张晓东 姬红旭 侯露刚 张郑
嘉兴南湖学院 浙江嘉兴
0引言
科学技术的发展和传感器的不断出新有力的推动了智能化领域的发展，提高了我们的生活质量，同时使我们的生活模式也出现变化。目前，我们仍在不断的创新创造新的智能设备满足我们的日常需要。尽管目前市面上有各式各样的智能化设备，但在某些人们需要的方面仍有发展缺失。而本文就是提出一种基于单片机的智能家庭呼救系统，其可以帮我们监测家庭环境信息，针对天然气泄漏等情况及时的通知给指定用户，实现报警和呼救。还可以通过人为操作实现智能呼救。用户仅需要通过遥控器的某一个按钮实现对应信息的发送、报警及呼救。该设计还方便于我们应对某些来不及使用手机呼救的突发性情况。尤其是对老人和小孩更为实用。同时应用该系统可以防患或者避免类似于室内一氧化碳中毒这种情况的发生，给人的生命安全又添加了一道防线。
本设计以STM32单片机作为核心，使用烟雾传感器、一氧化碳浓度传感器以及温湿度传感器来收集环境参数，同时该系统带有GSM模块、遥控模块、液晶显示模块以及蜂鸣器。其工作原理是通过实时监测环境中的参数（温湿度值、可燃气体浓度以及一氧化碳浓度）并同设定值比较，最终判断是否启动报警及呼救。同时该系统还具有主动报警，使用者通过遥控器的不同按键实现不同的报警呼救功能。
1系统总体设计方案
基于STM32单片机的智能家庭呼救系统主要由四部分组成，分别是检测、信号处理、报警以及显示部分。系统总体原理框图如下图1所示。
.png)
该系统上电后自动启动并进入工作模式，默认检测环境中的相关参数，并进行值比较。一旦检测到的值高于设定值，就自动呼救报警。报警时，发送对应的报警信息到接受对象，同时蜂鸣器鸣叫。遥控器也可实现主动报警，通过对应按键，系统发送早已设定好的信息内容发送给对应报警对象，应对于十分恶劣的突发情况。显示模块用于显示测定的各项环境参数，方便用户了解情况。
2系统硬件设计
基于STM32的家庭智能呼救系统硬件结构主要有单片机控制模块、一氧化碳浓度检测模块、温湿度采集模块、可燃气体浓度检测模块、液晶显示模块、蜂鸣器报警模块以及GSM模块。
在明确了该系统的设计需求后，选择STM32F103C8T6最小系统核心板作为主控单元。此核心板从结构上看带有复位电路、电源电路、下载电路以及时钟电路等。而且该板具有多个I/O口，三个ADC控制器。得益于此，我们可以同时使用多个测量式传感器，正好满足本设计的需要。其次，在传感器的选择上我们需要满足精度要求，因此选择了DHT11温湿度传感器、MQ-2烟雾传感器以及MQ-7一氧化碳传感器。因为DHT11应用专门的数字模块采集技术和温湿度传感技术，不需要占用额外的ADC资源，而且精度满足系统火灾报警需求的需要。而MQ-2烟雾传感器成本低，可用于天然气、甲烷等可燃气体浓度的测量。遥控模块采用了市面上比较常见的HX1838红外无线遥控模块，GSM模块使用则是的SIM800C，显示模块是0.96寸4针脚的OLED液晶显示屏?。
3系统软件设计
在系统的软件设计中，可采用模块化设计，将各个传感器模块进行独立编程，最后利用命令进行综合控制的实现。从系统总体上看，上电后先进行各模块的初始化，随后开始采集环境数据，并将采集的数据进行A/D转换，经过STM32单片机的处理后传送数据至液晶屏显示，同时判断是否需要报警并发送短信。当遥控器按下时，软件进入中断，程序跳转至遥控子程序，发送对应的呼救短信，之后自动恢复到原来的工作模式，自动检测并上传环境数据判断是否报警。
4效果验证
连接硬件电路后，首先我们需要完成该设计系统程序的编写，同时为了确保测量结果，我们还需要借助标准仪器得到室内环境的正确参数。该参数用以做对比，来辅助校对设计系统的所测得的数值偏差。经多次调校后，取一个较可的计算公式，使其在一定范围内偏差值都在最大允许误差以内。最后还要验证系统的自动报警呼救功能以及手动报警呼救功能。
5小结
综上所述，本设计是基于STM32单片机的智能家居呼救系统，其需要实现一氧化碳浓度检测、易燃气体浓度检测以及温湿度检测的功能而且能够设定报警信息给指定对象。该设计可以防患家庭火灾以及一氧化碳中毒事故于未然。其次使用者的自主报警呼救功能，在某些突发情况下具有一定的便利性。在整个设计过程中，后期调试是最为艰难，首先要对各模块单独调试，随后又进行综合调试。调试过程要花大把的时间,硬件电路的连接和软件代码还需要我们仔细检查,逐个修改。庆幸的是，本设计最终实现了温湿度的采集、一氧化碳浓度采集和可燃气体浓度采集的功能，同时还兼具发送对应的报警信息至特定用户的手机的能力。使用者还可通过遥控器进行短信报警呼救。整个系统操作简单，可靠性强。
基金项目：嘉兴学院南湖学院大学生研究训练项目（项目编号：NH8517203532）