沈陽(yáng)理工大學(xué)自動(dòng)化與電氣工程學(xué)院 劉 軍 劉 樺 賈志遠(yuǎn) 曹 汐 杜松諭

隨著安防監(jiān)視以及智能家居技術(shù)的快速發(fā)展，基于人體紅外及震動(dòng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的安全防盜技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。本文以STM32為主，通過(guò)紅外和震動(dòng)傳感器以及匯聚節(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、傳輸。STM32處理完成信息后通過(guò)串口連接wifi模塊將信息傳遞給用戶。（其中wifi模塊和手機(jī)端必須連接在同一wifi上）

目前大多數(shù)安全防盜系統(tǒng)主要提供目標(biāo)入侵事件的簡(jiǎn)單報(bào)警功能，不能夠確定入侵目標(biāo)的準(zhǔn)確位置，導(dǎo)致無(wú)法快速有效地捕獲入侵目標(biāo)。隨著傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，傳感器入侵檢測(cè)功能廣泛運(yùn)用。由傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)匯聚節(jié)點(diǎn)接收，并利用STM32組成一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，極大的排除了系統(tǒng)被入侵的可能，單片機(jī)通過(guò)串口連接wifi模塊，wifi模塊和手機(jī)連接同一個(gè)wifi實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通。用戶可以通過(guò)手機(jī)端的軟件隨時(shí)了解安全情況。

1 硬件部分

系統(tǒng)硬件主要由stm32F103ZET6芯片，ATK-ESP8266串口轉(zhuǎn)WIFI模塊，人體感應(yīng)模塊，SW420振動(dòng)傳感器滾珠開(kāi)關(guān)，供電模塊組成。

芯片選用stm32F103ZET6，最高72MHz工作頻率，內(nèi)嵌經(jīng)出廠調(diào)教的8MHz的RC振蕩器，串行單線調(diào)試（SWD）和JTAG接口，擁有144引腳，512KFLASH，64K SARM，具有容量大，芯片內(nèi)嵌資源豐富（5個(gè)串口，8個(gè)定時(shí)器，3個(gè)ADC，共16通道，2個(gè)DAC，CAN，SDIO，F(xiàn)SMC，I2C，I2S，SPI，USB Slave等），112個(gè)IO口，低功耗，高性能，低成本等特點(diǎn)。

HC-SR501人體感應(yīng)模塊（如圖1所示）工作電壓范圍4.5-20V，高電平輸出3.3V，低電平輸出0V，延遲時(shí)間0.5-200s可調(diào)，封鎖時(shí)間默認(rèn)2.5s，感應(yīng)角度<100°錐角，本模塊具有光敏控制功能，可設(shè)置為強(qiáng)光時(shí)不工作，溫度補(bǔ)償功能在環(huán)境處于30-32℃時(shí)探測(cè)范圍稍微變短，可有效提升在高溫環(huán)境下的識(shí)別精度，靜態(tài)電流50μA具有低功耗的特點(diǎn)。

圖1 HC-SR501人體感應(yīng)模塊

圖2 ESP8266WIFI模塊

圖3 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

模塊工作原理：是一種基于熱電效應(yīng)的熱釋電傳感器，它能在探測(cè)范圍內(nèi)檢測(cè)到由人或動(dòng)物進(jìn)入而產(chǎn)生的紅外輻射變化，傳感器檢測(cè)到波長(zhǎng)為10μm左右的紅外線使熱釋電元件產(chǎn)生突變的電信號(hào)，模塊將持續(xù)輸出高電平直到人離開(kāi)后恢復(fù)低電平，在一次感應(yīng)輸出后能夠設(shè)置一個(gè)封鎖時(shí)間段，在此時(shí)間段感應(yīng)器不接受任何信號(hào)可有效抑制負(fù)載切換時(shí)的各種干擾。ESP8266WIFI模塊采用串口（LVTTL）與MCU（或其他串口設(shè)備）通信，內(nèi)置TCP/協(xié)議棧，支持802.11b，802.11g，802.11n網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)線傳輸速率802.11b最高可達(dá)11Mbps，802.11g最高可達(dá)54Mbps，802.11n最高可達(dá)HT20，MCS7，頻率范圍2.412GHz-2.484GHz，發(fā)射功率11-18dbm，可以滿足室內(nèi)高速組網(wǎng)需求，迅速在單片機(jī)與手機(jī)終端上傳輸數(shù)據(jù)。

SW420振動(dòng)傳感器（如圖2所示）滾珠開(kāi)關(guān)屬于單滾軸型感應(yīng)觸發(fā)開(kāi)關(guān)，可感應(yīng)來(lái)自不同方向的震動(dòng)傾斜，當(dāng)無(wú)振動(dòng)或傾斜時(shí)，傳感器為閉路狀態(tài)，當(dāng)有震動(dòng)或傾斜時(shí)導(dǎo)電電阻增大或降低，產(chǎn)生電流脈沖信號(hào)從而觸發(fā)電路。

本系統(tǒng)由傳感器網(wǎng)絡(luò)和終端軟件兩部分組成（如圖3所示），傳感器網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)集成震動(dòng)傳感器，紅外傳感器，WIFI傳輸模塊的單片機(jī)組成，將其布置在房間的門口，窗戶等入口處檢測(cè)是否有人侵入，若有人侵入傳感器將把物理信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)引起電平改變，經(jīng)由單片機(jī)處理信號(hào)后，通過(guò)WIFI模塊將信號(hào)發(fā)送到手機(jī)終端，在手機(jī)APP上進(jìn)行警示，提示有人侵入，在一次提示過(guò)后紅外模塊將進(jìn)入2.5s的封鎖時(shí)間，此時(shí)警報(bào)暫停，封鎖時(shí)間過(guò)后若紅外傳感器再次檢測(cè)到紅外信號(hào)則再次重復(fù)以上流程，在其過(guò)程期間手機(jī)端可以手動(dòng)中斷報(bào)警解決誤判問(wèn)題。

人體紅外傳感器安裝在室內(nèi)將其安裝在房間的對(duì)角線處（如圖4所示），可利用兩個(gè)傳感器便可對(duì)整個(gè)房間進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而在窗口處時(shí)在窗臺(tái)處安裝振動(dòng)傳感器，在其對(duì)角線處安裝紅外傳感器交叉監(jiān)測(cè)避開(kāi)死角（如圖5所示）。

2 手機(jī)端app設(shè)計(jì)

基于用戶的手機(jī)系統(tǒng)大多采用andriod，所以手機(jī)app在andriod環(huán)境下進(jìn)行使用，則需要用java來(lái)進(jìn)行軟件的編寫。首先是對(duì)java編寫環(huán)境的創(chuàng)建，下載安裝jdk軟件并設(shè)置電腦的環(huán)境變量，之后才能進(jìn)行代碼的編寫。之后是針對(duì)Andriod軟件的開(kāi)發(fā)的開(kāi)發(fā)工具的準(zhǔn)備。在官網(wǎng)下載SDK，下載并安裝eclipse java集成開(kāi)發(fā)環(huán)境包，開(kāi)發(fā)環(huán)境就創(chuàng)建完成了。接下來(lái)就是軟件的開(kāi)發(fā)，編寫代碼并寫出軟件終端的程序結(jié)構(gòu)圖，之后對(duì)要開(kāi)發(fā)app的界面進(jìn)行設(shè)計(jì)，這里選擇用java代碼來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖4 人體紅外傳感器室內(nèi)的安裝示意圖

圖5 人體紅外傳感器和振動(dòng)傳感器窗口的安裝示意圖

3 單片機(jī)與手機(jī)端連接

3.1 單片機(jī)直接與手機(jī)連接

單片機(jī)可以通過(guò)首先將單片機(jī)通過(guò)UART接口與wifi模塊連接起來(lái)，單片機(jī)通過(guò)AT指令設(shè)置wifi模塊為Ap Mode。之后手機(jī)端直接搜索wifi信號(hào)來(lái)連接。當(dāng)wifi模塊被設(shè)置為AP Mode后可將其視為一個(gè)熱點(diǎn)，可以被手機(jī)直接通過(guò)wifi連接起來(lái)。當(dāng)連接完成后，可以通過(guò)手機(jī)app與單片機(jī)進(jìn)行通訊。直接與手機(jī)端通訊，還需要自行設(shè)置通訊協(xié)議。

3.2 單片機(jī)通過(guò)局域網(wǎng)與手機(jī)連接

如圖6所示，單片機(jī)首先設(shè)置好wifi模塊，先由單片機(jī)將wifi模塊設(shè)置為Stattion Mode，并且把所連接的wifi的SSID和密碼都給wifi模塊，在設(shè)置完成后就可以通過(guò)連接系統(tǒng)所在范圍的路由器，手機(jī)也連接這個(gè)路由器，通過(guò)局域網(wǎng)來(lái)進(jìn)行單片機(jī)與手機(jī)的通訊，此時(shí)WiFi模塊和手機(jī)均在同意局域網(wǎng)中，兩個(gè)設(shè)備此時(shí)就像同一局域網(wǎng)下的兩臺(tái)電腦可以進(jìn)行通訊，并且不需要自己設(shè)置通訊協(xié)議，而是使用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行通訊。

圖6 使用局域網(wǎng)連接示意圖

結(jié)語(yǔ)：本文通過(guò)構(gòu)建一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行對(duì)入侵信號(hào)的采集、處理、傳輸，主要是通過(guò)STM32強(qiáng)大的處理能力，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理分析，而傳遞給用戶則通過(guò)wifi網(wǎng)絡(luò)，用戶還可以給出指令去獲取實(shí)時(shí)的監(jiān)控信息。