1、12|电子制作 2023 年 3 月电子技术0 引言 随着人们的安全隐患意识的不断提高，人们开始在家庭或单位等生活场景加装各种传感器（如烟雾传感器、温度传感器、可燃气体传感器）预防火灾的发生，PC 端视频监控设备及智能门禁系统也得到广泛应用。微处理器的优良特性和嵌入式技术的发展，各种安防报警设备也得到普及。这些安防手段和措施起到一定的效果，但还是无法满足人们的要求。本文在传统安防系统基础上嵌入视觉检测技术，设计了一种智能家庭安防系统。实现前端监测节点、云平台、用户端之间的双向通信，保障异常信号传输的准确性与实时性，进而构建“监测端+云传输+智能端”三维一体的安防模式。1 系统方案设计基于视觉物
2、联网的智能安防系统由前端监测节点（从机设备）、网关设备、物联网云平台三部分构成。前端监测节点设备主要由温度传感器、烟雾传感器、可燃气体传感器、非法入侵监测模块、视觉异常事件监测模块构成，网关设备将前端节点采集的信号上传到物联网云平台，能够实现多区域监测多传感器融合的实时火灾险情精准识别功能。物联网云平台可以实时接收网关传来的数据，同时可通过 PC 端或手机端向用户展示先关信息。总体系统设计方案如图1所示。2 硬件电路设计 2.1 主控最小系统板电路主控最小系统板由 STM32F103C8T6 芯片、复位电路、DC5V 转 DC3.3V 电路、无源 32.768 kHz 电路、有源 8MHz电路
3、、启动模式控制电路、程序下载 SWD 接口电路及部分接口构成。主控最小系统板电路原理图设计如图 2 所示。2.2 LoRa SX1278 无线模块连接电路硬件系统有一套硬件设备作为前端监测节点网关，负责发送网关询问指令接和接收从机设备回传的传感器数据，另几套作为从机设备负责回传传感器采集的数据，即构成一主多从的星型网络拓扑结构。而设备间的无线通信工作则采用 LoRa 无线模块完成，LoRa 无线模块内置 SX1278 芯片，使用 SPI 通信协议来驱动 LoRa SX1278 无线模块。LoRa 无线模块的 MISO、MOSI、SCK、NSS、RESET 引脚分别连基于视觉物联网的智能家居安防
4、硬件系统设计高贝贝，崔金龙，郭宝军，白锌，康宪芝（沧州交通学院，河北黄骅，061199）基金项目：沧州市科技计划项目（192108002，192204003，204107009）；北京交通大学海滨学院教研资助项目（编号：HBJY19014）；沧州市社会科学发展研究课题（2022268）；沧州交通学院大学生创新创业训练计划资助项目（S202214202016）。摘要：针对准确性、实时性和交互性等方面存在的问题，本文以传统智能家居安防系统为基础，嵌入视觉检测技术完成了系统平台设计。通过模块化方式对控制电路系统进行了设计与搭建。经联网调试，该系统能够实现前端监测节点信息采集及云数据实时传输等功能，满
5、足了使用者的智能化家居环境安防要求。关键词：视觉物联网；智能家居；安防系统；硬件系统图 1 系统设计框图网关设备MCULora模块WIFI模块OLED显示屏温度传感器可燃气体传感器烟雾传传感器非法入侵监测模块视觉异常事件监测模块蜂鸣器报警器物联网云平台手机端PC机端从机1MCULora模块OLED显示屏温度传感器可燃气体传感器烟雾传传感器非法入侵监测模块视觉异常事件监测模块蜂鸣器报警器从机nMCULora模块OLED显示屏温度传感器可燃气体传感器烟雾传传感器非法入侵监测模块视觉异常事件监测模块蜂鸣器报警器DOI:10.16589/11-3571/|13电子技术接到 STM32 的 PB14、P
6、B15、PB13、PA8、PB12 引脚上，系统为 LoRa 无线模块提供 DC 3.3V 供电。LoRa SX1278 无线模块电路连接图如图 3 所示。GND1MISO2MOSI3SCK4NSS5RESET6DIO57GND8ANT9GND10DIO311DIO4123.3V13DIO014DIO115DIO216M5SX1278DVDD3V3GNDGNDPB12_RESETPA8_CSPB13_SCKPB15_MOSIPB14_MISOC8100nFGND 图 3 LoRa SX1278 无线模块电路连接原理图 2.3 WiFi 模块连接电路设计 硬件系统使用的是 ESP8266 WiF
7、i 模块第二功能即“Wi-Fi 连接功能”，通过 UART 串口与 STM32F103C8T6的串行通信接口 2 相连。ESP8266 WiFi 的 TXD0 引脚连接到 STM32 的 PA3-RXD 引脚，ESP8266 WiFi 的 RXD0 引脚连接到 STM32 的 PA2-TXD 引脚。ESP8266 WiFi 的 GPIO0与接 GND 端的按键相连，当按键 key2 按下时即 ESP8266 WiFi 的 GPIO0 引脚接通低电平，可用以烧录 AT 固件使用。WiFi 模块电路电路连接图如图 4 所示。RST1ADC2EN3GPIO164GPIO145GPIO126GPIO1
8、37VCC8CS09MISO10GPIO911GPIO1012MOSI13SCLK14GND15GPIO1516GPIO217GPIO018GPIO419GPIO520RXD021TXD022M1ESP-12E&F ModulePA3_UART2_RXDPA2_UART2_TXDDVDD3V312K1key2GNDR21KR31K图 4 WiFi 模块电路连接原理图 2.4 非法入侵事件硬件电路设计（1）接收器灵-R1 驱动电路非法入侵事件监测接收器灵-R1 驱动电路如图 5 所示。K/O 引脚为接对码按键，单击进行对码模式，“灵-T3A”按任意键可对码。D0D3 引脚为 4 路开关量输出，分
9、别连BOOT044NRST7PD0-OSC_IN5PD16PA0-WKUP10PA111PA212PA313PA414PA515PA616PA717PA829PA930PA1031PA1132PA1233PA1334PA1437PA1538PB018PB119PB220PB339PB440PB541PB642PB743PB845PB946PB1021PB1122PB1225PB1326PB1427PB1528PC13-TAMPER-RTC2PC14-OSC32_IN3PC15-OSC32_OUT4U1ASTM32F101C8T6VBAT1VDD_124VDD_236VDD_348VDDA9VS
10、S_123VSS_235VSS_347VSSA8U1BSTM32F101C8T6VBATPC13PC14PC15PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PA8PA9PA10PA11PA12SWIOSWCLKPA15123456789101112H4header12-1.27123456789101112H1header12-1.27123456789101112H3header12-1.27123456789101112H2header12-1.27VBATPC13PC14PC15PA0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PB0PB1PB10PB11PB12PB13PB14PB1
11、5PA8PA9PA10PA11PA12PA15PB3PB4PB5PB6PB7PB8PB9NRSTBOOT0OSCINGNDVCC3V3PB0PB1BOOT1PB3PB4PB5PB6PB7PB8PB9PB10PB11PB12PB13PB14PB15GNDVCC3V3VCC3V3GNDGNDVCC3V31234NOSW1VIN1VSS2CE3NC4VOUT5M1ME6211 3.3GNDC1104C2105GNDC11104C10105C9223R51KVCC3V3R210KC3104GND12K1key2VCC3V3GNDR120KR420KR31KBOOT1BOOT01234P1Header
12、4VCC3V3GNDC8104SWIOSWCLKX132.768kHzGNDC520pFC620pFPC14PC15NRSTVCC5VGNDVCC3V3VCC5VLED?红色E/D1GND2OUT3VCC4*M8M_OSCOSCINGNDVCC3V3STM32F103C8T6芯片DC5V转DC3.3V电路SWD接口电路启动模式控制电路复位电路无源32.768KHz电路有源8MHz电路图 2 最小系统板电路原理图14|电子制作 2023 年 3 月电子技术接到 STM32 的 PB5PB8 引脚。K/O1D32D23D14D0/TX5VCC6GND7M3Ling_R1DVDD3V3GNDC70.
13、1uF12K2key2GNDD3D2D1D0 图 5 接收器灵-R1 连接电路原理图（2）发射器灵-T3A 驱动电路非法入侵事件监测发送器灵-T3A 驱动电路如图 6 所示。M2 是灵-T3A 模块可提供 4 路点动触发信号；M3 是常闭干簧管磁控开关元件，闭合动作时为灵-T3A 模块的 K2 引脚提供点动触发信号；M1 是 3.3V 纽扣电池为整个小系统提供电源；M4 是拨动开关控制系统供电的开/关。图 6 发送器灵-T3A 连接电路原理图 2.5 OpenMV 模块连接电路 OpenMV 嵌入式视觉模块安装到二自由度平台上，图7 为 OpenMV 模块、二自由度平台与系统板的连接电路图。D
14、J1-VCC、DJ2-VCC、MV-VCC 为设备供电引脚；DJ1-IN 为垂直控制舵机 PWM 信号输入引脚，该引脚连接到 STM32的 PA7 引脚；DJ2-IN 为水平控制舵机 PWM 信号输入引脚，该引脚连接到 STM32 的 PA6 引脚；OpenMV 模块通过串口通信接口 MV_XT 和 MV_RX 与 STM32 的 UART 的复用引脚PA10 与 PA9 相连。2.6 烟雾及可燃气体监测电路MQ-2 气体传感器对丙烷、烟雾的灵敏度高可用于监测环境烟雾情况，MQ-5 气体传感器对丁烷、丙烷、甲烷灵敏度高可检测多种可燃性气体。两种传感器虽然检测的对象不同，但其测试电路连接一样，图
15、 8 为烟雾及可燃气体监测电路连接图。DJ1-IN1DJ1-VCC2DJ1-GND3DJ2-IN4DJ2-VCC5DJ2-GND6MV_TX7MV_RX8MV_VCC9MV_GND10MV_RST11M2OPENMV4PA10_USRT_RXDPA9_UART_TXDPA4_MV_RSTPA7_DJ1_INPA6_DJ2_INGNDGNDGNDDVDD5.0VDVDD5.0VDVDD5.0V图 7 OpenMV 模块连接电路原理图123456M4MQ2GNDDVDD5.0Vr*110kGNDPB1_ADC-IN 图 8 烟雾及可燃气体监测连接电路原理图 2.7 DHT11 传感器连接电路DHT
16、11 模块有四个引脚，VDD 为电源引脚可接入3.05.5V 直流源，SDA 引脚与外部 MCU 相连用于串行数据传输，NC 通常悬空处理，GND 引脚为供地端。DHT11模块外围电路中通常将 SDA 引脚上拉一个 4.7 k 的电阻。DHT11 模块连接电路图如图 9 所示。DVDD3V3R64.7KGNDPB9_DHT11VCC1DATA2NC3GND4M7DHT11 图 9 DHT11 模块连接电路原理图 2.8 OLED 屏幕驱动电路0.96 寸 OLED 屏模块有四个引脚，VDD 为电源引脚可接入 3.05.5V 直流源，GND 引脚为供地端，SDA 引脚与外|15电子技术部 STM32 的 PB10 相连在 I2C 通信中为数据管脚，SCL 引脚与外部 STM32 的 PB11 相连在 I2C 通信中为时钟管脚。0.96 寸 OLED 屏模块外围电路中通常将 SDA 引脚与 SCL 引脚上拉一个 4.7k 的电阻。0.96 寸 OLED 屏模块连接电路图如图 10 所示。GND1VDD2SCK3SDA4M9OLED_0.96DVDD3V3R44.7KR54.7KGNDPB1