基于stm32单片机的防盗窗红外感应系统叶成涛施炜胜殷俊奇曹吉花指导老师

基于stm32单片机的防盗窗红外感应系统叶成涛施炜胜殷俊奇曹吉花指导老师
发布时间：2023-05-30T23:48:21.495Z 来源：《科技新时代》2023年6期作者：叶成涛施炜胜殷俊奇曹吉花指导老师[导读] 基于传统的防盗窗以及高端的紫外线防盗窗基础，基于STM32单片机设计一款对传统的普通防盗窗有监视和信息传输功能实现拥有高端的紫外线防盗窗的核心功能，又在高端的紫外线的防盗窗的基础上进行改进，使其拥有进行远距离传输报警功能。

宿州学院（东校区）安徽省宿州市 234000
摘要：基于传统的防盗窗以及高端的紫外线防盗窗基础，基于STM32单片机设计一款对传统的普通防盗窗有监视和信息传输功能实现拥有高端的紫外线防盗窗的核心功能，又在高端的紫外线的防盗窗的基础上进行改进，使其拥有进行远距离传输报警功能。

关键词：stm32单片机红外系统检测远距离传输
1.项目目的及意义
传统的防盗窗仅仅只能实现基本的防盗，防坠作用，然而当防盗窗遭到破坏，或者现在社会上屡见不鲜的小孩卡防盗窗等事件，传统的防盗窗仅仅只能实现一定范围的阻止作用，而无法将实际情况与主人进行实时通报。

为了克服这一缺点市面上最高端的紫外线防盗窗，因为其价格高昂，以及通信问题难以走进大众视野，使得现在防盗窗普遍流行的还是最传统的不具有监视和通信功能的防盗窗。

为了克服高端紫外线价格昂贵以及通信困难，我和我的项目组成员基于STM32单片机设计一款基于红外识别装置的防盗窗，其不光远远降低高端防盗窗的价格，更加在STM32上可以进行远程通信，其不光可以利用蓝牙传输，还可以利用WIFI进行远距离传输。

在搭载了STM32的单片机更是可以进行其他功能的开发，为防盗窗的更新迭代，走进现代智能家居提供了无线可能。

除此之外，STM32在运行方面完全能够满足户外的气候变化，以及单片机低功耗的特点，使得其完全能够进行长时间的工作，真正实现长时间监控。

改进之后的防盗窗，不但能够在防盗窗被破坏时和动物闯入进行实施传输与报警之外，还能够在如今身居高楼的住户，在家庭有小孩攀爬窗户发出警报和通信，防止坠楼事件的发生。

2.项目研究内容
（1）红外感应系统的设计
在硬件方面主要利用HC-sr501采集数据。

HC-sr501工作原理是人体都有恒定的体温，一般在37度，所以会发出特定波长10UM左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的10UM左右的红外线而进行工作的。

人体发射的10UM左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。

红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生信号。

热电效应是当一些晶体受热时，在晶体两端将会产生数量相等而符号相反的电荷。

这种由于热变化而产生的电极化现象称为热释电效应。

菲涅耳透镜是根据菲涅耳原理制成，菲涅耳透镜分为折射式和反射式两种形式，其作用一是聚焦作用，将热释的红外信号折射（反射）在PIR上；二是将检测区内分为若干个明区和暗区，使进入检测区的移动物体能以温度变化的形式在PIR上产生变化热释红外信号，这样PIR就能产生变化电信号。

使热释电人体红外传感器（PIR）灵敏度大大增加。

（2）无线通信系统设计
nRF24L01工作原理：发射数据时，首先将nRF24L01配置为发射模式：接着把接收节点地址TX_ADDR和有效数据TX_PLD按照时序由SPI口写入nRF24L01缓存区，TX_PLD必须在CSN为低时连续写入，而TX_ADDR在发射时写入一次即可，然后CE置为高电平并保持至少10μs，延迟130μs后发射数据；若自动应答开启，那么nRF24L01在发射数据后立即进入接收模式，接收应答信号（自动应答接收地址应该与接收节点地址TX_ADDR一致）。

如果收到应答，则认为此次通信成功，TX_DS置高，同时TX_PLD从TX FIFO中清除；若未收到应答，则自动重新发射该数据（自动重发已开启），若重发次数（ARC）达到上限，MAX_RT置高，TX FIFO中数据保留以便再次重发；MAX_RT或TX_DS置高时，使IRQ变低，产生中断，通知MCU。

最后发射成功时，若CE为低则nRF24L01进入空闲模式1；若发送堆栈中有数据且CE为高，则进入下一次发射；若发送堆栈中无数据且CE为高，则进入空闲模式2。

接受数据，首先将nRF24L01配置为接收模式，接着延迟130μs进入接收状态等待数据的到来。

当接收方检测到有效的地址和CRC时，就将数据包存储在RX FIFO中，同时中断标志位RX_DR置高，IRQ变低，产生中断，通知MCU去取数据。

若此时自动应答开启，接收方则同时进入发射状态回传应答信号。

最后接收成功时，若CE变低，则nRF24L01进入空闲模式1。

元器件设计：nRF24L01是一款新型单片射频收发器件，工作于2.4 GHz～2.5 GHz ISM频段。

内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块，并融合了增强型ShockBurst技术，其中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。

nRF24L01功耗低，在以-6 dBm 的功率发射时，工作电流也只有9mA；接收时，工作电流只有12.3 mA，多种低功率工作模式，工作在100mw时电流为160mA，在数据传输方面实现相对WiFi距离更远，但传输数据量不如WiFi（掉电模式和空闲模式）使节能设计更方便。

3.流程图
4.项目研究与实施的基础条件
项目研究包括红外感应、压力传感、无限通信三大系统的设计，包括各系统的硬件设计与软件调试。

各项目研究内容如下：红外感应系统包括红外波长采集、菲尼尔滤波片、热电效应、hc-sr501探头特性。

压力传感系统包括应变片的构造、应变效应、jx711的使用、桥式测量电路、称重传感器的工作原理。

无线通信系统包括、通信协议、nrf24l01的工作原理、手机对单片机的信号接收、元器件设计。

各个系统都需要完成对信息的检测、信息的采集、信息的处理、信号的生成和信号的发送这一过程。

最后再通过单片机对各个系统接受到信号进行处理。

项目研究基础如下：硬件设计需要借助项目组成员拥有丰富的硬件设计知识以及较高的自学能力，这样才能在基于本专业知识的基础上，在查找到相关文献和资料后，才能够基于功能完成相对应的硬件设计。

除此之外还要项目组成员对于软件的熟练掌握，产品设计需要能够利用计算机绘制PCB电路板，和pcb板的打印。

软件方面包括keil5对于单片机编程环境的搭建和熟练掌握c语言。

5.部分代码
int main（void）
{
delay_init（）；
NVIC_PriorityGroupConfig（NVIC_PriorityGroup_2）；
Adc_Init（）；
OLED_Init（）；
TIM2_PWM_Init（72，0）；
while（1）
{
TIM_SetCompare2（TIM2，360）； //PWM占空比50%
gat_adcdata（）；
}
}
参考文献：
[1] 许中胜.红外探测系统参数关系及实际应用[J].光学精密工程.1999，7（4）：81-85.
[2] 付彦辉.人眼安全下红外/激光导引头光学系统总体设计[D].哈尔滨工业大学硕士学位论文.2010：26-27.
[3] 赵贤敬，郑宝玉.一种协同分集方案的误码性能分析.电子学报，2007，（07）
[4] 吴明辉，徐睿.基于ARM的嵌入式系统开发与应用[M].北京：人民邮电出版社，2004
[5] 赖于树.ARM微处理器与应用开发[M].电子工业出版社，2007
安徽省省级大学生创新创业训练计划项目资助；宿州学院大学生创新创业训练计划项目资助；项目名称：基于stm32单片机的防盗窗红外感应系统；安徽省质量工程项目，项目编号：2021fzjj20。