STM32在智能家居安全报警系统中的应用

郭弘扬

（南京信息工程大学，江苏 南京 210044）

1 研究背景

随着信息技术和网络技术的发展，人们的生活水平得到提高，智能居住环境已经成为人们居住环境一种趋势，而家居系统是信息时代背景下，社会发展的必然产物。随着物联网的不断发展，智能家居又产生了一次新的变革，结合物联网技术和信息技术，智能家居为人们的居住环境提供了更多的便利。随着互联网信息技术、物联网技术等的发展，我国进入智能化社会已经成为必然趋势，智能家居就是智能社会发展的一大体现。智能家居即具有智能化功能的家居用品，结合了物联网、移动通信等技术，将家具用品等利用技术平台关联起来，实现智能控制。虽然智能家居系统已经成为人们关注的焦点，但它仍需要不断改进和完善，以积极推动其发展，更好地服务于人们的日常生活［1］。智能家居系统正逐步向智能化方向发展，集成语音功能、指纹、人脸识别和红外功能，已成为一个全面的安全系统，并与不同品牌的家电互联［2］。目前，不同制造商和产品的智能家居系统及其设备之间存在的不匹配、不兼容等问题亟待解决。一个完善的智能家居系统的设计不仅要实时、准确地采集家居环境参数，还要根据采集到的环境参数对数据进行融合，设定合适的参数调整当前的环境。在设计过程中，各部分所用硬件的选择和结构设计非常重要，因为它不仅影响系统检测结果的准确性，还会影响控制指令的输出和执行效果。

2 STM32的应用原理

STM32单片机主要是通过GPIO口输入模式启动功能。根据需要可以调整输入的频率，当前常用的调整频率主要有2 MHz，10 MHz和50 MHz。同时，单片机的主板上还有一个复位键，可以实现频率的复位，被称为复位键RST。这一功能需要通过SWD 5个针脚外接ST-LINK/V2来实现。STM32的应用原理如图1所示。

图1 STM32的应用原理

3 智能家居系统结构

智能家居的概念最早出现在美国。智能家居以住宅为平台，集建筑设备、网络通信、信息家电和设备自动化系统于一体，旨在建立一个集系统、结构、服务、管理于一体的高效、舒适、安全、便捷、环保的生活环境［3］。智能家居利用先进的计算机技术、网络通信技术和综合布线技术，将与家居生活相关的各个子系统有机地结合起来，通过全面管理，优化人们的生活方式，帮助人们有效地安排时间，提高家居生活的安全性和舒适性，节约各种能源成本。目前，设计师可以通过互联网加强系统的改进和建设。从系统结构来看，智能家居系统可分为传感器、执行器、控制中心、通信网络和人机界面，具体如图2所示。

图2 智能家居系统结构

3.1 传感器

传感器的主要功能是收集当下环境的信息参数，如人体信息、水、燃气、温度、湿度、亮光等，并将信息参数发送给控制中枢。控制中枢再进行智能分辨，通过传达指令来完成任务。

3.2 执行器

执行器通过控制中枢发出的相关信息指令。传感器将信息发送给控制中枢，控制中枢通过控制指令发出信息，并且完成相关动作。如智能家居的门锁、家电、窗帘控制器等都是通过执行器来完成。

3.3 控制中枢

控制中枢是智能家居的核心系统，它与传感器连接起来，能实现传输和指令控制的功能，根据传感器发送的信息满足用户的需求和设定，再由执行器完成控制中枢发出的指令。

4 智能家居系统功能

智能家居功能体现在对室内温湿度的控制。温湿度是智能家居的实现保障，因为实现对温湿度的控制是保障智能家居进入使用状态和操作状态的重要标志。

4.1 设置功能

设置功能主要满足用户的设置需求，在初始状态下用户可以修改和更换相关的名称或者位置等，这些是个性化的设置，用户可以根据自己的需求进行设置。

4.2 打开功能

用户可以控制灯的一些参数，例如远程自动开关、亮度调节。远程用户通过移动终端可以把灯打开，提前预设亮灯时间和亮度。

4.3 切换功能

通过控制相关的按钮可以实现切换功能，满足用户的使用需求，比如在室内，用户可以通过切换功能设定灯的关闭时间，这样就能实现自动关闭灯的任务，还可以切换白天和夜间的照明模式。

4.4 调光功能

调光功能主要是设置亮度，在不同的状态下，用户可以根据自身需求设定相关参数，亮度可以从0到100字自行调节，当达到100时就会关闭，并且0时是打开状态。

5 STM32在智能家居报警系统的应用原则

本设计的主要宗旨就是为市场提供性价比较高的智能家电。电路预警系统主要从安全角度出发，通过智能系统设计，提高预警系统的有效性和科学性，同时，在成本上进行特殊的材料和系统设计处理，降低成本，以提高系统的实用性和性价比，设计出一款物美价廉的预警系统。从整个运行系统中可以看出，本系统是基于实用性、性价比、安全可靠性、可拓展性等几个原则实施的。

5.1 系统实用性

系统实用性主要以智能家居监测、智能家居控制和相关数据设计3大模块为主，然后在设置方面通过对灯光、窗帘、温湿度、可燃气体密度感应等的设计，加强参数设置的精确度和可操作性，智能家居的控制主要是对灯光进行控制，或对窗帘的拉开和收起进行控制。智能家居监测主要是对温湿度的变化进行监测，通过控制温室度实现家居的智能化。可燃气体主要是通过智能家居实现对可燃气体的监控，实现安全使用的目标。

5.2 性价比原则

当前市场的智能家居产品质量参差不齐，出现了较多的伪劣产品，并且低质量产品正在大量涌入市场［4］。智能家居产品的门槛相对较高，因为它不仅要实现智能化，还要保障用户的信息安全。智能家居不仅要满足用户的需求，也应该在产品技术上实现安全保障。所以从产品的廉价性来看，该单片机在智能家居报警系统中的应用，不仅满足了用户安全性能的需求，而且还提高了智能家居产品的质量。

5.3 安全可靠性原则

安全可靠性主要是指智能家居电路系统都需要具有安全性和可靠性。安全性是指智能家居控制系统中要具有一定的可控和准确性，为居民提供较安全的、不会发出错误报警的预警系统。而可靠性主要是指整个系统的预警准确性和精确性，保证不能出现错误或错乱等现象，能够准确地反映环境数据。

5.4 可拓展性原则

可拓展性主要是指预警系统在整个连接过程中，可以随时根据用户需求和系统需求进行功能添加，拓展系统的功能，提高系统的使用性，同时，还可以通过使用过程中的皆可设计方式随意搭配各个家用产品。

6 STM32在智能家居报警系统中的功能和应用

6.1 STM32在智能家居报警系统的中的功能

灯是智能家居中重要且常用的家具用品，所以对灯光的控制是实现智能家居的基础［5］，通过对灯光开关、颜色、调光等的模块设计，借鉴传感器节点与灯光的开关连接，就能实现家居的智能化，借助物联网平台将命令传输到服务器中就可以实施。

6.1.1 设置功能

用户在初始状态下可以设置灯的名字，还可以修改所属灯的名称和位置。

6.1.2 远程/自动开灯功能

用户可以控制某些或一盏灯，例如当远程用户可以通过移动终端打开灯；用户可提前自动设置光圈，例如当房主回家需要开灯时，可以自动设置。

6.1.3 远程/自动关灯功能

用户可以控制某些或一个指示灯，例如当远程用户可以通过移动终端关闭灯；用户可以自动关闭提前设置时间的灯，如在用户夜间睡眠时，自动关闭用户家里所有的灯。

6.1.4 亮度调整功能

用户随时可以控制光的亮度，在照明状态下，参数设定范围是0~100，其中0是打开状态，100则是关闭状态。

6.1.5 状态报告功能

当用户的智能网关连接到灯时，灯被点亮，在打开状态下，用户端会报告，从闭合状态到开放状态，智能网关都能关联到用户家中当前照明的灯，实时报告其当前的状态，状态数值范围为0~100。

6.2 STM32在智能家居报警系统中的具体应用

6.2.1 红外设备控制系统

红外设备控制系统由红外应答器组成。红外应答器主要学习红外遥控器的红外编码，通过网关的数据转换，移动应用可以进行本地和远程控制红外设备的切换(例如空调、电视、DVD等）［6］。智能安防系统由家庭报警器、各种传感器和传输电缆组成。各种传感器都部署在家庭的重要位置和区域。全方位的传感器可以取代家庭中传统的加固防盗网。智能家居网关将安防系统中的各种传感器(如烟雾检测、移动检测、玻璃破损检测、窗帘检测、门磁等）与门禁、可视对讲、监控记录等系统连接起来，可通过智能家居触摸屏随时监控和操作，并可实现远程控制。集中所有安全系统可以减少家庭环境中墙上的各种显示设备，只需使用触摸屏控制所有安全系统，操作就变得非常简单。

6.2.2 视频监控

对物联网智能家居系统使用案例进行的分析表明，Web Service是由服务器提供的服务。首次登录的用户需要通过注册REGIST，并修改初始设置，设置个人信息。用户通过第一次设置的传感器节点，套入窗帘、光、可燃气体等位置信息和参数信息，设定该节点的合适温度和湿度。对于每一个主节点的名称、位置、状态和其他设置都可以随时更新。在使用期间，用户可以通过系统控制光幕窗帘和家中灯具，随时了解家庭可燃气体的温度和湿度参数［7］。

6.2.3 指纹锁

指纹锁集合了计算机技术和电子技术的优势，提高了用户的居住安全性。指纹解锁具有方便、快速、精确等特点。随着科学技术的普及，智能家居必将获得越来越好的发展，越来越多的人开始选择指纹锁。

6.2.4 远程控制

通过对智能家居家用电器的控制模型的分析，利用系统进行模拟，用户随时可以重新设置家用电器的开关，更利于促进家用电器开关的智能化。

7 用户登录验证

从以上系统设计可以看出，智能家居的关键部分在于控制命令，在控制系统当中应该加入家庭IP等地址，以便于进入物联网系统，加强用户登录的安全性，保障用户智能家居得到相应控制和家居安全。

8 结语

智能家居不仅应用了无线遥控，也实现了远程控制，用户可以在任意地点控制家里电器的开关。每天临下班时，用户只要通过手机发送命令，家里的电饭煲就可以自动煮饭，洗衣机就可以开始洗衣服，空调也能自动提前打开，调节到人体舒适的温度。当用户回到家里，随着门锁被开启，家中的安防系统会自动解除室内警戒状态，廊灯缓缓点亮，空调、新风系统自动启动，让房主回到家时能从家务中解脱，消除工作疲劳，身心得到放松。综上所述，基于对智能化家居的了解，笔者以TM32为主控芯片，利用手机控制的智能化系统实现家居智能化，通过“手机＋WiFi”的控制模式，为用户搭建一键控制的平台，提高对家居的日常监控力度。同时，用户通过App和控制板的WiFi模块互联，可随时在手机查看环境监测数据。