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        基于STM32的智能巡邏管家設(shè)計(jì)

        2019-01-10 02:05:54李鑫任安虎陳沐萱周方宇
        物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 2019年12期
        關(guān)鍵詞:智能監(jiān)控遠(yuǎn)程控制通信

        李鑫 任安虎 陳沐萱 周方宇

        摘 要:針對(duì)家中無(wú)人時(shí)存在的安全隱患,設(shè)計(jì)一款應(yīng)用于家中的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)—智能巡邏管家。該系統(tǒng)以GSM為通信方式,STM32為主控制器,搭載煙霧傳感器、溫濕度傳感器、攝像頭等組成一個(gè)智能巡邏小車,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是否有明火、天然氣或煤氣泄露等安全隱患,將監(jiān)測(cè)到的信息通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)發(fā)送至用戶,用戶可通過(guò)手機(jī)APP遠(yuǎn)程控制小車行走,隨時(shí)隨地了解家中各個(gè)點(diǎn)的情況,從而有效地保證家庭的安全性。

        關(guān)鍵詞:家庭安防;數(shù)據(jù)采集;GSM 通信;智能監(jiān)控;傳感器;遠(yuǎn)程控制

        中圖分類號(hào):TP271文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):2095-1302(2019)12-00-03

        0 引 言

        隨著生活節(jié)奏的加快,人們的工作時(shí)間逐漸加長(zhǎng),如何避免家庭常見(jiàn)明火、天然氣或煤氣泄漏等安全隱患成為人們關(guān)注的關(guān)鍵問(wèn)題。

        因此,能夠隨時(shí)隨地了解到家里的安全情況顯得尤為重要。本文以STM32為主控制器,利用GSM無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、視頻采集、溫濕度、火焰?zhèn)鞲衅骷皻怏w采集等模塊相互配合,制作一款智能遠(yuǎn)程安全報(bào)警小車。當(dāng)用戶不在家時(shí)仍然可以了解家中情況,對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)發(fā)現(xiàn)并做出相應(yīng)措施。利用循跡和避障等功能在家中進(jìn)行巡邏檢查,并將檢查到的信號(hào)傳給用戶終端,用戶根據(jù)出現(xiàn)的問(wèn)題發(fā)出相應(yīng)指令(如可控制小車?yán)脭z像頭查看家中畫(huà)面),全面掌握家中各個(gè)位置的安全問(wèn)題,對(duì)家庭安全起到有效保證的作用。

        1 系統(tǒng)功能需求

        智能巡邏管家系統(tǒng)分為自主控制和用戶自定義兩種工作模式。

        1.1 自主控制模式

        小車自動(dòng)按照設(shè)定好的路線行走,能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能。

        (1)超聲波和人體紅外模塊可以避開(kāi)所要監(jiān)控路徑上的障礙物,對(duì)小車以及別的物品起到一定的保護(hù)作用。

        (2)氣體泄漏報(bào)警,利用煙霧傳感器監(jiān)測(cè)房間內(nèi)甲烷等氣體是否超標(biāo)。

        (3)家庭安全隱患主要以火災(zāi)造成的損失最為嚴(yán)重,智能巡邏管家主要通過(guò)火焰檢測(cè)、溫度檢測(cè)、煙霧檢測(cè)、攝像頭確定是否發(fā)生火災(zāi)。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí),智能巡邏管家能夠迅速告知用戶,以保證將用戶的損失降到最低。溫度檢測(cè)用來(lái)判斷是否有可能發(fā)生火災(zāi);煙霧檢測(cè)通過(guò)煙霧濃度判斷是否已經(jīng)發(fā)生火災(zāi);攝像模組能實(shí)時(shí)反饋用戶現(xiàn)場(chǎng)圖像。

        1.2 用戶自定義模式

        用戶可以遠(yuǎn)程遙控小車到指定地方,利用小車裝配的攝像頭查看家中實(shí)時(shí)圖像。為了節(jié)省資源,攝像頭只在用戶自定義模式下打開(kāi)。

        2 智能巡邏管家的組成與原理

        2.1 系統(tǒng)總設(shè)計(jì)方案

        智能巡邏管家主要分為外部傳感器模塊、無(wú)線通信模塊、智能避障行駛模塊及遠(yuǎn)程操控APP四個(gè)子模塊。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

        2.2 硬件設(shè)計(jì)

        2.2.1 硬件結(jié)構(gòu)

        系統(tǒng)硬件主要包括中央處理器、攝像頭、煙霧傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、控制器件、GSM無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模塊和電源模塊等。

        處理器可對(duì)外部傳感器所采集的信息進(jìn)行處理,并通過(guò)GSM模塊發(fā)送到手機(jī)APP。手機(jī)APP也可操縱智能巡邏管家對(duì)房間其他部位進(jìn)行監(jiān)測(cè)。人體紅外熱釋傳感器和超聲波傳感器協(xié)助智能巡邏管家避開(kāi)障礙物行走。系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示。

        2.2.2 攝像頭

        本文系統(tǒng)使用OV7670攝像頭模塊、CMOS器件、標(biāo)準(zhǔn)的SCCB接口,其兼容I2C接口,工作電壓低至2.5~3 V,能夠提供影像處理器的所有功能。系統(tǒng)內(nèi)置感光陣列、時(shí)序發(fā)生器,A/D轉(zhuǎn)換器、模擬信號(hào)處理、數(shù)字信號(hào)處理器。采用的廣角鏡頭視角可達(dá)150°,該攝像頭圖像最高可達(dá)到30幀。STM32與OV7670接線原理如圖3所示。

        2.2.3 煙霧傳感器

        MQ-2型煙霧傳感器屬于表面離子式N型半導(dǎo)體。工作電壓為直流5伏,支持雙路信號(hào)輸出、模擬量輸出及TTL電平輸出。煙霧濃度越大、導(dǎo)電率越大、輸出的電阻越低,輸出的模擬信號(hào)越大。工作電壓為DC 5 V,支持雙路信號(hào)輸出、模擬量輸出及TTL電平輸出。MQ-2型煙霧傳感器接線如圖4所示。

        2.2.4 火焰?zhèn)鞲衅?/p>

        火焰?zhèn)鞲衅髂軌蛱綔y(cè)火焰發(fā)出的短波近紅外線(SW-NIR),通過(guò)電信號(hào)(電壓信號(hào))進(jìn)行輸出,探測(cè)角度為60°。

        遠(yuǎn)紅外火焰探頭將外界紅外光的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化,通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器反映為0~255范圍內(nèi)數(shù)值的變化。外界紅外光越強(qiáng),數(shù)值越小;紅外光越弱,數(shù)值越大。傳感器的輸出接口可與單片機(jī)直接相連?;鹧?zhèn)鞲衅髟砣鐖D5所示。

        2.2.5 HC-SR04超聲波模塊

        采用HC-SR04超聲波模塊實(shí)現(xiàn)小車避障,采用I/O口TRIG觸發(fā)測(cè)距,模塊自動(dòng)發(fā)送8個(gè)40 kHz的方波,檢測(cè)是否有信號(hào)返回;若有信號(hào)返回,通過(guò)I/O口ECHO輸出一個(gè)高電平,高電平持續(xù)的時(shí)間就是超聲波從發(fā)射到返回的時(shí)間。

        式中:L為距離;t為高電平時(shí)間;s為聲速(340 m/s)。

        2.2.6 HC-SR501人體感應(yīng)

        系統(tǒng)采用人體感應(yīng)模塊,使小車能夠避開(kāi)人與寵物。若檢測(cè)到人,則輸出高電平;反之,則輸出低電平。感應(yīng)輸出高電平后,在延時(shí)時(shí)間段內(nèi),如果有人在其感應(yīng)范圍活動(dòng),其輸出將一直保持高電平,直到人離開(kāi)后才延時(shí)將高電平變?yōu)榈碗娖?。HC-SR501部分參數(shù)見(jiàn)表1所列。

        2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

        2.3.1 軟件設(shè)計(jì)總流程

        系統(tǒng)初始化后,控制子程序控制小車自主巡邏,逐個(gè)檢測(cè)是否有火焰、煙霧、甲烷等氣體,以及溫濕度是否超標(biāo)等。若發(fā)現(xiàn)異常則啟動(dòng)GSM模塊,將所采集到的信息經(jīng)過(guò)處理后發(fā)送報(bào)警信息給用戶。用戶可使用手機(jī)操作APP,控制小車行駛到指定位置監(jiān)測(cè)并拍攝所需視頻,以便查看家中實(shí)時(shí)情況。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)總框圖如圖6所示。

        2.3.2 軟件設(shè)計(jì)子系統(tǒng)流程

        小車自主行走時(shí),舵機(jī)和電機(jī)均采用增量式PID進(jìn)行閉環(huán)控制,應(yīng)用程序?yàn)镻WM_Steer_mian();和 Speed_pid();小車自主控制子程序軟件流程如圖7所示。

        用戶自定義查看流程如圖8所示。中斷服務(wù)程序查詢到用戶指令后,初始化打開(kāi)攝像頭,檢測(cè)攝像頭是否采集到圖像,若未采集到圖像,則再次初始化攝像頭,將采集到的圖像編碼后發(fā)送到手機(jī)APP。

        3 結(jié) 語(yǔ)

        本文應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)了融合數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、自動(dòng)控制、無(wú)線通信等先進(jìn)技術(shù)的智能巡邏管家。通過(guò)搭載各類傳感器,使家庭各種安全隱患得以有效監(jiān)測(cè)。未來(lái),隨著圖像識(shí)別技術(shù)的提高,可利用攝像頭進(jìn)行更復(fù)雜情況的識(shí)別。

        參 考 文 獻(xiàn)

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