基于单片机的无线通信报警系统

摘要

本课题设计了基于STM32F103C6T6单片机为主控核心的无线通信报警系统。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

2 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。

图2-1硬件框图
2.2 电源电路的设计
本设计的电源需要5V、2A的直流电源输入，目前手机的适配器均可为该设计供电，保障了电源的通用性。电源接头采用USB的Type-A接口，插接方便。外部的5V供电经过电源开关，直接为5V供电模块供电。

图2-2电源电路
对于3.3V供电的模块，例如ESP8266模块。采用ME6211电源芯片进行降压处理，ME6211系列是有高精度，高PSRR，低dB，超快响应这些优点，很好的低压差线性稳压器。能够为ESP8266模块提供合适的电压。

图2-3 3.3V电源电路

3 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。

图3-1软件框架图
3.2 机智云
机智云支持通过MCU读取设备的信息，然后通过WIFI模块与机智云服务器传输数据，如图3-2所示。

图3-2机智云MCU工作框图
对于机智云的接入流程，官方已经提供了非常完善的流程图，如图3-3。

图3-3机智云接入流程

4 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。

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。
4.2.2 温湿度显示调试
目标是实现使用MCU读取SHT30的数据，在MCU内进行转换再通过OLED显示出来。
首先使用SHT30提供的库函数读取SHT30的温度与湿度数据。测试中使用串口将数据打印到电脑的串口接收助手中，这样可以直观的观察数据。确认数据显示正常后，可以将数据在OLED中显示，显示效果如图4-3所示。

图4-3OLED显示温湿度值

5 总结

经过老师的指导,我按照计划有条不紊的完成了该设计。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单片机为核心的无线通信报警系统，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。。
本次毕设，将在大学所学的四年的知识进行了汇总，无论是在设计资料的收集中，还是确定方案的过程中，还是最终的制作实物，学到许多知识，也弄懂了搞清楚了许多以前不是很清楚的问题。在做毕业设计的过程中，是人生的一种锻炼，进入社会之前的一种锻炼，将之前的学习的理论知识，运用到了实际当中，可以对知识理解的更深。

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