南京工程学院 江苏 南京 210000
摘要:本文主要以GSM无线通信原理为基础，采用无线网络传输的技术，设计了基于STM32F4高性能微控制器的红外报警系统。并且结合了嵌入式系统开发技术、红外传感检测技术、彩信、图像无线传输技术等。控制系统以Cortex?-M4为内核的STM32F4系列高性能微控制器及其支持电路为核心，同时电路外围增加了红外传感模块、图像采集与传感模块、以及彩信无线发送模块等，通过这些功能集成模块的整合，实现整体功能。
关键词：GSM无线通信；STM32F4；图像采集；红外报警。
1系统总体设计架构
1.1系统总体设计框图及分析
本次课题设计是基于以Cortex?-M4为内核的STM32F4系列高性能微控制器的红外报警系统，控制系统以STM32F407ZGT6为CPU处理器，红外检测电路选用HC-SR501人体红外感应模块，图像采集与检测电路选用OV2640摄像头模块（由STM32F4驱动），无线通信模块选用ATK-SIM800C GSM/GPRS模块，报警电路选用有源蜂鸣器模块。通过各个集成模块的整合控制，实现家庭安防系统的报警处理功能[7]。
1.2红外报警系统的工作原理
本次课题设计主要针对的是家庭住户的安全防盗报警方面，采用红外自动报警的设计思路。工作原理分析：
整个系统实现的主要功能是：首先将红外传感检测装置和相应的摄像头装置，安装在室内合适的位置，平时在家里有人的时候，手动将系统关闭，当外出时，启动系统，开始工作，即自动报警系统开始进入“布防状态”，一旦热释电红外传感器检测到外来入侵者活动的迹象时，立即将信号传递给CPU最小控制系统，由CPU处理器发出相应指令，驱动摄像头完成对入侵者的图像采集工作与驱动蜂鸣器完成报警工作，同时通过GSM模块，将处理过的图片信息，以彩信的方式发送至用户的移动设备上，完成报警处理工作，为家庭安全提供实时有效的防护。
2 系统软件程序设计
2.1系统软件程序总体设计及分析
软件程序的编写是整个工程项目中，至关重要的一环。是保证整个硬件电路正常工作的前提条件之一。本次课题设计的软件部分，主要是利用软件Keil uVision4进行程序的编写以及调试。分析：软件程序的主体设计思路是：首先进行系统的初始化，包括红外检测模块程序的初始化、图像采集与传感检测模块程序的初始化、彩信无线发送与接收模块（GSM模块）程序的初始化以及报警电路程序的初始化。然后控制系统开始进入“布防状态”，即红外传感检测模块开始启动，一旦热释电红外传感器检测到外来入侵者活动的迹象时，立即将信号传递给CPU最小控制系统，由CPU处理器发出相应指令，驱动摄像头完成对入侵者的图像采集工作与驱动蜂鸣器完成报警工作，同时通过GSM模块，将处理过的图片信息，以彩信的方式发送至用户的移动设备上，完成报警处理工作。
2.2 系统子功能模块程序设计及分析
2.2.1 红外检测模块程序设计分析
热释电红外传感检测模块，上电以后，该集成模块会初始化一分钟左右，在这段时间间隔内，内部的电平信号会输出若干次，然后进入待机状态。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆随后可以开始工作，另外，该模块的检测状态有一定的要求，当人体活动从左至右或从右至左快速经过其感应范围时，红外线到达检测双元的时间和距离存在一定的差值，并且该差值越大，则感应越灵敏；当人体从正前方或者从上方到下方、从下方到上方走向该模块感应范围内的探头时，检测双元无法检测到红外光谱距离的变化，因此二者不存在差值，此时的感应度也不灵敏。因此本文采用探头双元的方向与人体活动最多的潜在方向尽量保持相平行，从而保证在有人体经过感应范围时，先后被检测双元所感应到[19]。在热释电红外传感器的内部，将检测得到的模拟量转换成数字量，进而传递给CPU处理器。
2.2.2 图像采集模块程序设计分析
图像采集模块程序主要是采用SCCB协议，配置相应地各个寄存器位，从而实现对各个功能的控制。该集成模块上电后，利用SCCB协议对OV2640进行初始化，分别对图像大小、彩色/黑白图片、自动曝光、白平衡、色度、亮度以及对比度等参数进行相关地配置，SCCB协议每次读写一个字节的数据。
3 系统软硬件联合测试分析
3.1系统总体测试分析
在完成CPU最小控制系统板卡以及各个子功能集成模块的选型后，开始进行实物的整合与搭建工作。之所以要进行软硬件联合测试，主要是为了更好地发现与解决问题，包括硬件电路与软件程序中潜在的问题，因为不论是单独的硬件测试还是软件测试，都无法有效测试出所有问题，因此，在进行联合测试实验时，要先行制定好相关的测试方案，同时结合万用表、示波器等测试工具，然后开展测试工作。
本次课题设计涉及到的测试实验主要有，控制系统的Proteus的仿真电路测试实验、红外传感检测模块的测试实验、图像采集与传感检测测试实验以及系统整体的软硬件联合测试实验。在测试过程中，要注意结合功能模块的功能要求，来检测相关芯片引脚端的控制信号，是否符合理论计算值或者输出一个正确的结果。
3.2调试问题总结分析
本次课题设计调试过程中，遇到的问题还是颇多的，最主要的就是各个功能集成模块是否可以正常工作，比如红外传感检测模块，是否可以正确检测到其感应范围内存在的人体活动迹象，以及检测到之后，如何更为直观地展示出来，本文中是用洞洞板做了一块LED发光二极管的电路，通过灯的点亮，来表明红外传感器是否已经启动，并且正常工作。再者如图像采集与传感检测模块和GCM模块，当摄像头采集到入侵者的图像信息后，是否可以有效地以彩信的方式，通知用户，系统当前的监测结果。软件调试过程中，程序的卡死，陷入死循环，以及编译环境的出错等等一系列意想不到的问题，最终在老师的耐心指导和同学的热心帮助下，将问题一一解决掉，并且最终将正确的结果测试出来，系统的整机功能得到了很好的验证。达到了本次课题设计的要求。
4工作总结
本次毕业设计主要是基于STM32F4系列高性能微控制器的红外报警系统设计，其中主要包括硬件电路设计和软件程序设计两个方面的内容，并且最终整合各个功能集成模块，顺利地实现系统的功能，达到了课题设计的要求。
参考文献
[1] 郭亮,肖勇,王赟生. 红外对射报警系统的设计与实现[J]. 自动化仪表，2017,5(3):99-102.
[2] 杨波，张兴敏.基于PIC单片机的被动式红外报警系统的设计[J].电子测量技术 2008,30(1):53-71.
[3] 许志龙. 基于GSM模块的红外报警系统设计 [J].中国科技信息, 2015 ,21(29)：89-90.
论文作者:杨帆，张欣，王俊杰
论文发表刊物:《科技新时代》2018年11期
论文发表时间:2019/1/11
标签：模块论文; 测试论文; 图像论文; 系统论文; 报警系统论文; 工作论文; 电路论文; 《科技新时代》2018年11期论文;