2023基于PLC的智能家居安防控制系统设计报告4000字.docx

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1、基于P1C的智能家居安防控制系统设计报告目录摘要关键词：安防控制P1CSTM321一、论文总楠述1二、系统般体设计方案2三、系统硬件模块4（）STM32F103主控芯片电路4（二）系统硬件连接电路设计4（三）核心模块工作原理5四、系统软件设计8五、系统测试与实现9六、结论H七、参考文献11摘要随着科学技术飞快发展的趋势，未来家居系统智能化已经成为必然的结局，而在智能家居系统中，安防系统是至关重要的一部分。当人类的独居性成为未来生活的主流时，如何确保智能家居系统中的住宅安全，就成了至关重要的问题。而安防系统的实现与完善正是解决这一问题的关键。因此，需要对智能家居系统中的安防系统进行更深层次的研究

2、，以促进人类文明的发展与进步。本文旨在建立更加完善的智能家居系统,通过掌握家庭安防系统中门磁系统和红外监测系统的工作原理，基于STM32建立了相对完善的模型，并进行了多次实践，印证了该系统在现实生活中的有效性。关键词：安防控制P1CSTM32一、论文总体概述本课题主要通过调研，了解当前家庭安防系统的发展现状及其在楼宇智能化系统中的重要性。基于STM32对智能家居系统中的安防系统进行设计实验，掌握家庭安防系统中门磁系统及红外监测系统的工作原理，能够实现远程报警，布防撤防等功能。通过学习研究，对家庭安防系统未来的发展趋势做出合理预测。本文的内容结构安排如下：第一章为论文总体概述。第二章为系统的总体

3、设计方案，主要介绍智能家居系统中安防系统设计与实现的总体结构框架、系统设计的目标及原则、各个模块的主要功能如何实现以及对系统主要模块的选择进行介绍。第三章为系统硬件模块的分析与介绍，本章主要对红外传感器及门磁系统的工作原理进行分析、对其他外设模块的工作原理进行简要分析。第四章为软件设计，首先介绍软件的开发工具，其次介绍了系统中各部分程序的实现过程及实现思路。第五章为系统调试及实现过程与经验总结。分析各个模块的触发方式，展示最终的实验效果。最后对本文的各个部分进行总结，归纳自己在本课题中的收获，并对未来该课题的发展进行合理的预测与展望。二、系统总体设计方案本课题基于STM32嵌入式系统对智能家居

4、系统中的安防系统进行设计，实现远程数据传输与信息监控。本系统，利用门磁系统传感器、人体红外传感器监测家居的安全性，当监测信号触发时，系统会将信号上传至主要控制芯片进行数据处理，并在1CD屏上显示处理过程及处理结果，同时蜂鸣器与1ED灯发出报警信号，GSM无线通信模块向用户手机发送相应位置触发的报警短信。基于以上对本系统的要求，整体需求分析如下图2-1所示:图2-1系统整体需求分析图为了满足本文所论述的系统的需求，系统的总体设计如下图2-2所示：在本系统的设计与实现中，整个系统可以大致分为两个主要部分：安防信号监测模块、实时报警模块。图2-2系统总体设计图安防信号监测模块主要通过红外传感器模块及

5、门磁触发模块对是否有外来人员入侵进行监测。若检测到有外来人员闯入室内，对应的传感器就会将监测到的模拟信号以模拟值传送至模数转换模块（ADC）中进行模数转换，转换为数字信号后，以数字信号中的来规定输出电平的高低，在本课题中“0”为低电平,“1”为高电平。最后电平信号再传入相应的IO口进行其他动作指令。实时报警模块主要是通过蜂鸣器和1ED灯组成的声光报警系统和由GSM无线通信及手机端组成的无线报警系统两部分构成。蜂鸣器和1ED组成的声光报警系统是在系统监测到有外来人员闯入室内时在室内进行的报警，对入侵人员有一定的震慑作用。无线报警系统则是当用户不在家中时，对家庭中的信息进行远程掌控，相应的报警系统

6、触发会有不同的短信提示，以达到对家庭信息实时掌握并及时地对突发状况作出相应处理的目的。三、系统硬件模块（-）STM32F103主控芯片电路STM32F103ZET6芯片带有很多内部电路，包括复位电路、ADC转换电路、内部供电电路等,既节省了对各个模块之间电路繁琐的设计,又减少了开发成本。最重要的是高度集成的电路提高了系统的稳定性,对系统的开发与实现具有很大的促进作用。复位电路可以避免反复上电等操作对控制器造成的不良影响，通过按下复位键，可以使电容进行完全地初始化，恢复默认设置。系统可以通电电源线进行供电，也可以通过USB线通过内部电路进行转换，获得5V的供电电压，再经过稳压芯片将5V供电电压转

7、化为3.3V供电电压，供系统正常工作使用。在对系统进行设计时，应当适当把握系统电源的供电范围。对于部分外设的供电，应当注意其供电范围，以保证其正常工作运行。（二）系统硬件连接电路设计在对硬件电路进行连接设计之前，应当充分了解各部分模块的工作原理以及要实现的功能，充分把握系统各部分之间的关系。同时，协调好系统各部分的资源调配，以避免IO冲突等造成系统运行错误的问题。()核心模块工作原理红外传感器作为本系统的两个环境信号监测传感器之一，对本系统的正常运行有着重要意义。本实验采用的是智能数字热释电红外传感器，热释电探测器是热释电传感器的核心元件，它相当于在热释电晶体两侧涂上金属电极后，以热释电晶体为

8、介质的平板电容器。在受到不稳定的红外光照射时，由此产生的温度变化导致其表面电极的电荷密度变化，从而释放热释电电流。前置放大器则是由一个具有高内阻的场效应管源跟随器组成，通过变换阻抗将热释电探测器的微弱电流信号转换成电压信号的有效输出。热释电探测器的结构模型如下图3-1所示。图3-1热释电探测器的结构模型热释电探测器的信号转换可以分为如下几个阶段：热转换阶段、热电转换阶段和电转换阶段。当有人体经过红外探测区域时，红外线经过红外滤光片后到达热释电探测元上，随后被元件表面吸收温度产生变化，当变化到达一定程度后,热释电元件的表面产生电荷的密度变化，最终转换为电压信号。红外传感器模块的实物连接图如下图3

9、-2所示：图3-2红外传感器模块实物连接图在本设计中的红外传感器具有三个端口,分别是GND、VCC及RE1。GND与VCC根据系统的工作电压条件，将其接通在板载的3.3V电源上，将RE1与相应的I/O口连接,就能够实现本设计中要求的功能。当人经过红外探测装置时，通过RE1向I/O口输出一个时长2.6秒的高电平。门磁系统模块在整个设计中的工作原理与红外系统类似，都是将模拟信号转换为数字信号，最终实现对系统的控制。使系统对其触发做出相应的响应。门磁系统模块的实物连接如图3-3所示：图3-3门磁系统模块的实物连接图该门磁系统监测模块由两条杜邦线接入系统，一端接GND,一端接上拉电阻的信号输入引脚。当

10、门磁分开超过10-18mm时,门磁所代表的开八司状态为开，有触点信号发出，当导线两端正常连接时，信号输出端可以输出相应的触发信号将信号输入引脚的输入信号置0,以达到将门磁触发的模拟信号转换为数字信号传入芯片中的目的。ATK-4.3TFT1CD电容触摸屏模块可以通过2*17的排针(2.54mm的间距)同外部连接，模块可以与A1ientek的stm32开发板直接对接ATK-43TFT1CD电容触摸屏模块通过34(2*17)个引脚同外部连接，对外接口原理图如图3-4所示。1CD控制器总共需要21个IO口，背光控制需要1个IO口，电容触摸屏需要4个IO口，这样整个模块需要26个IO口驱动。需要特别注意

11、的是，模块需要双电源供电：5V和3.3V。这两种电源都必须接上，才可以正常工作，5V电源用于背光供电，3.3V用于除背光外的其他电源部分供电。ATK-4.3TFT1CD电容触摸屏的引脚说明如下表3-2所示，同在在表中也可以看出MCU对1CD控制需要21个IO口,因此在使用时,需要合理分配IO口，避免重复占用。1CDCS1-Tcs.WrDRSRDD21CDRS1CDWR341CDRD1CDRST57wDQT61CDDO1CDD177Ko1一D1MdU81CDD21CDD39Oo1UoZro1101CDD41CDD5117UdjJDC1D+DB6OQ121CDD61CDD713Uo?141CDD8

12、1CDD91571fDIFDUooDB1OI)161CDDIO1CDD1117181CDD121CDD1319UtJi1JF1D12di20I(DD141CDD1521HUdIJ一rniAJo14GNDVDD3.3GNDB1JVDDMOSI22GNDB1CTR2371JD1?JOT24VCC3.3VCC3.325H1.r1126GNDGND271VUU3.328VCC5RTMISO29301MOS1TPEN31IIVIIokJJDrZ32RTBUSYTCS3371_rc1NTaIv1MTV34TC1K711bC1KTFT_1CD2图3-4ATK-4.3,TFT1CD模块对外接口原理图四、系统软

13、件设计安防系统的布防监测包含两个信号：红外传感器模块监测是否有人员入侵,如果监测到人员入侵，则向MCU发出电平信号；门磁系统监测模块监测是否有非法闯入，如果监测到有人闯入（门磁分离超过18cm）,则向MCU发出电平信号；当MCU接收到电平信号后，会给GSM模块发送AT指令使之发送报警短信并通过声光报警发出警报。此部分的设计如原理图4-1所示：A系统开始执行图4-1设计原理图五、系统测试与实现在完成了硬件设计与软件设计后，即将进行对系统的整体功能测试，系统的整体外观如下图5-1所示。图5-1系统实物连接图当门磁系统触发时，即当门磁分开超过18mm的时候，信号触发，界面显示正在发送报警短信“门磁系

14、统触发，报警启动”，手机收到“门磁系统触发，报警启动”的短信，如图5-2中所示。整个过程可以正常进行，则测试完成。当未发送成功时，则会显示发送失败。在系统构建中要注意对标志位的清零及缓存的释放，不然会发生无法多次发送短信的情况。n1tx.K1Bifi图5-2门磁系统测试效果图经测试，在本系统多次布防撤防后，仍能正确进行短信的收发。六、结论通过设计与实现，本论文完成了一个成本较低、稳定性较好、可操作性较高的智能家居系统中的安防系统。可通过红外传感器及门磁系统进行信号监控，一旦有入侵者进入，就会触发报警信号并向用户手机发送报警短信。实现了快捷的家庭安防与报警系统。此外,本次论文研究,即了解了智能家居系统的发展历史，也认识到其在国内外的现状。就如今的智能家居行业中的安防系统而言，追求品质与提高性价比应当同步进行，品质不高消费者不会愿意买单，而性价比过低也会导致其被市场淘汰。因此，对于安防的发展来说，既要制定严格的行业标准,也需要国家的扶持与投资，同时企业对安防系统的开发与推进也是重要的一环。只有市场大环境发生变化，安防系统的性能与可靠性才能够得到长足的发展。七、参考文献1李耿峰,庞勇军,张宇.住宅小区智能化系统设计J.科技视界,2019(25):24-27.荀艳丽,焦库,张秦菲.基于物联网技术的智能家居系统安全加固策略J1工业仪表与自动化装置,2019(05):76-78.3Ji