基于物联网的家庭智能门禁系统的设计

D O I :10.3969/j

.i s s n .1001-5337.2019.3.076 *收稿日期:2019-03-07

基金项目:国家自然科学基金(61572224);安徽省教育厅质量工程(2017j y x m 0219;2018k f k 137);淮北师范大学质量工程(j y 2017119;2018j

d x m 02).作者简介:胡锋,男,1995-,硕士研究生;研究方向:嵌入式控制;E -m a i l :994486525@q q

.c o m.通信作者:李峥,男,1980-,硕士,副教授;研究方向:嵌入式控制;E -m a i l :l i z h e n g

19800214@126.c o m.基于物联网的家庭智能门禁系统的设计*

胡 锋, 李 峥, 石传寿, 程克杰

(淮北师范大学物理与电子信息学院,235000,安徽省淮北市)

摘要:

为了实现住户对家庭门禁的智能化管理,设计了一种基于物联网的家庭智能门禁系统.该设计选用S TM 32F 103R C T 6单片机作为主控模块,由W I F I 无线网络㊁云平台和手机A P P 实现远程控制,通过W I F I 模块将O p e n MV 3摄像头的数据发送到云平台,智能手机作为无线控制的终端,通过手机A P P 与云平台建立通信调取云端数据,住户能够实时监控门外信息.该系统具备远程信息监控能力,可实现远程控制门锁工作,

在实际测试和控制过程中工作稳定,具备智能㊁安全㊁便捷等诸多方面的优势.

关键词:智能门禁系统;摄像头;单片机;云平台;A P P

中图分类号:T P 274.2 文献标识码:A 文章编号:1001-5337(2019)03-0076-06

0 引 言

21世纪,

智能家居作为物联网时代的代表性项目,带给人们更加智能的生活方式[1]

. 万物皆可通过网络互联 的理念,正在不断促进全世界很多国家

的研发团队针对智能家居项目进行深入研究[2]

.

我国在2006年也表示要大力发展物联网,近而加快国内物联网产业化进程.目前我国的智能家居不断地向智能化方向转变,智能化的服务也应用于各种真实的生活情景之中.智能门禁作为智能家居系统基础的设计部分同时也是最重要的组成部分,其发展对于智能家居整体的升级具有重要的作用.因此,本文研究并设计了一种基于物联网的家庭智能门禁系统,该系统利用传感技术和无线传输技术,以微处理器为核心,云平台为媒介,进行智能门锁A P P 设计,实现了住户对家庭门禁的智能化管理.

1 系统整体概述

本文设计的家庭智能门禁系统采用W I F I 作为

无线网络通信,实现各个模块间的无线通信传输.通

过热释电传感器㊁振动传感器以及摄像头实现门外环境的感知与监测.当热释电传感器感应到门外人体后,会根据门外人员停留时间的长短进行判断,一旦超过设置的正常时间则立刻发送开启指令给摄像

头.O p

e n MV 3上自带的M C U 1收到指令后开启摄像头.摄像头通电后将监控门外动态,并将视频数据发送至云平台储存.当门上的振动模块产生振动感

应时,手机A P P 会实时接收到门禁振动的提醒消息.本系统为住户提供了可视化的信息控制与管理,设计了一款配套的家庭智能门禁系统的A P P 软件.

住户可以在手机上实时监控自己家庭门禁的状态,远程一键开锁.本设计的系统整体框图如图1所示.

图1 系统整体框图

第45卷 第3期2019年7月 曲阜师范大学学报J o u r n a l o f Q u f u N o r m a l U n i v e r s i t y

V o l .45 N o .3

J u l y 2019

2系统的硬件设计

2.1主控模块

主控模块是整个家庭智能门禁系统的核心,起着至关重要的作用.其功能主要是与其他功能模块建立通信连接,指挥和控制各个功能模块的信息集中㊁存储㊁分析和决策,从而精准控制模块间的正常工作.在硬件选择过程中将系统所需的主控芯片定为S T M32F103R C T6考虑到两个方面:其一是因为S T M32F103R C T6单片机与12系列和51系列单片机相比而言,优势突出.它具有较高的稳定性,运算速度和处理能力远远超过其他单片机,时钟可以达到72M,R AM和R OM的空间更大,使用时可以充分利用其硬件资源;其二是由于S T M32F103R C T6的集成度非常高,存储器为256K的闪存,可外接许多外设,在使用过程中表现出功耗低,稳定性高等优点[3].通过该芯片的很多特性发现此芯片非常适合做家庭智能门禁的主控模块.2.2传感器模块

本设计使用的传感器主要有人体热释电传感器㊁振动传感器以及O p e n MV3摄像头.其中人体热释电传感器主要是探测门外是否有人体通过.振动传感器有两个方面的用途,一方面访客敲门时便于提醒住户有人来访,另一方面用于防盗,在不法分子撬锁时会引发振动提醒住户关注家中门锁安全. O p e n MV3摄像头主要是采集门外的视频信息.

2.2.1人体热释电传感器

人体热释电传感器主要由滤光片㊁热释电探测元和前置放大器3部分组成,其中热释电传感器的核心元件是热释电探测元.工作过程中一旦检测到人体释放的红外光,探头便将其接收采集,随后把接收到的光信号转变成电信号,光电转换结束后就将电信号送入电子电路中用于驱动负载进行工作,最后接收到信号后则需要进行信号的转换与处理.信号转换主要分为3个阶段:第1阶段是热转换,第2阶段是热电转换,第3阶段是电转换.其转换过程如图2所示.

图2热释电传感器的信号转换过程

图3热释电传感器的感应范围示意图

人体热释电传感器在测试过程中可以通过延时调节控制反应时间长短,并且可以对灵敏度进行设置控制信号触发,人体热释电传感器调节过后具备全自动感应功能[4].当人体进入热释电传感器所在的覆盖检测范围内时,由于人自身的温度与周围环境的温度是不同的,人体会释放特殊波段的红外光信号,传感器接收信号则输出高电平,一旦人离开感应范围,则输出低电平.本文针对家庭门禁的实际情况对感应范围做了如下设计.在门上方的热释电传感器周围安装上亚克力板,利用亚克力板的遮光性,改变热释电传感器的检测角度,调节旋钮改变其感应距离,找到合适的感应范围.热释电传感器的感应范围示意图如图3所示.

2.2.2振动传感器

本设计中振动传感器采用的是压电陶瓷传感器,其电路原理图如下页图4所示.选择压电陶瓷传感器主要是因为其压电系数大㊁灵敏度很高并且可调节.压电陶瓷传感器是利用压电材料的压电效应进行工作的,其内部的电介质受到一定方向外力作用的过程中就会产生机械变形从而就会导致极化现象的产生.随后就会在它的其中一个表面产生正电荷,另一个表面产生负电荷,将外力撤去以后,电荷消失变成不带电状态[5].利用这种原理,当振动传感

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