基于STM32的智能家用报警系统设计

发布时间：2024-12-28 16:09

智能安防系统与传统报警设备的联动设置 #生活技巧# #居家生活技巧# #家庭安全技巧# #智能家居设备操作#

基于STM32的智能家用报警系统设计

引言

家庭安全问题越来越受到重视，传统的安防设备已经难以满足智能化和远程控制的需求。智能家用报警系统可以通过传感器自动检测家庭环境的异常情况，如火灾、烟雾、门窗入侵等，并通过网络进行远程报警和控制。本文基于STM32微控制器设计了一个智能家用报警系统，集成了多种传感器和报警装置，实现了家庭安防的自动化管理和远程报警。

环境准备 1. 硬件设备 STM32F103C8T6 开发板（或其他 STM32 系列）：用于控制和处理数据。烟雾传感器（如 MQ-2）：用于检测室内的烟雾浓度，判断是否有火灾隐患。温度传感器（如 DS18B20）：用于检测环境温度，判断是否存在过热或火灾风险。门磁传感器：用于检测门窗的开启或关闭，判断是否有非法入侵。红外人体感应传感器（PIR）：用于检测有人进入房间的情况。蜂鸣器：用于报警提示。LED 指示灯：用于显示报警状态。OLED 显示屏：显示系统状态、警报信息和传感器数据。Wi-Fi 模块（如 ESP8266）：用于远程监控和报警。继电器模块：用于控制电器设备的开关（如自动关闭燃气阀）。电源模块、杜邦线、面包板等基础电子元件。 2. 软件工具 STM32CubeMX：用于初始化STM32的外设。Keil uVision 或 STM32CubeIDE：用于编写、调试和下载代码。ST-Link 驱动程序：用于烧录程序到STM32。项目实现 1. 硬件连接 烟雾传感器连接：将烟雾传感器的输出引脚连接到STM32的ADC通道（如PA0），用于检测烟雾浓度。温度传感器连接：将温度传感器的数据引脚连接到STM32的GPIO（如PA1），用于读取环境温度。门磁传感器连接：将门磁传感器的信号引脚连接到STM32的GPIO（如PA2），用于检测门窗的开启状态。PIR传感器连接：将PIR传感器的信号引脚连接到STM32的GPIO（如PA3），用于检测人体活动。蜂鸣器连接：蜂鸣器的控制引脚连接到STM32的GPIO引脚（如PA4），用于报警提示。LED指示灯连接：将LED灯的引脚连接到STM32的GPIO引脚（如PA5），用于显示系统状态。OLED显示屏连接：OLED显示屏的SDA和SCL引脚连接到STM32的I2C接口（如PB6、PB7），用于显示报警状态和传感器数据。Wi-Fi模块连接：Wi-Fi模块的TX/RX引脚连接到STM32的USART接口，用于远程数据传输和报警。继电器模块连接：继电器的控制引脚连接到STM32的GPIO（如PA6），用于紧急情况下控制电器设备。 2. STM32CubeMX 配置 GPIO：配置多个GPIO引脚，用于连接烟雾传感器、门磁、PIR传感器、蜂鸣器等外设。ADC：用于读取烟雾传感器的模拟信号。I2C：用于OLED显示屏的数据通信。USART：用于Wi-Fi模块的通信，实现数据上传和远程报警。系统时钟：使用外部高速时钟HSE，提升系统响应速度。

生成代码后，在Keil uVision或STM32CubeIDE中打开项目继续开发。

3. 主程序设计

智能家用报警系统的核心功能是通过传感器实时监测烟雾浓度、环境温度、门窗状态和人体活动，当检测到异常情况时，系统会启动报警装置，并通过Wi-Fi进行远程报警。以下是智能家用报警系统的代码示例：

#include "stm32f1xx_hal.h"

#include "smoke_sensor.h"

#include "temperature.h"

#include "door_sensor.h"

#include "pir_sensor.h"

#include "oled.h"

#include "relay.h"

#include "wifi.h"

#include "gpio.h"

// 定义报警阈值

#define SMOKE_THRESHOLD 300 // 烟雾浓度阈值

#define TEMP_THRESHOLD 60 // 温度阈值

#define DOOR_OPEN 1 // 门磁状态（1表示门被打开）

#define PIR_DETECTED 1 // PIR检测到人体活动

// 函数声明

void System_Init(void);

void Detect_Sensors(void);

void Alarm_Control(void);

void Display_System_Status(void);

void Send_Alarm_Remotely(void);

// 全局变量

uint16_t smoke_level = 0; // 烟雾浓度

float temperature = 0; // 环境温度

uint8_t door_status = 0; // 门磁传感器状态

uint8_t pir_status = 0; // PIR传感器状态

uint8_t alarm_triggered = 0; // 报警状态

void System_Init(void)

{

HAL_Init();

SystemClock_Config();

MX_GPIO_Init();

MX_ADC1_Init();

MX_I2C1_Init();

MX_USART1_UART_Init();

SmokeSensor_Init();

TemperatureSensor_Init();

DoorSensor_Init();

PIRSensor_Init();

OLED_Init();

Relay_Init();

WiFi_Init();

OLED_ShowString(0, 0, "Home Alarm System");

}

// 检测传感器状态

void Detect_Sensors(void)

{

// 读取烟雾浓度

smoke_level = SmokeSensor_Read();

// 读取环境温度

temperature = TemperatureSensor_Read();

// 检测门磁状态

door_status = DoorSensor_Read();

// 检测PIR状态

pir_status = PIRSensor_Read();

}

// 报警控制逻辑

void Alarm_Control(void)

{

if (smoke_level > SMOKE_THRESHOLD || temperature > TEMP_THRESHOLD ||

door_status == DOOR_OPEN || pir_status == PIR_DETECTED)

{

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_SET); // 打开蜂鸣器报警

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_SET); // 打开LED指示灯

alarm_triggered = 1;

}

else

{

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_4, GPIO_PIN_RESET); // 关闭蜂鸣器

HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_5, GPIO_PIN_RESET); // 关闭LED指示灯

alarm_triggered = 0;

}

// 显示系统状态

void Display_System_Status(void)

{

OLED_Clear();

OLED_ShowString(0, 0, "Smoke: ");

OLED_ShowNumber(64, 0, smoke_level, 4);

OLED_ShowString(0, 1, "Temp: ");

OLED_ShowFloat(64, 1, temperature, 2);

OLED_ShowString(0, 2, "Door: ");

OLED_ShowString(64, 2, (door_status == DOOR_OPEN) ? "Open" : "Closed");

OLED_ShowString(0, 3, "PIR: ");

OLED_ShowString(64, 3, (pir_status == PIR_DETECTED) ? "Detected" : "No Motion");

}

// 发送报警信息到远程服务器

void Send_Alarm_Remotely(void)

{

if (alarm_triggered)

{

char buffer[100];

sprintf(buffer, "Alarm Triggered: Smoke:%d Temp:%.1f Door:%d PIR:%d", smoke_level, temperature, door_status, pir_status);

WiFi_SendData(buffer); // 通过Wi-Fi发送报警数据

}

int main(void)

{

System_Init();

while (1)

{

Detect_Sensors(); // 检测传感器状态

Alarm_Control(); // 控制报警

Display_System_Status(); // 显示系统状态

Send_Alarm_Remotely(); // 远程报警

HAL_Delay(1000); // 每秒钟更新一次

}

4. 各模块代码烟雾传感器读取

#include "smoke_sensor.h"

// 初始化烟雾传感器

void SmokeSensor_Init(void)

{

// 配置ADC引脚，读取烟雾传感器的模拟信号

}

// 读取烟雾浓度

uint16_t SmokeSensor_Read(void)

{

// 返回烟雾浓度的模拟值

return 350; // 假设当前烟雾浓度为350

}

温度传感器读取

#include "temperature.h"

void TemperatureSensor_Init(void)

{

}

float TemperatureSensor_Read(void)

{

return 25.5;

}

门磁传感器检测

#include "door_sensor.h"

// 初始化门磁传感器

void DoorSensor_Init(void)

{

// 配置GPIO引脚，检测门磁状态

}

// 检测门磁状态

uint8_t DoorSensor_Read(void)

{

// 返回门磁状态，1表示门打开，0表示门关闭

return DOOR_OPEN; // 假设门已打开

}

PIR传感器检测

#include "pir_sensor.h"

// 初始化PIR传感器

void PIRSensor_Init(void)

{

// 配置PIR传感器的GPIO引脚

}

// 检测PIR状态

uint8_t PIRSensor_Read(void)

{

// 返回PIR状态，1表示检测到人体活动，0表示未检测到

return PIR_DETECTED; // 假设检测到人体活动

}

OLED显示

#include "oled.h"

void OLED_Init(void)

{

}

void OLED_ShowString(uint8_t x, uint8_t y, const char *str)

{

}

void OLED_ShowFloat(uint8_t x, uint8_t y, float num, uint8_t decimal_places)

{

}

void OLED_ShowNumber(uint8_t x, uint8_t y, uint32_t num, uint8_t len)

{

}

void OLED_Clear(void)

{

}

Wi-Fi数据发送

#include "wifi.h"

void WiFi_Init(void)

{

}

void WiFi_SendData(char* data)

{

}

系统工作原理 自动检测和报警：系统通过烟雾、温度、门磁和PIR传感器实时监测家庭环境，当检测到异常情况时，自动启动报警装置并通知用户。实时显示：OLED显示屏实时显示传感器数据和报警状态，便于用户了解当前环境信息。远程报警：系统通过Wi-Fi模块将报警信息发送到远程服务器，实现远程监控和报警。自动控制：系统可在紧急情况下通过继电器控制电器设备，如自动关闭燃气阀。常见问题与解决方法 1. 烟雾检测误报 问题原因：传感器灵敏度过高或环境干扰。解决方法：调整传感器的灵敏度或增加数据滤波，避免误报。 2. Wi-Fi连接不稳定 问题原因：网络信号弱或模块配置错误。解决方法：确保Wi-Fi信号覆盖良好，并正确配置连接参数。 3. 温度传感器读数不准确 问题原因：传感器安装位置不当或校准不良。解决方法：重新校准传感器，并安装在合适的位置。扩展功能 智能联动：当检测到火灾时，系统可以自动打开窗户通风，启动消防系统。短信或电话报警：集成GSM模块，当网络断开时，可以通过短信或电话进行报警。手机APP控制：开发配套的手机APP，用户可以通过APP远程查看报警信息、历史记录和传感器数据。结论

基于STM32的智能家用报警系统通过多种传感器实现了对家庭环境的自动检测和报警，具有实时监控、远程报警和自动控制等功能，有效提升了家庭安全性。系统适用于家庭、公寓、办公室等场所，未来可以通过增加智能联动和更多报警方式，进一步提高系统的功能和可靠性。

网址：基于STM32的智能家用报警系统设计 https://www.yuejiaxmz.com/news/view/593526

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