1、基于STM32的智能安防系统的设计 学生专业： 电子信息科学与技术 学生姓名： 王正辉 指导教师： 康辉 74摘要随着社会的发展，人们的生活质量越来越高，家用电器和厨房设施也随之增多,家庭存在的安全隐患相应增加,同时整个社会正处于转型期，家庭的安全问题也引起了人们的关注。传统的安全防范措施已无法适应现代化社会的需求。因此，将智能化引入住宅小区已成为一种趋势，并且在智能化住宅的家庭智能管理系统中，安防报警已经成为民用建筑领域，向信息化和网络化发展的一个重要组成部分。基于将最新的通信技术融合到传统产业中的考虑，本文综合了单片机、无线数据通信、数据采集等技术，研究并设计了以STM32单片机基于GSM
2、短信模块作为信息传输的家庭安防系统。此系统由主控制器、显示模块、信息传输模块和防盗模块，防火模块，声光报警模块等组成，可解决传统安防系统存在的隐患，让家庭防盗更及时、使用更方便。它不再依赖有线电话执行报警，而是借助最可靠、最成熟的GSM移动网络，以最直观的中文短消息形式，直接把报警情况反映到用户的手机屏幕上，并发出声音报警，可以防范一定的险情，用户可以通过无线遥控对该系统进行布防和解防。该系统具有用户投资小，运营费用少的优点，并且操作简单。关键词安防系统；防火；STM32；GSMAbstractWith the development of the society, The quality o
3、f people life become more And more good，Accordingly, The number of household electrical appliances And kitchen facilities also become 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 t
4、he attention of people. Traditional security measures have been unable to meet the needs of modern society. Therefore, it has become a trend to the introduction of the intelligent residential district, And Security alarm has become an important part of the field and civil construction, the informati
5、on And network development.In consideration of based on the latest communications technology integrated into traditional industries, this article combination the knowledge of the micro-controller, wireless data communication, data acquisition technology. Then research and design the home security sy
6、stem，based on GSM 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 existed in the t
7、raditional security 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 of Chinese message, the alarm situation reflects to the userThis sy
8、stem can prevent some 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 expenses.Keywords Security system；Fire prevention；STM32；GSM目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景和意义11.2 国内
9、发展现状11.3 智能安防系统的发展前景3第2章 系统方案设计42.1 设计任务与要求42.2 方案的比较42.3 系统总体设计思路62.4 本章小结7第3章 系统硬件设计83.1 主控模块的设计83.1.1 STM32最小系统83.1.2 SD卡电路的设计103.1.3 字库Flash接口电路113.2 防火监控的设计113.2.1 烟雾传感器的电路设计123.2.2 天然气体浓度监测的电路设计123.2.3 电流传感器的工作原理和电路设计133.2.4 火焰传感器的电路设计143.3 防盗监控的设计153.4 环境监控模块163.4.1 温湿度传感器的电路设计163.4.2 CO传感器的工
10、作原理和电路设计173.5 报警模块的设计183.5.1 声音报警183.5.2 GSM模块短信报警193.6 人机交互显示模块的设计223.7 电源模块223.8 无线遥控电路设计233.9 本章小结24第4章 系统软件设计254.1 软件模块化设计254.2 系统软件子程序254.2.1 SD卡驱动设计254.2.2 FAT32文件系统274.2.3 时间模块程序设计344.2.4 RTC实时时钟驱动程序设计344.2.5 液晶显示设计354.3 硬件驱动子程序设计384.3.1 GSM短信报警设计384.3.2 烟雾监控设计394.3.3 天然气监控设计404.3.4 CO监控设计414
11、.3.5 温湿度监控设计424.3.6 电流监控设计434.3.7 火焰监控设计444.3.8 防盗监控设计454.3.9 语音播报设计464.3.10 无线遥控设计474.4 模块整合484.5 本章小结50第5章 仿真和调试515.1 硬件调试问题515.2 软件调试问题515.3 实物演示结果515.4 本章小结56结论57致谢58参考文献59附录1 原理图60附录2 实物图63附录3 程序64CONTENTSAbstract(Chinese)IAbstract(English)IIChapter 1 Introduction11.1 Background And Significanc
12、e11.2 Domestis Situation11.3 The Development Prospects Of Intelligent Security Systems3Chapter 2 The plan Of System Design42.1 The Design Task And Requirements42.2 Scheme Comparison42.3 Design Ideas Of System62.4 The Summary Of This Chapter7Chapter 3 The hardware Circuit Design83.1 The Design Of The
13、 Main Control Module83.1.1 STM32 System83.1.2 SD Card Circuit Design103.1.3 Flash Circuit Design113.2 The Design Of Monitoring Fire113.2.1 Smoke Sensor Circuit Design123.2.2 The Circuit Design Of Natural Gas Concentration Monitoring123.2.3 The Working Principle And Circuit Design Of Current Sensor13
14、3.2.4 Flame Sensor Circuit Design143.3 The Design Of security Monitoring153.4 Environmental Monitoring module163.4.1 The Circuit Design Of temperature And Humidity163.4.2 The CO Sensor working principle And Circuit Design173.5 The Design Of the Design Module183.5.1 Voice Design183.5.2 SMS Design193.
15、6 The Design Of The Display Module223.7 The Design Of The Power Supply Module223.8 The Remote Control Of Wireless Circuit Design233.9 The Summary Of This Chapter24Chapter 4 The system sOftware Design254.1 The Software Modular Design254.2 The System Software subroutines254.2.1 SD Card Driver Design25
16、4.2.2 FAT32 File System274.2.3 Time Module Design program344.2.4 RTC Driver Design344.2.5 Display Design354.3 Hardware Driver Software Design384.3.1 SMS Design384.3.2 Smoke Monitoring394.3.3 Gas Monitoring404.3.4 CO Monitoring414.3.5 Temperature And Humidity424.3.6 Current Monitoring434.3.7 Flame Mo
17、nitoring444.3.8 Security Monitoring454.3.9 Voice Design464.3.10 The Wireless Remote Control474.4 The Main Program484.5 The Summary Of This Chapter50Chapter 5 Design Debugging515.1 Hardware debugging problem515.2 Software debugging problem515.3 Visual illustration515.4 The Summary Of This Chapter56Su
18、mmary57Acknowledgements58References59Appendix 1 Physical Map60Appendix 2 The Picture63Appendix3 The Source Code64第1章 绪论1.1 课题背景和意义随着人民物质生活水平的不断提高和社会经济的飞速发展，人们对其住宅的要求也越来越高，表现在不仅希望拥有舒适温馨的住所，而且对其安全性、智能性等方面也提出了更高的要求。然而经济的快速增长也带来了相当大的负面社会效应，城乡、区域收入差距进一步拉大，社会结构、社会治安日趋复杂，社会矛盾开始凸显1。随着流动人口迅速增加，盗窃、入室抢劫等刑事案件也呈
19、现出了增长趋势，并且危害越来越严重，人们越来越渴望有一个安全生活的空间，但是犯罪分子的作案手段越来越高明，他们甚至采用一些高科技的作案手段，使得以往那种依靠安装防盗门窗、或靠人防的防范方式越来越不能满足人们日常防范的要求；这时，传统的家庭住宅显然己经远远不能满足人们的需求。人们迫切需要一种智能型的家庭安全防范报警系统，能可靠的进行日常安全防范工作，及时发现各种险情并通知户主，以便将险情消灭在萌芽状态，这样人们便可安心工作，同时也保证了居民的生命财产不受损失2。于是有关家庭、办公室和仓库等处的安全防范和自动报警系统的开发研制日益被科研单位和生产厂家所重视，现在市场上也出现了各种名目繁多的报警装置
20、，但多由于可靠性较差、造价高或使用复杂而难于普及。而随着电子通讯技术的飞速发展，单片机以其具有体积小、价格低、集成度高、性价比高等突出优点已在工业控制、智能仪表、数控机床、数据采集以及各种家用电器等方面得到了广泛应用。因此利用单片机和一些简单的外围器件来开发一种适合于家庭、仓库、银行等重要场所的低价位、运行可靠的多功能智能型安全防范报警系统，对室内出现的入室盗窃事件自动发出报警信息并通知户主进行及时处理已经势在必行3。1.2 国内发展现状随着科学技术的迅猛发展，人类已经步入了信息时代，智能化住宅也应运而生，计算机技术、网络技术、控制技术、通信技术等各种技术的发展为智能建筑的发展打下了坚实的基础
21、。另一方面社会上广大的开发商、工程业主等也逐渐加大了智能建筑的投资。住宅智能化现在还没有确切的定义，它一般包括住宅安全自动化，通信自动化，保健自动化和管理自动化。安全技术防范行业是智能住宅安全自动化的一个重要内容，随着近几年国际互联网技术的发展，安防行业得到快速发展4。在我国，家庭安全防范报警系统已成为智能小区中实现安全管理的基础，根据我国建设部的规定，主要包括电视监控、防盗报警、求救求助、煤气泄漏报警、消防报警等内容。家庭智能报警便是其中的一项内容，报警器应具有多个探测器接口，可接收红外及微波探测器、感烟探测器、温度探测器、煤气泄漏探测器等传来的报警信号，然后通过通讯网络将报警信息传送到相关
22、人的通讯设备上，以使灾情得到及时处理，保护人们的生命财产安全5。报警设备主要是在两方面发展较快，一方面是探测器技术和探测器的发展，一方面是远程报警系统的发展。探测器的发展主要表现在出现了被动红外、超声波和微波三种不同的探测技术，各种不同类型的探测器也纷纷涌现。这方面最有前途的是复合式探测器，即在同一个封装盒里安装两种以上不同的探测器，两者组合后误报率将会大大降低。复合式探测器一般有超声波/被动红外复合式探测器、微波/被动红外复合式探测器。远程报警系统的发展主要表现在出现了有线式报警系统、无线式报警系统，报警联防网络等。目前我国有关报警系统方面的产品也愈来愈丰富。按照报警系统的规模可分为小规模、
23、中规模和大规模报警系统小规模防盗报警系统近年来在市场上较多见，例如GSM式报警系统。它具有安装方便、简单，一次性投资小的特点，但它存在覆盖面积小、误报率高等问题，使用场合受到一定限制。但由于此类产品具有体积小、耗电低、成本低、功能单一等优点，对于一些简单的报警场合和个人家庭，具有很大的市场潜力，目前此类产品在市场上非常活跃6。中规模防盗防火报警系统，例如闭路电视监控系统、智能监控系统，无论从功能上，还是从结构上，都介于小规模防盗报警系统和大规模防盗报警系统之间。其报警功能、有关技术指标和系统性能与真正的报警系统相比还较差，与微机系统相比，此类系统缺乏人机界面、图形功能和管理功能，性能价格比较低
24、。在我国，目前市面上报警器主要有压力触发式防盗报警器，开关电子防盗报警器和压力遮光触发式报警器等各种报警器，但这几种比较常见的报警器都存在一些缺点。1.3 智能安防系统的发展前景随着社会的发展，农村城镇化和人员流动性增大，社会治安状况更趋复杂，因此作为社会的基本单元“安全防范问题就显得尤为重要。传统的机械式（防盗网、防盗窗）家居防卫在实际使用中暴露出一些明显的问题，如：影响楼房美观，市容整洁；影响火灾救援通道；给犯罪分子提供了便利的翻越条件；时间久了会有高空坠物的危险等。所以作为新一代的智能安全防盗报警器系统就应运而生，并日益受到广泛的重视和运用。另外，为了进一步规范住宅小区智能化建设，建设部
25、特别制定了智能小区的等级标准，按照其要求智能小区中必须具有安全防范、信息管理、物业管理和信息网络等系统。因此，智能安防系统已经逐渐成为小区建设的必备项目，在未来生活中必将成为安防项目中的主流7。第2章 系统方案设计2.1 设计任务与要求设计一个安防监控系统，系统可实现功能如下：（1） 考虑产品的性价比，进行系统的整体方案设计。（2） 用户交互界面要求简洁，必须采用汉字显示（3） 实现防盗功能和防火功能（4） 实现家用电器过流保护功能（5） 具有声光报警的功能，并且可以实现短信报警（6） 能测量室内温度和湿度，并且当温度超过设定温度时报警（7） 实现实时时间的显示（8） 当人员外出时，可把报警系
26、统设置在外出布防状态，在家可以设置为安全状态。（9） 用无线遥控完成安防系统的布防，解防，解警等工作。2.2 方案的比较方案一：基于FPGA的电路设计。整个系统分为八个部分组成：主控模块，防火监控模块，防盗监控模块，报警模块，显示模块，存储模块，时钟模块，无线遥控模块。其整体框图如图2-1所示。 图2-1 基于FPGA系统设计框图主控制器模块采用FPGA为系统的控制器，FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能，模块大，密度高，它将所有器件集成在一块芯片上，减少了体积，提高了稳定性。 FPGA采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统的控制核心。通过防火监控模块和防盗监控模块
27、将信号采集后给FPGA进行处理，FPGA处理后打印到显示屏上，如果数据出现异常，则通过报警模块进行报警。但是由于本设计对数据处理的时间要求不高，FPGA的高速处理的优势得不到充分体现，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同时由于芯片的引脚较多，实物硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。方案二：基于单片机微控制器的电路设计。整个系统可分为：主控模块，防火监控模块，防盗监控模块，报警模块，用户交互显示模块，无线遥控模块如图2-2所示。图2-2 基于单片机系统设计框图本设计方案采用单片机作为控制模块的核心，利用软件编程使单片机不停的读取防火防盗传感器信号，经过数据处理，由液晶屏作为用户交
28、互显示界面。单片机算术运算功能强、软件编程灵活、自由度大，可用软件编程实现各种算法和逻辑控制。由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低，且可对其进行扩展，附带显示设备，单键输入等设备，使用方便，还可通过软件编程实现对步进电机的速度预设显示。单片机芯片引脚少，软硬件连接简便灵活，硬件容易实现。方案选择：方案一是以FPGA为系统的控制器。本设计对数据处理的时间要求不高，FPGA的高速处理的优势得不到充分体现，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同时由于芯片的引脚较多，实物硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。方案二采用单片机作为系统控制的核心，软件编程灵活、自由度大、功耗低、体积小、成本
29、低，软硬件连接简便灵活，硬件容易实现。综上所述，通过对两种方案进行分析比较，虽然方案一功能强大，但软件编程复杂、硬件实现较困难、器件价格较高；方案二不仅能实现设计任务要求的功能，而且软件编程灵活、自由度大、硬件实现较容易、元器件性价比较高，因而综合考虑采用方案二。2.3 系统总体设计思路根据系统功能的要求和系统构成的需要来规划总体的设计思路，其总体设计方案如图2-3所示：图2-3 基于单片机系统设计框图本设计需要实现的功能总共分为6个大的模块，分别为主控模块，防火监控模块，防盗监控模块，报警模块，用户交互显示模块，无线遥控模块，存储模块。主控模块采用STM32F103RCT6为主控芯片，内部集
30、成了RTC时钟，并且在芯片外接了一个2M的FLASH用作存储汉字库，和一个8K的EEPROM用来存放数据，保证掉电数据不丢失 8，防火监控模块使用温湿度采集传感器，烟雾传感器，天然气浓度传感器，电流传感器，火焰传感器，对室内数据进行采集，然后通过AD转换后将数据处理后打印到TFT彩屏上，当数据发生异常时，控制器会报警，可以处理一部分险情，并且短信通知用户，而且用户可以通过发短信的方式来设置电流提醒的上限值。防盗监控模块包括人体热释电传感器，当在布防模式下发生异常情况时，主控制器会控制报警系统进行报警并且发短信告知用户。报警模块主要分为声音报警和GSM短信报警，当发生险情时会发出声音报警和短信报
31、警。无线遥控模块主要的作用是解除警报和布防以及解除布防的功能。2.4 本章小结本章中，首先说明了本设计的任务和要求，根据设计任务列举了两个可行的方案，再通过对这两个方案的仔细比较和论证，最终确定了设计方案，并且规划了详细的设计思路。第3章 系统硬件设计本设计在硬件上分为8个模块：主控模块，防火监控模块，防盗监控模块，环境监控模块，报警模块，用户交互显示模块，无线遥控模块，电源模块。3.1 主控模块的设计主控模块包括一个STM32最小系统，一个SD卡接口电路，一个2M的Flash芯片电路。3.1.1 STM32最小系统本设计采用ST公司生产的STM32F103RCT6为平台，其内核是Cortex
32、-M3内核进行MP3播放器的设计。接下来介绍本设计用到的几个芯片，首先就是主控芯片STM32F103RCT69。STM32F103RCT6是ST公司推出的Cortex-M3内核32位微处理器。具有高性能、低成本、低功耗的特点，专门为嵌入式应用领域设计，STM32F103RCT6是ARM7 架构，采用Thumb-2 技术将 16 位和 32 位指令相结合，使代码密度和性能达到了最佳平衡。Thumb-2技术比纯ARM代码少使用31%的内存，减小了设计开销，同时能够提供比Thumb技术高出38%的性能10。本设计所采用的微处理器ST公司的STM32F103RCT6外围电路有以下几个：1晶体振荡器ST
33、M32F103RCT6有5个时钟源可供使用，分别是HSE（高速外部）晶体振荡器，HSI（高速内部）晶体振荡器，PLL时钟，40K低速内部RC（LSI RC）振荡器，32.768K的低速外部（LSE）晶体振荡器。HSE、HIS、PLL可驱动设计时钟，HSE可用外部有源时钟或者石英/陶瓷谐振晶体，频率范围4MHZ16MHZ，HIS频率为8MHZ，PLL锁相环倍频输出，PLL的时钟源可选HIS/2、HSE或者HSE/2,倍频可选216倍频,但不可超过72MHZ。LSI RC用于驱动独立看门狗，或者通过程序驱动RTC，用于从停机或待机模式下自动唤醒11。LSE用于驱动RTC。HIS和LSI RC是片内
34、时钟不依靠任何元件，它能降低成本，但不够精准。主振荡器由SOC-IN输入管脚输入或者在SOC-IN输入管脚和SOC-OUT输出管脚这件接一个外部晶体振荡器。设计采用8MHZ的晶体振荡器，晶体振荡电路如图3-1所示：图3-1 晶体振荡电路用一个1M电阻和晶振相连是为了让晶振能够快速起振，同时，在晶振起振后更为稳定。2复位电路STM32F103RCT6的外部复位输入引脚NRST为低电平复位，复位电路如图3-2所示。图3-2 晶体振荡电路当按键按下时能给整个电路复位，而且上电时也能给电路复位。3下载和调试下载和调试设计使用JTAG下载和调试，相应的电路设计如图3-3所示。图3-3仿真和调试电路3.1
35、.2 SD卡电路的设计SD卡（Secure Digital Memory Card）是基于FLASH储存介质的新一代记忆设备，具有体积小、容量大、数据传输快、移动灵活、安全性能好以及兼容MMC卡等特点。SD卡有SD和SPI两种工作模式，相对于SD模式，SPI模式可以简化主机设计，降低成本。CLK：时钟信号，每个时钟周期传输一个命令或数据位，频率025MHz之间变化，SD卡的总线管理器可以不受任何限制的自由产生025MHz的频率；CMD：双向命令和回复线，命令是一次主机到从卡操作的开始，命令可以是从主机到单卡寻址，也可以是到所有卡；回复是对之前命令的回答，回复可以来自单卡或所有卡；DAT03：数
36、据线，数据可以从卡传向主机也可以从主机传向卡。SD卡以命令形式来控制SD卡的读写等操作。可根据命令对多块或单块进行读写操作。在SPI模式下其命令由6个字节构成，其中高位在前。STM32F103RCT6单片机没有SD总线接口，所以只能使用SPI模式，SD卡模块电路如图3-4所示。图3-4 SD卡模块电路SD卡使用的SPI模式，所以把SD卡挂接在STM32F103RCT6的SPI1上面。SD卡的SPI通信必须在每个IO口都用一个47K左右的上拉电阻，这里选择47K。SD卡的电路比较简单只要连接无误，一般没问题。3.1.3 字库Flash接口电路由于显示需要用到汉字，如果要对汉字进行取模显示，程序太
37、复杂，所以本设计采用了一个2M的Flash芯片用来存放字库。字库的读写采用SPI总线的方式，所以将其连接到了控制器的SPI1总线上，电路如图3-5 所示。图3-5 字库Flash接口电路3.2 防火监控的设计防火监控是由温湿度采集传感器，MQ2烟雾传感器，MQ5天然气浓度传感器，电流传感器，火焰传感器构成，当室内的烟雾浓度或者天然气的浓度超标的时候，控制器会发出声光报警和短信报警。3.2.1 烟雾传感器的电路设计烟雾传感器MQ2所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在烟雾时，传感器的电导率随空气中烟雾气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率
38、的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号，电路设计如图3-6所示。图3-6烟雾监控电路图中R16的作用是调节烟雾浓度传感器的灵敏度，本设计使用的是直接检测AOUT输出的电压量，AOUT的值跟烟雾浓度成正比，烟雾浓度越大，AOUT的值越大。3.2.2 天然气体浓度监测的电路设计本设计采用的天然气传感器是MQ-5，MQ-5气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡。当传感器所处环境中存在天然气体时，传感器的电导率随空气中天然气体浓度的增加而增大，其电路如图3-7所示。图3-7 天然气检测电路图中R17的作用是调节天然气浓度传感器的灵敏度，本设计使用的是直接检测MQ5-AOUT输出
39、的模拟量，MQ5-AOUT的值跟天然气浓度成正比，天然气浓度越大，MQ5-AOUT的值越大。3.2.3 电流传感器的工作原理和电路设计本设计使用的电流传感器是ACS712，该器件具有精确的低偏置线性霍尔传感器电路，且其铜制的电流路径靠近晶片的表面。通过该铜制电流路径施加的电流能够生成可被集成霍尔 IC 感应并转化为成比例电压的磁场。通过将磁性信号靠近霍尔传感器，实现器件精确度优化。精确的成比例电压由稳定斩波型低偏置 BiCMOS 霍尔IC提供，该 IC 出厂时已进行精确度编程12。 当通过用作电流感测通路的主要铜制电流路径（从引脚1和2，到3和4）的电流不断上升时，器件的输出具有正斜率 (VI
40、OUT(Q)。其电路设计如图3-8所示：图3-8电流监控原理图其中P2的两端接到家用电缆的主干路上，通过P3给芯片供电，7脚输出一个模拟量，电流和模拟量的关系成线性，电流越大，输出的模拟量越大。3.2.4 火焰传感器的电路设计本设计选用的火焰传感器是紫外火焰传感器，由于火焰的辐射是具有离散光谱的气体辐射和伴有连续光谱的固体辐射，其波长在0.1-10m或更宽的范围，为了避免其他信号的干扰，常利用波长300nm的紫外线，或者火焰中特有的波长在4.4m附近的CO2辐射光谱作为探测信号。紫外线传感器只对185260nm狭窄范围内的紫外线进行响应,而对其它频谱范围的光线不敏感,利用它可以对火焰中的紫外线
41、进行检测13。故火焰探测的220m-280nm中紫外波段属太阳光谱盲区（日盲区）。紫外火焰探测技术，使系统避开了最强大的自然光源-太阳造成的影响，信息处理的负担大为减轻。所以可靠性较高，加之它是光子检测手段，因而信噪比高，具有极微弱信号检测能，其工作电路设计如图3-9所示。图3-9明火监控原理图电阻R1的作用是分压和限流，没有火焰的状态，传感器就好比一个阻值很小的电阻，经过一个比较器后输出一个高电平，而当有火焰的时候，传感器就相当于一个阻值很大的电阻，分得的电压经过比较器后输出一个低电平，电阻R3的作用是调节火焰传感器的灵敏度。3.3 防盗监控的设计防盗监控是由人体红外传感器构成。人体热释电红
42、外传感器通过接收移动人体辐射出的特定波长的红外线，可以将其转化为与人体运动速度，距离，方向有关的低频电信号。当热释电红外传感器受到红外辐射源的照射时，其内部敏感材料的温度将升高，极化强度减弱，表面电荷减少，通常将释放掉的这部分电荷称为热释电电荷14。由于热释电电荷的多少可以反映出材料温度的变化，所以由热释电电荷经电路转变成的输出电压也同样可以反映出材料温度的变化，从而探测出红外辐射能量的变化。红外探测器的光学系统可以将来自多个方向的红外辐射能量聚焦在探测器上，这样红外探测器就可以探测到某一个立体探测空间内热辐射的变化，进而判断有没有人。其电路原理图如图3-10所示。图3-10 防盗监控电路设计
43、图中R60的作用为调节人体感应的距离。IOUT是输出，当没有人体经过时，IOUT输出时低电平，当有人体出现时，IOUT输出高电平。3.4 环境监控模块环境监控部分主要包括温湿度传感器DHT11和CO传感器，下面将详细的介绍这两个部分。3.4.1 温湿度传感器的电路设计本设计采用的温湿度传感器是DHT11，DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、
44、性价比极高等优点15。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。产品为4针单排引脚封装。其电路图如图3-11所示：图3-11 温湿度测量电路DHT11采用的是单总线的数据读写方式，所以在这里用了一个R38，5K的电阻给数据线电平拉高。3.4.2 CO传感器的工作原理和电路设计MQ-7气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡。采用高
45、低温循环检测方式低温（1.5V加热）检测一氧化碳，传感器的电导率随空气中一氧化碳气体浓度增加而增大，高温（5.0V加热）清洗低温时吸附的杂散气体。使用简单的电路即可将电导率的变化，转换为与该气体浓度相对应的输出信号。本模块的电路设计与烟雾传感器相同，CO监控电路如图3-12所示：图3-12 CO监控电路图中R36的作用是调节CO浓度传感器的灵敏度，本设计使用的是直接检测MQ7-AOUT输出的电压量，MQ7-AOUT的值跟CO浓度成正比，CO浓度越大，MQ7-AOUT的值越大。3.5 报警模块的设计报警模块是由声光报警和GSM模块短信报警组成。当控制器检测到不同的险情时，会根据险情来进行不同的报
46、警方式。本节将详细介绍这两部分。3.5.1 声音报警声音报警部分采用的语音芯片是JQ6500，JQ6500是一个提供串口的MP3芯片，完美的集成了MP3、WMV的硬解码。同时软件支持TF卡驱动，支持电脑直接更新spi flash的内容，支持FAT16、FAT32文件系统。通过简单的串口指令即可完成播放指定的音乐，这款芯片具有以下特点：1支持采样率(KHz):8/11.025/12/16/22.05/24/32/44.1/48224位DAC输出，动态范围支持90dB，信噪比支持85dB3完全支持FAT16、FAT32文件系统4多种控制模式，并口控制模式、串口模式、AD按键控制模式其工作电路设计如
47、图3-13所示。图3-13 语音播报电路原理图其中DAC-L和DAC-R是耳机输出，TX和RX是232总线数据的发送和接收接口。其中Busy是检查语音模块是否在工作的标志位，当语音模块工作时，Busy为高电平，当语音模块停止工作时，Busy为低电平。3.5.2 GSM模块短信报警GSM模块是将GSM射频芯片、基带处理芯片、存储器、功放器件等集成在一块线路板上，具有独立的操作系统、GSM射频处理、基带处理并提供标准接口的功能模块。因此，GSM模块具有收发SMS短消息、语音通话、GPRS数据传输等基于GSM网络进行通信的基本功能。本设计使用的是SIM900A模块，该模块与 GSM phase2/2兼容、双频（GSM900/GSM1800）、RS-232数据口、符合ETSI标准GSM0707和GSM0705，且易于升级为GPRS模块；该模块集射频电路和基带
