信息工程自动化基于单片机的居室安全报警系统

摘要

本课题设计了基于STM32F103C6T6单片机为主控核心的居室安全报警系统。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LED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（SIM800L）实现短信途径辅助报警，在居室可以直接观察数据，通过OLED查看环境变量，远端可以通过手机APP查看环境变量及设置相关报警参数。

关键词：GSM模块；STM32F103C6T6；ESP8266；机智云

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系统。整体硬件框图如图2-1所示。
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图2-1硬件框图

烟雾与天然气检测电路设计

在居室安全报警系统设计中，我们采用了型号为MQ-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。在系统设计中，采用这款模块可以很好的满足对烟雾浓度测量功能，当传感器检测到烟雾浓度时，就会将传感器内的电导率信号变化转换为与测量浓度有关的信号MQ-2气体传感器对烟雾的灵敏度高，MQ-4气体传感器对甲烷灵敏度高。
MQ系列传感器在电路设计中，原理一致。H、H是加热电极，通电后会使中间过电流的部分加热。有对应的检测气体出现，电阻变化。根据这个原理，测量居室中烟雾及天然气浓度的大小。
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图2烟雾与天然气电路

系统软件设计

3.1 软件系统整体设计
在开发软件时，基于模块化设计的概念，同时考虑每个模块功能之间的总体协调。系统软件分化为多个子程序，每个子程序基本上对应于硬件模块。
在进行软件系统的开发设计时，保证系统整体化的同时，逐级来实现所需要的功能，基于主控系统的数据处理，采用模块化编程。把系统的要求进行细分，保证每个部分的功能实现，有个整体的主程序流程，在主程序下还有子级程序，由每一部分的子程序将总体的功能实现，这样就由一系列功能单元组成了此次设计的系统。这种设计方式也会减少程序复杂度，使得后期修改程序时，能直观明了看懂编写的程序。
本系统功能模块包括多个功能模块，主要包括：温湿度传感器模块、烟雾传感器模块、天然气传感器模块、声光报警模块、GSM模块、按键模块、显示屏模块等。具体的功能设计如图3-1。

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图3-1软件框架图

系统调试

4.1 硬件系统调试
进行完硬件的选购后，开始用Altium Designer软件绘制原理图。检查没有问题后，继续用该软件绘制出PCB进行板子的制作。经过5天的等待，收到中国PCB工厂制作好的PCB。下一步就可以进行焊接元器件，测试各功能模块的硬件是否正常供电，线路是否正常联通，有无短接情况。将PCB板与电子元件焊接完成后进行通电测试。

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图4-1硬件上电图
上图展示了实物打开电源开关的上电状态，LED灯正常工作。
4.2 软件系统调试
4.2.1 程序的烧写
硬件正常运行，必须有软件的支持，烧写程序是编程的第一步。Kei软件的MDK版本提供了STM32系列单片机的程序烧写功能。下载器可以选择J-Link或者ST-Link，本设计采用STM官方的ST-Link下载程序。
首先配置好Keil的下载器选择。
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图4-2烧写软件配置图

总结

通过此次课程设计，我重新认识到了自学对我的重要性，以及学以致用的道理。同时也认识到了图书馆的重要作用。该课题的主要任务是开发一个以STM32F103单片机为核心的居室安全报警系统，在设计上有硬件设计，和软件设计。硬件设计就是选择合适的元器件和绘制原理图与PCB，在会画PCB过程中要确保连线的空隙，线的宽度，元件的构造，不仅要实现功能，还要将PCB设计的雅观。软件采用了运行速度最快的C语言，用来对实现本设计的要求。
通过实验证明本次设计符合设计的要求，能实现对句是安全的控制，功能性较强，具有一定的实践意义，将会在许多局面应用。。

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