基于STM32單片機(jī)的家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要:隨著高科技和人民越來(lái)越多的生存需求的快速發(fā)展，人們對(duì)住房的需要已經(jīng)從追趕簡(jiǎn)略的生活空間發(fā)生了改變，現(xiàn)在追求了舒適，質(zhì)量和性能等多種需求。目前，中國(guó)一般家居的消防措施和抗盜方式大多為設(shè)置抗盜窗，抗盜門和抗盜鎖。這些是人們運(yùn)用日常生活經(jīng)歷累積的傳統(tǒng)方法，但這些都有一定的缺陷。如果偷盜出現(xiàn)在臥室內(nèi)，人們就完全無(wú)從精確掌握了家人的安全情況，也完全無(wú)從適當(dāng)?shù)靥幚?，這不僅會(huì)給人們的錢財(cái)造成風(fēng)險(xiǎn)，還會(huì)為人們的生活帶來(lái)嚴(yán)重的風(fēng)險(xiǎn)。所以，為了解決以上的問(wèn)題，本文提出一種基于STM32芯片的家庭防盜系統(tǒng)。本系統(tǒng)主要?jiǎng)?chuàng)新之處如下:采用最近幾年興起的ARM系列微控制器STM32F103C8T6，與傳感器結(jié)合，其中采納使用傳感器的方法來(lái)提供報(bào)警信息的方案使成本下降、易于保護(hù)、性比價(jià)高、功能強(qiáng)大、實(shí)時(shí)性好，能夠安放于隱密的地點(diǎn)且不易被發(fā)現(xiàn)、接收信號(hào)靈敏，因而有著突出的優(yōu)點(diǎn)和寬廣的發(fā)展前景。利用蜂鳴器模塊，能夠使家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警，硬件支出成本低，適用于大多數(shù)一般家庭、寢室、辦公室等。關(guān)鍵詞:防盜報(bào)警、傳感器、STM32單片機(jī)目錄摘要 IAbstract II第一章緒論 11.1選題的目的和意義 11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 11.3本設(shè)計(jì)主要研究?jī)?nèi)容 21.4論文結(jié)構(gòu) 3第二章總體設(shè)計(jì)方案 42.1設(shè)計(jì)思路 42.2實(shí)踐方案 42.3主控制的選型 4第三章硬件設(shè)計(jì) 63.1總體設(shè)計(jì) 63.2HC_SR501人體感應(yīng)模塊電路 63.2.1技術(shù)參數(shù) 63.2.2引腳接口說(shuō)明 63.2.3檢測(cè)原理 73.3聲音檢測(cè)模塊電路 83.3.1技術(shù)參數(shù) 83.3.2引腳接口說(shuō)明 83.3.3檢測(cè)原理 83.4壓力檢測(cè)模塊電路設(shè)計(jì) 93.4.1技術(shù)參數(shù) 93.4.2引腳接口說(shuō)明 93.4.3檢測(cè)原理 103.5報(bào)警模塊電路 103.5.1技術(shù)參數(shù) 103.5.2檢測(cè)原理 103.6STM32電路設(shè)計(jì) 113.6.1STM32F103C8T6芯片介紹 113.6.2STM32F103C8T6最小系統(tǒng) 123.7電源電路設(shè)計(jì) 15第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 174.1軟件開發(fā)環(huán)境介紹 174.2系統(tǒng)軟件流程圖 184.3數(shù)據(jù)采集子程序設(shè)計(jì) 194.4定時(shí)器程序設(shè)計(jì) 19第五章系統(tǒng)調(diào)試 215.1硬件調(diào)試 215.1.1硬件環(huán)境搭建 215.1.2硬件電路檢查 215.2軟件調(diào)試 215.3系統(tǒng)調(diào)試 225.4實(shí)物測(cè)試 22參考文獻(xiàn) 27第一章緒論1.1選題的目的和意義伴隨著我國(guó)社會(huì)主義市場(chǎng)發(fā)展的極速蓬勃發(fā)展，我國(guó)市民日常生活技術(shù)水平也日益提高，自身個(gè)性生存方法也日益豐富，家庭生活中的高級(jí)產(chǎn)物也越發(fā)多，但與此同時(shí)，違規(guī)分子的總量也越發(fā)多，家庭生活信息安全開始變成我國(guó)市民日益關(guān)切的社會(huì)生活主要問(wèn)題。一種智能化的家居安全監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)人們而言是十分必要的，它能夠在人出家門時(shí)監(jiān)測(cè)家里的狀況，這樣使人們能夠平安出門，不必再擔(dān)心房屋被盜。過(guò)去的家庭防盜一般只是借助防盜門和防盜窗等用具，但它們都不能適應(yīng)現(xiàn)代家居防盜的需要，無(wú)法有效地防止對(duì)屋宇的侵入，于是高科技電子防盜體系的應(yīng)用就發(fā)生在這種情況歷史性的時(shí)候。隨著人類安全防范意識(shí)的日益增強(qiáng)，家庭防盜報(bào)警體系也將成為人們的主要選擇對(duì)象，而智能安全也將成了家庭安全產(chǎn)業(yè)未來(lái)的主要發(fā)展趨勢(shì)。防盜報(bào)警網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是當(dāng)檢測(cè)到正在防范或工作的現(xiàn)場(chǎng)有人入侵時(shí)，能夠及時(shí)的、迅速的進(jìn)行發(fā)出報(bào)警信號(hào)并監(jiān)控信息的專用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或電子商務(wù)系統(tǒng)，通常由探測(cè)器(報(bào)警器)、信息傳送技術(shù)控制系統(tǒng)和報(bào)警控制器等構(gòu)成。該探測(cè)器可以探測(cè)到事故并形成報(bào)警信號(hào)，該報(bào)警信號(hào)經(jīng)由信息傳送技術(shù)控制系統(tǒng)傳送至報(bào)警控制器，以產(chǎn)生聲、光及其他的報(bào)警信號(hào)。由于紅外線有很強(qiáng)的隱蔽化效果和安全保密性，所以在防盜、報(bào)警等安全設(shè)備中被廣泛的普遍使用。本課題試圖用價(jià)格相對(duì)低廉，使用最普遍的單片機(jī)控制器的電路來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)家庭防盜報(bào)警控制系統(tǒng)，并希望取得簡(jiǎn)單，使用，實(shí)際的經(jīng)濟(jì)效益。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)防盜報(bào)警系統(tǒng)，是指利用物理技術(shù)手段或電氣技術(shù)自動(dòng)檢測(cè)或監(jiān)控一定范圍中進(jìn)行的侵入、自動(dòng)產(chǎn)生告警信息并協(xié)助提醒執(zhí)勤員工或其主人在該區(qū)域內(nèi)發(fā)出警報(bào)的系統(tǒng)。顯示可能的對(duì)策的系統(tǒng)。一旦發(fā)生緊急情況，可利用聲光報(bào)警信號(hào)迅速采取應(yīng)急措施。具有不同原理的不同種類的報(bào)警檢測(cè)裝置可用于不同目的。中國(guó)防盜控制的發(fā)展，大概源于我國(guó)在上世紀(jì)六十年代初期北平市故宮的治安告警控制。在當(dāng)時(shí)，我國(guó)的老一些保安科技工作人員已經(jīng)在一種完全隱藏、安全性更可靠的報(bào)警、絕對(duì)耐火的木結(jié)構(gòu)構(gòu)造建筑環(huán)境下進(jìn)行了控制的安裝調(diào)試工作，該控制達(dá)到了非常好的效果。此后的幾十年，我國(guó)安全科技發(fā)展方向始終是以防盜報(bào)警信息系統(tǒng)管理為主，其運(yùn)用的不同場(chǎng)所也大多僅限于中國(guó)國(guó)內(nèi)金融機(jī)構(gòu)和文博信息系統(tǒng)。但因?yàn)楫?dāng)時(shí)采用光電脲化物攝像管的攝像機(jī)規(guī)格過(guò)大、售價(jià)高昂，所以可視式閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)在中國(guó)安全科技市場(chǎng)上的實(shí)際使用案例也極少。國(guó)外關(guān)于防盜技術(shù)的研究早期是從傳統(tǒng)防火的基礎(chǔ)上發(fā)展出來(lái)的，后來(lái)逐漸向智能化、自動(dòng)化等方面發(fā)展，而且監(jiān)控的原理也開始創(chuàng)新，特別是與現(xiàn)代電子信息技術(shù)進(jìn)行了融合，這就為中國(guó)現(xiàn)代化的國(guó)家安全體系的發(fā)展，奠定了極其重要的技術(shù)物質(zhì)基礎(chǔ)。當(dāng)前的諸多安防系統(tǒng)開始廣泛的進(jìn)入了自動(dòng)化和閉路化，并且在自動(dòng)化的整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面都有著相當(dāng)?shù)膬?yōu)越性。目前國(guó)外銷售的安全自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)一般都有一個(gè)計(jì)算機(jī)信息管理中樞，能夠利用這種信息管理中樞來(lái)實(shí)現(xiàn)多種多樣的信息管理，并且還能夠據(jù)此開發(fā)多種多樣的應(yīng)用軟件，并且實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)的GUI用戶，對(duì)維修與操作管理人員需求都不高，并且還能夠同樣對(duì)上百種的控制器進(jìn)行管理工作，因此具有了很高的性價(jià)比。目前，海外的安全管理系統(tǒng)還開始逐步與醫(yī)學(xué)、消防工作等方面進(jìn)行融入。并以此形成了先進(jìn)的安全融合和智能的產(chǎn)品系統(tǒng)。在這個(gè)產(chǎn)業(yè)高速度發(fā)展的今天，在歐美等國(guó)也開始發(fā)展起來(lái)了多個(gè)品牌的大規(guī)模企業(yè)，如平安、寶維康等企業(yè)，并且相關(guān)的視訊科技、數(shù)字工藝、生物識(shí)別科技等都獲得了巨大的發(fā)展，另外經(jīng)過(guò)互聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程信息也得以高效實(shí)現(xiàn)，這都為國(guó)家安全產(chǎn)業(yè)的高速度發(fā)展打下了關(guān)鍵基礎(chǔ)。當(dāng)前，主流的家庭防盜系統(tǒng)采用的是紅外線報(bào)警器。在中國(guó)防盜報(bào)警信息系統(tǒng)的發(fā)展歷程中可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)字化、無(wú)線化、集成化、是對(duì)防盜報(bào)警信息系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新的必然趨勢(shì)，在這三個(gè)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，才能達(dá)到人們對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性、功能的廣泛性、外形的美觀性、設(shè)計(jì)的智能化、按需要的可擴(kuò)展性，和具有較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)化功能的更現(xiàn)代化的生活需求。從中不難看出，防盜火報(bào)警的科技趨勢(shì)是更穩(wěn)定、更安全、更豐富的功能、更漂亮、小巧的外形、更人性化的設(shè)計(jì)、更強(qiáng)勁的物聯(lián)網(wǎng)功能、以及更便捷的可擴(kuò)展性。1.3本設(shè)計(jì)主要研究?jī)?nèi)容本篇主要是講解了采用STM32數(shù)字單片機(jī)設(shè)計(jì)的家庭自動(dòng)防盜報(bào)警器。本產(chǎn)品設(shè)計(jì)將結(jié)合單片機(jī)應(yīng)用高新技術(shù)、傳感器產(chǎn)品工藝技術(shù)，構(gòu)造出基于單片機(jī)的家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)的報(bào)警模塊，以達(dá)到報(bào)警的目的。具體功能如下:(1)根據(jù)室內(nèi)、室外環(huán)境及條件，設(shè)計(jì)出數(shù)據(jù)采集模塊;(2)設(shè)計(jì)主控制器模塊及相關(guān)外圍電路;(3)構(gòu)造出基于單片機(jī)的家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)的報(bào)警模塊，以達(dá)到報(bào)警的目的。1.4論文結(jié)構(gòu)本文的結(jié)構(gòu)安排具體如下:第一章為緒論。首先對(duì)研究背景和意義進(jìn)行分析，接著對(duì)報(bào)警系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并對(duì)采用STM32單片機(jī)控制器的家用電子防盜報(bào)警系統(tǒng)的功能和目的進(jìn)行了闡述，最后介紹了研究?jī)?nèi)容。第二章對(duì)本文系統(tǒng)的整體框架進(jìn)行了設(shè)計(jì)。本章在上章內(nèi)容的基礎(chǔ)上，基于單片機(jī)和傳感器技術(shù)，對(duì)系統(tǒng)的硬件部分進(jìn)行選型，從成本、穩(wěn)定性、使用壽命等方面對(duì)元器件進(jìn)行綜合考慮，選出性價(jià)比較高的器件。第三章對(duì)本文系統(tǒng)的硬件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。本章基于上章選出的器件，對(duì)硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)器件的原理和特性等進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)實(shí)用性較高的電路圖。第四章對(duì)本文系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。本章基于上章設(shè)計(jì)的硬件電路圖，編寫軟件程序。首先，對(duì)程序流程進(jìn)行設(shè)計(jì)。接著，根據(jù)相關(guān)單片機(jī)知識(shí)進(jìn)行編程，最后基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。第五章對(duì)本文的整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，通過(guò)對(duì)硬件的調(diào)試和軟件測(cè)試，最后完成成品。最后，對(duì)本文系統(tǒng)的主要功能進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)后續(xù)系統(tǒng)的改進(jìn)和各類管理工作的展開進(jìn)行了安排。第二章總體設(shè)計(jì)方案2.1設(shè)計(jì)思路采用單芯片技術(shù)設(shè)計(jì)開發(fā)智能防盜報(bào)警器。該防盜報(bào)警系統(tǒng)采納單片機(jī)作為任務(wù)控制器核心，外接人體感應(yīng)傳感器、壓力傳感器和聲音傳感器。這是一種全新的、完全被動(dòng)的檢測(cè)設(shè)備，使用三種檢測(cè)方法來(lái)防止盜竊。該報(bào)警器的最大優(yōu)點(diǎn)是它對(duì)您的客戶來(lái)說(shuō)很容易，易于理解和快速使用。安裝方便，智能化程度高，誤報(bào)少。隨著現(xiàn)代人認(rèn)識(shí)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的飛速展開，警報(bào)器有望在不斷擴(kuò)大的范圍中得到更深入的運(yùn)用。用三種傳感器進(jìn)行探測(cè)，增加準(zhǔn)確性，提高了安全性。2.2實(shí)踐方案本文章主要包括了硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)二個(gè)主要設(shè)計(jì)部分。將模塊式集成系統(tǒng)又細(xì)分為數(shù)據(jù)信息采集系統(tǒng)模塊、主控件控制模塊體系、報(bào)警等三個(gè)子模塊體系。電路單元的基本組成電路大致上可以這樣分類為:由熱控釋電的紅外傳感器、壓力感應(yīng)器、聲音感應(yīng)器、報(bào)警控制電路、單片機(jī)的控制運(yùn)算電路等以及與其相應(yīng)配套的溫度檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)電路等構(gòu)成。為應(yīng)用終端實(shí)現(xiàn)了信息接收、管理、信息傳遞、各種功能設(shè)定、本地報(bào)警等功用。它們之間的構(gòu)成框圖如圖2.1所示。復(fù)位電路LED發(fā)光顯示驅(qū)動(dòng)復(fù)位電路LED發(fā)光顯示驅(qū)動(dòng)單片機(jī)信號(hào)檢測(cè)電路信號(hào)檢測(cè)電路執(zhí)行報(bào)警電路驅(qū)動(dòng)執(zhí)行報(bào)警電路驅(qū)動(dòng)圖2.1系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖2.3主控制的選型方案1：STM32F103系列的微控制器，是以Cortex?-M3為核心的控制器，Cortex?-M3數(shù)據(jù)處理器是最近一批的嵌入式ARM數(shù)據(jù)處理器，它為滿足MCU的需求提出了降低成本的平臺(tái)、減少的接口數(shù)量、減少的操作系統(tǒng)耗電量，并且?guī)?lái)優(yōu)異的運(yùn)算特性和領(lǐng)先的中斷系統(tǒng)響應(yīng)速度，該控制器具有512K的flash容量，在進(jìn)行中高端的集成電路開發(fā)時(shí)比較適用，其內(nèi)部包括定時(shí)器、時(shí)鐘等多種控制外設(shè)，具有16KB~1MBFlash、USB全速接口和CAN，主頻率最高可達(dá)到七十二MHZ，而且是一個(gè)耗功率極低的產(chǎn)品，電源僅需在3.0-3.6V區(qū)間之內(nèi)。STM32F103C8T6最小系統(tǒng)板實(shí)物圖可見圖2.2所示。圖2.2STM32F103C8T6最小系統(tǒng)板實(shí)物圖方案2：STC89C52RC單片機(jī)。該芯片為51系列中最具有代表性的芯片。與傳統(tǒng)的MCS-51芯片相比，該芯片有許多提升的方面。且該芯片的功耗低，性能好，其flash有8K字節(jié)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括了定時(shí)器、串口等。其實(shí)物圖見圖2.3所示。圖2.3STC89C52RC單片機(jī)實(shí)物圖總結(jié)文章前半部分，結(jié)合本設(shè)計(jì)需要完成的功能，需要選擇適合的微型控制器，因而這次就需要選擇安全性很高的STM32F103系列單片微型機(jī)，具有多種功能的單片機(jī)作為此次設(shè)計(jì)的控制器。STM32F103C8T6恰恰滿足這種情況。

第三章硬件設(shè)計(jì)3.1總體設(shè)計(jì)硬件電路部分，包括由熱釋電紅外感應(yīng)器、壓力傳感器、聲音傳感器、報(bào)警器、以及單片機(jī)的控制電路等組成。本次設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)框圖如圖3.1所示。復(fù)位電路復(fù)位電路LED發(fā)光顯示驅(qū)動(dòng)單片機(jī)LED發(fā)光顯示驅(qū)動(dòng)單片機(jī)熱釋電紅外傳感器熱釋電紅外傳感器壓力傳感器壓力傳感器執(zhí)行報(bào)警電路驅(qū)動(dòng)執(zhí)行報(bào)警電路驅(qū)動(dòng)聲音傳感器聲音傳感器圖3.1總體設(shè)計(jì)框圖3.2HC_SR501人體感應(yīng)模塊電路3.2.1技術(shù)參數(shù)本文系統(tǒng)使用的人體感應(yīng)器件是熱釋電傳感器HC_SR501，人體熱釋電感應(yīng)模塊HC_SR501技術(shù)參數(shù)如圖3.2所示。圖3.2HC_SR501技術(shù)參數(shù)3.2.2引腳接口說(shuō)明人體熱釋電感應(yīng)模塊HC_SR501共有3個(gè)引腳，各個(gè)引腳功能如表3.1所示。表3.1人體熱釋電感應(yīng)模塊HC_SR501接口說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1GND電源地2OUT信號(hào)輸出、檢測(cè)到信號(hào)輸出高電平（3.3V）3VCC電源正極3.2.3檢測(cè)原理單片機(jī)的I/O接模塊的OUT輸出腳，利用該I/O判斷其高電平狀態(tài)，由此而得，當(dāng)測(cè)量到活體信息時(shí)，OUT引腳輸出高電平。相反，在未檢測(cè)到活體信息時(shí)，OUT引腳輸出低電平。值得注意的是，活體信息的檢測(cè)過(guò)程是基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的。在檢測(cè)到活體信號(hào)時(shí)，OUT會(huì)將高電平信息發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)在接收到高電平時(shí)，會(huì)認(rèn)為檢測(cè)到了活體，否則就認(rèn)為沒(méi)有檢測(cè)到活體?；贖C_SR501的人體熱釋電感應(yīng)模塊的電路原理如圖3.3所示。其中，傳感器電源和系統(tǒng)電源VCC相連，VCC=5V，單片機(jī)的I/O口和OUT輸出引腳相連接，且其I/O的功能是對(duì)電平信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。在傳感器檢測(cè)到活體信息時(shí)，OUT引腳輸出高電平，由于OUT引腳與一個(gè)D1LED和R11K電阻相連，在OUT引腳為高電平時(shí)，LED會(huì)接通并發(fā)光，通過(guò)該發(fā)光現(xiàn)象可以反映出是否有活體信息被檢測(cè)到。若沒(méi)有活體信息出現(xiàn)，LED會(huì)熄滅。OUT引腳和STM32單片機(jī)的PB15引腳相連，用與其電平狀態(tài)的檢測(cè)。圖3.3基于HC_SR501的人體熱釋電感應(yīng)模塊電路原理圖3.3聲音檢測(cè)模塊電路3.3.1技術(shù)參數(shù)本文系統(tǒng)是以LM393為芯片為核心的聲音檢測(cè)模塊，聲音檢測(cè)傳感器模塊技術(shù)參數(shù)如表3.2所示。表3.2聲音檢測(cè)傳感器模塊技術(shù)參數(shù)性能參數(shù)工作電壓3.3V-5VDO輸出TTL數(shù)字量0和13.3.2引腳接口說(shuō)明該聲音檢測(cè)模塊共有4個(gè)引腳，各個(gè)引腳功能如表3.3所示。表3.3聲音檢測(cè)傳感器模塊接口說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1AO輸出模擬信號(hào)的引腳2VCC電源正極DC3.3V-5V3GND電源地4DO數(shù)字輸出腳輸出0和13.3.3檢測(cè)原理單片機(jī)的I/O引腳與聲音檢測(cè)模塊的DO數(shù)字輸出引腳相連，通過(guò)I/O引腳可以對(duì)DO的電平狀態(tài)進(jìn)行判斷。在檢測(cè)到聲音時(shí)，DO引腳會(huì)輸出低電平，否則在未檢測(cè)到聲音時(shí)，DO引腳輸出高電平。以上電平信號(hào)的檢測(cè)由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。聲音檢測(cè)傳感器模塊的電路原理圖如圖3.4所示。該模塊電源和VCC系統(tǒng)電源相連，VCC=5V，DO輸出引腳和芯片I/O端口相連，這樣便能完成對(duì)電平信號(hào)的檢查和觀測(cè)。圖3.4聲音檢測(cè)傳感器模塊電路原理圖3.4壓力檢測(cè)模塊電路設(shè)計(jì)3.4.1技術(shù)參數(shù)微動(dòng)開關(guān)的型號(hào)為歐姆龍D2F-01FL，壓力檢測(cè)傳感器模塊技術(shù)參數(shù)如表3.4所示。表3.4壓力檢測(cè)傳感器模塊技術(shù)參數(shù)性能參數(shù)工作電壓3.3V-5V工作電流1A絕緣電阻>=100兆歐介電強(qiáng)度250VACfor1min接觸電阻100兆歐max3.4.2引腳接口說(shuō)明該壓力傳感器模塊共有3個(gè)引腳，各個(gè)引腳功能如表3.5所示。表3.5壓力檢測(cè)傳感器模塊接口說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1COM公共端2NO常開端3NC常閉端3.4.3檢測(cè)原理本設(shè)計(jì)采用的壓力檢測(cè)模塊是微動(dòng)開關(guān)。它的原理：機(jī)械力經(jīng)傳動(dòng)元件施加于運(yùn)動(dòng)簧片上，當(dāng)系統(tǒng)能量達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)發(fā)生瞬時(shí)響應(yīng)，使運(yùn)動(dòng)彈簧的相應(yīng)觸點(diǎn)接通或斷開。當(dāng)作用在運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)元件上的力散開后，運(yùn)動(dòng)簧片就會(huì)產(chǎn)成一種反向的機(jī)械力。在運(yùn)動(dòng)元件的反向路程到達(dá)運(yùn)動(dòng)彈簧片的作用頂點(diǎn)之后，迅速地完成反向運(yùn)動(dòng)。壓力檢測(cè)傳感器模塊的電路原理圖如圖3.5所示。圖3.5壓力檢測(cè)傳感器模塊電路原理圖3.5報(bào)警模塊電路3.5.1技術(shù)參數(shù)有源蜂鳴器技術(shù)參數(shù)如表3.6所示。表3.6有源蜂鳴器技術(shù)參數(shù)性能參數(shù)工作電壓3.3V-5.0V3.5.2檢測(cè)原理如圖中3.6所顯示的有源蜂鳴器控制電路原理圖，Beep1即為蜂鳴器，使用了一個(gè)PNP型為八千五百五十的充氣三極管電路，該電路具有開關(guān)功能，能實(shí)現(xiàn)對(duì)蜂鳴器開關(guān)的控制。本文系統(tǒng)中采用的是PNP型三極管，R31K電阻和PNP的基極相連，通常情況下，R3的在1千歐到2.2歐范圍內(nèi)進(jìn)行取值。R2、D2是蜂鳴器的開關(guān)指明燈，當(dāng)單片機(jī)控制器I/O在PB七控制腳處輸出的低電平值有效時(shí)三極管導(dǎo)通，蜂鳴器也開通，蜂鳴器就響。圖3.6有源蜂鳴器電路原理圖3.6STM32電路設(shè)計(jì)3.6.1STM32F103C8T6芯片介紹內(nèi)核最大七十二MHz工作頻段，在內(nèi)存的零待機(jī)周期高達(dá)1.25Dmips/MHz。flash程序存儲(chǔ)器有128K字節(jié)，以及高至20K字節(jié)的SRAM。工作電壓為2.0V-3.6V與I/O引腳。具有上電/斷電復(fù)位功能和可編程電流檢測(cè)器。工作頻率范圍為4-16MHz，能倍頻，在實(shí)際使用過(guò)程中，其頻率可達(dá)72MHz。設(shè)有休眠、停機(jī)和待機(jī)模塊，VBAT為RTC和后備的輔助寄存器系統(tǒng)供電。STM32F103C8T6多達(dá)三十七個(gè)輸入與輸出口(I/O)，所以的I/O口都能夠映像到16個(gè)外部中斷;除了A/D轉(zhuǎn)換接口，其余所有接口均可以接受5V信號(hào)。模型調(diào)試時(shí)，使用串行調(diào)測(cè)與JTAG接口。STM32F103C8T6的引腳圖可見圖3.7。圖3.7STM32F103C8T6的引腳圖3.6.2STM32F103C8T6最小系統(tǒng)在進(jìn)行微控制器的搭建過(guò)程中，僅靠單片機(jī)無(wú)法搭建控制系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)需要多個(gè)部件組成，包括控制器、穩(wěn)壓電路、復(fù)位回路等?；镜耐鈬娐穼?duì)系統(tǒng)的主控芯片來(lái)說(shuō)十分關(guān)鍵，通常將其看作最小系統(tǒng)電路。單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路，就是利用所要使用的而且是最小的元件所構(gòu)成的電子系統(tǒng)。穩(wěn)壓電路：STM32F103C8T6在正常工作時(shí)，其電壓大約為3.3V，但通常情況下，很多電源都是4.2V或5V，因此，穩(wěn)壓電路必不可少，在STM32F103C8T6最小系統(tǒng)板中包括有穩(wěn)壓電路，接下來(lái)對(duì)電源部分進(jìn)行分析。本文選擇了ME6211.-3.V開關(guān)電源芯片作為系統(tǒng)的穩(wěn)壓芯片，電源輸入為5V，其經(jīng)由C7和C5濾波電容，連接到VIN引腳，地線和VSS相連引腳，CE引腳用于芯片使能的控制，在高電平有效，在本文中，無(wú)需對(duì)該芯片的開關(guān)進(jìn)行控制，電源在接5V時(shí)為高有效，此時(shí)接通保持運(yùn)行狀態(tài)。OUT引腳輸出為3.3V，NC引腳的輸出在經(jīng)由C15電容耦合后傳送至GND引腳，最后經(jīng)由C6和C10濾波電容，3.3V給其他元件進(jìn)行供電。穩(wěn)壓電路見圖3.8所示。圖3.8穩(wěn)壓電路復(fù)位電路：自動(dòng)復(fù)位時(shí)利用鍵盤的SW功能，在按下按鍵時(shí)，NRST引腳變?yōu)榈碗娖?，此時(shí)C2的電容被釋放。在電源按鍵彈起時(shí)，C2電容進(jìn)行充電，NRST引腳變?yōu)楦唠娖?，此時(shí)STM32正常運(yùn)行。復(fù)位電路見圖3.9所示。圖3.9復(fù)位電路系統(tǒng)高速時(shí)鐘：本文系統(tǒng)使用STM32F103C8T6芯片，其高速時(shí)鐘電路由1個(gè)8MHz晶振與2個(gè)20pF的電容組合而成。系統(tǒng)高速時(shí)鐘電路見圖3.10所示。圖3.10系統(tǒng)高速時(shí)鐘電路系統(tǒng)低速時(shí)鐘：本文系統(tǒng)使用STM32F103C8T6芯片，其低速時(shí)鐘電路包括了1個(gè)32.768KHz的晶振與2個(gè)20pF的電容。系統(tǒng)低速時(shí)鐘電路可見如圖3.11所示。圖3.11主系統(tǒng)低速時(shí)鐘電路打開模型選項(xiàng)電路:通過(guò)BOOT中[1:0]的引腳，可選3種不同開啟建模。由圖3.12所示，通過(guò)BOOT[1:0]引腳，有3種不一樣的啟動(dòng)模式可以選擇。圖3.12STM32啟動(dòng)模式在一般情況下，啟動(dòng)模式電路在選擇主閃存存儲(chǔ)器模式后，BOOT0與BOOT會(huì)變成低電平。在下載串口時(shí)，BOOT1會(huì)變成高電平，下載完成后自動(dòng)復(fù)位。啟動(dòng)模式選擇電路可見圖3.13。圖3.13啟動(dòng)模式選擇電路圖SWD調(diào)試接口：SWD調(diào)試僅僅基于2個(gè)I/O引腳，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的仿真調(diào)試，其中，SWDIO與STM32的PA13引腳相連，SWCLK與STM32的PA14引腳相連。在接口和STLINK調(diào)試器相連后，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的仿真調(diào)試與程序下載。SWD調(diào)試接口見圖3.14所示。圖3.14SWD調(diào)試接口3.7電源電路設(shè)計(jì)本文系統(tǒng)對(duì)電源的要求比較低，使用USB5V電壓就能滿足系統(tǒng)供電，且其電路的輸出能力可達(dá)1A以上，因此本文使用USB電源線對(duì)系統(tǒng)供電，系統(tǒng)的電源接口和開關(guān)控制電路可見圖3.15。圖中的P5電源座子的1號(hào)引腳是電源的DC接口，同時(shí)1號(hào)引腳也與開關(guān)P3的控制引腳相連，并通過(guò)接通和斷開P3來(lái)控制電源的接通和斷開，最后輸出到5伏的供電電源來(lái)為系統(tǒng)供電，電源座子的2、3號(hào)引腳接地線。圖3.15電源接口和開關(guān)控制電路由圖3.15可知，該電路采用USB對(duì)系統(tǒng)供電，其電源是5v的直流電，由于STM32主控芯片正常的工作電壓為3.3V，因此，5V電源要轉(zhuǎn)換為3.3V后才能為系統(tǒng)供電。本文系統(tǒng)使用STM32F103C8T6最小系統(tǒng)開發(fā)板，該開發(fā)板內(nèi)部包括有ME6211-3.3V穩(wěn)壓芯片，其原理圖可見圖3.16，P11引腳是電源的DC接口，電源的正極與開關(guān)相連，因此開關(guān)可以對(duì)電源的打開與關(guān)閉進(jìn)行控制，在開關(guān)按下時(shí)，系統(tǒng)通電，并給外設(shè)和穩(wěn)壓芯片ME6211-3.3供電，次數(shù)輸出引腳可以進(jìn)行輸出，為使電壓保持在3.3V，不發(fā)生變化，可以使用濾波電容實(shí)現(xiàn)。穩(wěn)壓電路原理如圖3.16所示。圖3.16穩(wěn)壓電路原理圖

第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)上章對(duì)本文設(shè)計(jì)的硬件電路的各模塊進(jìn)行了介紹，本章將基于設(shè)計(jì)的硬件電路原理圖和設(shè)計(jì)需求進(jìn)行軟件編程，系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的具體功能如下：1、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的撤布防功能；2、在布防狀態(tài)下，實(shí)時(shí)檢測(cè)人體信號(hào)、聲音信號(hào)和壓力信號(hào)，如檢測(cè)到異常信號(hào)則及時(shí)發(fā)出警報(bào)通知主人；3、撤防狀態(tài)下，可實(shí)時(shí)檢測(cè)傳感器信號(hào)，但不發(fā)出警報(bào)；4、用戶可通過(guò)按鍵來(lái)切換撤布防模式；本文設(shè)計(jì)的基于STM32單片機(jī)的家庭防盜報(bào)警器系統(tǒng)，把STM32F103C8T6芯片作為硬件部分主控芯片，軟件部分是在STM32平臺(tái)上開發(fā)的。在系統(tǒng)軟件編程時(shí)遵循模塊化的標(biāo)準(zhǔn)，操作系統(tǒng)包括了子程序與主程序，在應(yīng)用軟件部分主要包括了初始化程序、串口驅(qū)動(dòng)和定時(shí)器子程序等。系統(tǒng)的軟件部分采用了模塊化程序設(shè)計(jì)，其中，主程序和子模塊包含了不同的.c和.H文檔，這使軟件編程變得更加直觀。4.1軟件開發(fā)環(huán)境介紹本文系統(tǒng)的主控制器使用了STM32系列的芯片，軟件部分需要使用KEIL5MDK軟件來(lái)完成。在使用KEIL5MDK時(shí)，首先需要將STM32V3.5官方庫(kù)的文件進(jìn)行轉(zhuǎn)移，在STM32的庫(kù)函數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行軟件編程，這在極大程度上提高了開發(fā)效率。KEIL5MDK平臺(tái)可以混合匯編與C語(yǔ)言進(jìn)行編程，還能單獨(dú)進(jìn)行編程。由于其編譯環(huán)境的集成度較高，因此能將其用于各類單片機(jī)的開發(fā)，且調(diào)試簡(jiǎn)單方便。這是推薦的平臺(tái)。用于STM32開發(fā)。在進(jìn)行軟件開發(fā)之前，需要進(jìn)行準(zhǔn)備工作。首先是KEIL5MDK平臺(tái)軟件的安裝，在電腦上完成軟件安裝后將其打開，然后通過(guò)新建工程、創(chuàng)建子程序、編譯和仿真等，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試并得到調(diào)試結(jié)果，最后對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行測(cè)試。軟件調(diào)試界面如圖4.1所示。圖4.1軟件調(diào)試界面圖4.2系統(tǒng)軟件流程圖系統(tǒng)主程序流程圖如圖4.2所示。由圖4.2可知，在程序執(zhí)行之前，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化。初始化配置包含了對(duì)時(shí)鐘、串口和定時(shí)器等部件的初始化。在初始化后進(jìn)入程序循環(huán)。在按下按鍵進(jìn)入布防模式后，LED指示燈亮，布防模式下，人體感應(yīng)模塊、聲音檢測(cè)模塊和壓力檢測(cè)模塊實(shí)時(shí)檢測(cè)狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到異常時(shí)，通過(guò)單片機(jī)串口發(fā)送指令控制報(bào)警模塊發(fā)出警報(bào)。通過(guò)按鍵模塊來(lái)選擇撤防和布防模式。開開始初始化配置布防狀態(tài)？結(jié)束數(shù)據(jù)異常？是否發(fā)出警報(bào)否是LED亮圖4.2系統(tǒng)主程序流程圖4.3數(shù)據(jù)采集子程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中傳感器用到了人體感應(yīng)模塊HC_SR50、聲音檢測(cè)模塊和壓力檢測(cè)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)人體信號(hào)、聲音信號(hào)和壓力信號(hào)的檢測(cè)。上述模塊的原理十分容易理解，在傳感器被觸發(fā)時(shí)，各模塊會(huì)輸出對(duì)應(yīng)的電平信號(hào)，通過(guò)對(duì)單片機(jī)I/O引腳的電平狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，可以直接判斷系統(tǒng)是否被觸發(fā)。HC_SR501在測(cè)量到身體信息后，信號(hào)引腳就會(huì)延時(shí)輸出高電平信息;聲音感應(yīng)模塊在偵察到人聲時(shí)輸出的低電平信息。壓力檢測(cè)傳感器檢測(cè)到壓力時(shí)會(huì)輸出低電平信號(hào)利用這一原理實(shí)現(xiàn)防盜報(bào)警的前提條件。4.4定時(shí)器程序設(shè)計(jì)此次設(shè)計(jì)當(dāng)中利用了STM32F103C8T6的普通計(jì)時(shí)器TIM2實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)中斷，在使用STM32定時(shí)器之前，要對(duì)TIM2時(shí)鐘進(jìn)行設(shè)置，使TIM2使能；并對(duì)定時(shí)器參數(shù)進(jìn)行初始化，可以自主進(jìn)行狀態(tài)值設(shè)定，分頻系數(shù)，計(jì)數(shù)方法等，自動(dòng)重載寄存器周期值arr=499，預(yù)分頻數(shù)psc=7199，定時(shí)器的中斷時(shí)間為五十ms，并將計(jì)數(shù)方法設(shè)置為向上計(jì)數(shù)。接著將定時(shí)器設(shè)置為允許更新中斷狀態(tài)，并對(duì)其優(yōu)先級(jí)進(jìn)行設(shè)定。運(yùn)行并重啟TIM2。最后對(duì)中斷函數(shù)進(jìn)行編程。該中斷函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)5秒鐘的計(jì)時(shí)，并且在倒計(jì)時(shí)5秒鐘后可以實(shí)現(xiàn)蜂鳴器的關(guān)閉，其部分程序如下： voidTIM2_IRQHand(void)//實(shí)現(xiàn)TIM中斷250ms { staticunsignedcharCnt=0; if(TIM_GetITSta(TIM2，TIM_IT_Upda)!=RESET) { TIM_ClearITPendingBit(TIM2，TIM_IT_Upda); //將TIM2更新中斷標(biāo)志清除 Cnt++; if(Cnt>=20) //達(dá)到1秒 { Cnt=0; //清0 } Num++; if(Num>200) { Num=0; VOICEFlag=0; } } }

第五章系統(tǒng)調(diào)試本文設(shè)計(jì)的家庭防盜報(bào)警系統(tǒng)包括了由硬件和軟件兩部分。在對(duì)系統(tǒng)的整體功能進(jìn)行設(shè)計(jì)后，要對(duì)硬件驅(qū)動(dòng)與軟件驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行調(diào)試。在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，其核心是通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的測(cè)試，能夠精確判斷出其系統(tǒng)性能優(yōu)劣與穩(wěn)定性。本文章對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了硬件配置與部分軟件調(diào)試，最終得到最終的結(jié)果。5.1硬件調(diào)試5.1.1硬件環(huán)境搭建在本設(shè)計(jì)中，硬件環(huán)境搭建所需要用到的軟件是AltiumDesigner。通過(guò)AltiumDesigner可以繪制出PCB和原理圖。本次設(shè)計(jì)的原理圖和PCB都是基于AltiumDesigner完成的。5.1.2硬件電路檢查通過(guò)對(duì)硬件電路研究與設(shè)計(jì)，利用集成電路原理圖制成了測(cè)試電路板，并對(duì)無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)的各個(gè)功能進(jìn)行了測(cè)試。傳感器節(jié)點(diǎn)硬件建設(shè)完成以后，就需要進(jìn)行詳細(xì)的硬件檢查，排除硬件設(shè)備在以后的測(cè)試和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在引起問(wèn)題的可能性。(1)電路板檢查印刷電路板制造完畢后，必須嚴(yán)格對(duì)照工作原理圖認(rèn)真地檢查和控制電路板的接線和過(guò)孔，以保證行走路線和過(guò)孔準(zhǔn)確無(wú)誤，才可焊接電子元器件。(2)器件焊接檢查觀察電路板的各個(gè)芯片管腳檢測(cè)是否無(wú)誤，以及是否有短路、虛焊等現(xiàn)象發(fā)生，對(duì)貼片元件的檢測(cè)也要特別小心。(3)基礎(chǔ)外圍電路檢查檢測(cè)電源電路、單片或微型計(jì)算機(jī)的晶振及復(fù)位電路和SWD接口工作時(shí)是否正常。通過(guò)SWD系統(tǒng)可以對(duì)處理器片內(nèi)件實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)和管理，是對(duì)其它硬件和軟件調(diào)試的重要基礎(chǔ)。5.2軟件調(diào)試軟件調(diào)試最終的目標(biāo)是對(duì)KEIL5MDK平臺(tái)上軟件的bug進(jìn)行調(diào)試，關(guān)鍵重要的作用是為了檢查并修正和調(diào)試軟件中所遇到的麻煩。本次設(shè)計(jì)使用的主要控制模塊是基于STM32F103C8T6完成的，它所使用的開發(fā)環(huán)境是KEIL5。首先在電腦上下載KEIL5軟件，然后打開KEIL5軟件，第一步要?jiǎng)?chuàng)建新項(xiàng)目，創(chuàng)建一個(gè)主程序，創(chuàng)建子程序，然后進(jìn)行編譯，最后在進(jìn)行調(diào)試，完成程序的編寫，編譯后將其添加到所需的最終結(jié)果并改進(jìn)它。KEIL5MDK軟件最終調(diào)試圖如圖5.1所示。圖5.1KEIL5MDK軟件最終調(diào)試圖5.3系統(tǒng)調(diào)試當(dāng)分別進(jìn)行完硬件調(diào)試和軟件調(diào)試后，最后就該整個(gè)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試了。系統(tǒng)調(diào)試是指在完成系統(tǒng)后，借助一些工具整體性的對(duì)系統(tǒng)的硬件和所使用過(guò)的軟件進(jìn)行調(diào)試，是系統(tǒng)各個(gè)部件都能滿足所預(yù)期的目標(biāo)。5.4實(shí)物測(cè)試基于本文設(shè)計(jì)的家庭防盜報(bào)警器系統(tǒng)的硬件電路圖，基于電路板把各個(gè)電路模塊焊接起來(lái)，做出系統(tǒng)的實(shí)物圖。最需要注意的是，在焊接電路時(shí)要按一定的優(yōu)先級(jí)順序進(jìn)行焊接。首先，進(jìn)行電路模塊的焊接，在完成電路與電源部分的焊接后，將電源連通。然后要使用萬(wàn)用表對(duì)所有電源點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，判斷其是否正常，在測(cè)試結(jié)果均正常后，繼續(xù)完成其他部件的焊接。焊接順序要基于優(yōu)先焊接電源與主控制單片機(jī)，其次進(jìn)行其他部分的焊接；小元件先焊接，大元件后焊接的原則。1.系統(tǒng)靜態(tài)實(shí)物圖如圖5.2所示。圖5.2系統(tǒng)靜態(tài)實(shí)物圖2.系統(tǒng)剛上電時(shí)的狀態(tài)圖如圖5.3所示。圖5.3撤防狀態(tài)圖（左）、布防狀態(tài)圖（右）3.系統(tǒng)通過(guò)熱釋電紅外傳感器檢測(cè)到有人時(shí)的狀態(tài)圖如圖5.4所示。圖5.4系統(tǒng)通過(guò)熱釋電紅外傳感器檢測(cè)到有人時(shí)的狀態(tài)圖4.系統(tǒng)檢測(cè)到聲音時(shí)的狀態(tài)圖如圖5.5所示。圖5.5系統(tǒng)檢測(cè)到聲音時(shí)的狀態(tài)圖5.系統(tǒng)檢測(cè)到壓力時(shí)的狀態(tài)圖如圖5.6所示。

圖5.6.系統(tǒng)檢測(cè)到壓力時(shí)的狀態(tài)圖

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