【智能室内安全实时监测系统设计与实现8400字（论文）】

[9]。通信程序流程图如图4-4所示。图4-4WIFI通信模块流程图4.5报警模块程序设计本设计的报警模块通过向蜂鸣器模块输出高或低电平控制蜂鸣器是否进行声音报警。温度值超过阈值，湿度值低于阈值，烟雾、可燃气体值超过阈值，只要达到以上三点中的一点即可触发报警。报警程序流程图如图4-5所示。图4-5报警模块流程图4.6继电器控制模块程序设计本设计的继电器控制模块通过控制3个继电器，可以实现分别控制降温装置、除湿装置、抽风装置3个外部设备。图4-6继电器控制模块流程图4.7手机APP程序设计本设计设计的手机APP，通过连接服务器，接收并显示从服务器传来的主电路板所检测到的环境参数数据，并且可以设置环境参数阈值，通过将参数发送至服务器后再传输至主电路板，使主电路板如果检测到超出阈值的环境参数值时进行报警，同时可以通过向服务器传输控制指令再向主电路板发送控制指令的方式控制继电器的运行状况。手机APP软件程序流程图如图4-7所示。图4-7手机APP软件程序流程图5系统调试与测试5.1系统测试环境搭建为了验证各个模块测量对应环境参数的准确性，本章节将搭建测试环境用于环境空气参数监测的测试。本系统测试包括以下4个部分：温湿度检测测试、烟雾可燃气体检测测试、APP功能测试以及系统整体测试。将本系统测得的各项环境参数与对应的测量仪器进行对比，得出系统的测量误差，用于验证系统的准确性。5.2各个模块的测试5.2.1温湿度模块测试在居家环境中，室内的温湿度是一个重要的指标，是一个重要的参考标准。据实验测定，最宜人的室内温湿度为：冬天温度18℃~25℃，相对湿度为30%~80%；夏天温度为23℃~28℃，相对湿度为30%~60%。测定室内温湿度，有助于人们判断是否有必要打开空调等设备升或降温，也是远程判断是否有火灾等危险的间接指标之一。测试方法为将该模块置于不同温湿度的环境，观察手机APP上面的显示的温湿度，同时利用温度计、湿度计在对应环境的相同时间、相同位置测量实际的室内温湿度进行对比。表5-2-1为模拟环境的四次测试情况，在同一时间使用系统的温湿度传感器测出的温度和HTC-1电子温湿度仪测试的实际室内温湿度进行对比，通过对比可以得出本系统测得的温湿度误差较小，可以证明该模块的检测的数据已达到本系统的设计要求。表5-1温湿度模块测试第1次第2次第3次第4次系统测试温度28℃23℃18℃14℃显示温度28℃23℃18℃14℃实际测试温度28.6℃23.4℃18.0℃13.4℃误差-0.6℃-0.4℃00.6℃系统测试湿度65%68%72%75%显示湿度65%68%72%75%实际测试湿度67%69%74%78%误差-2%-1%-2%-3%5.2.2烟雾气敏模块测试在居家环境中，空气中的天然气、煤气浓度是判断是否存在燃气泄漏现象的重要标准，也是判断居家环境是否安全的重要指标，MQ-2烟雾气敏传感器模块对液化气、天然气等燃气有很高的灵敏度。测试方法为将该模块置于不同的环境，利用开关打火机模拟可燃气体泄漏、火灾发生，观察手机APP上面的显示的浓度数据。表5-2-2为模拟环境的四次测试情况，通过对比可以得出本系统测得的可燃气体、烟雾浓度在开关打火机时有较大的变化且具有合理性，可以证明该模块的检测的数据已达到本系统的设计要求。表5-2烟雾气敏模块测试第1次第2次第3次第4次系统测试浓度45%80%49%82%显示浓度45%80%49%82%是否打开火机否是否是是否报警否是否是5.2.3手机APP功能测试为验证手机APP是否可以正常连接服务器、从服务器接收和向服务器发送数据，我们对手机APP的功能进行了测试，给主电路板上电后，手机打开APP，点击连接服务器，显示服务器已连接，此时，温度值、湿度值、烟雾值都在手机APP上显示，尝试改变温湿度等环境参数，再对比单片机OLED屏上显示的数据，手机APP上的显示的值并无错误，说明手机APP此时正常连接到了服务器并且可以从服务器接收数据。接下来设置温度阈值、湿度阈值、烟雾阈值使温度值、湿度值、烟雾值可以触发报警，此时主电路板上的蜂鸣器响起。点击APP上的打开降温、打开除湿、打开抽风按键，此时主电路板上的3个继电器指示灯都亮起，说明此时继电器处于开启控制外部装置的状态，由此可知手机APP此时正常连接到了服务器并且可以向服务器发送数据和控制指令。图5-2手机APP界面图5.3系统整体测试为了验证整个系统整体的测量准确性和运行稳定性，将模拟测试环境，对将已按设计完成的整个系统进行模拟测试，测试其是否能按设计准确稳定地运行。上电后系统首先进行初始化，各模块初始化后手机APP连接服务器，并且可以正常接收到主电路板传来的各项环境参数并显示，为测试报警模块，设置好报警阈值后，在主电路板附近点燃易燃物品，当烟雾接近传感器时，蜂鸣器响起，手机APP显示报警。手机APP点击“打开抽风”按键，与继电器3连接的LED点亮，表示继电器开始正常控制外部装置。6总结与展望6.1系统总结居家环境的安全是人们关注的重点，如果能对室内环境的参数进行实时的监测，就能及时反映室内环境的安全情况，达到预防人身安全受到危害的目的。在一般的居家环境中，温度、湿度、可燃气体和烟雾是室内安全较为重要的参数。本系统基于STM32单片机，提出了智能室内安全实时监测系统的设计。使用温湿度模块检测环境温湿度，使用烟雾气敏模块检测环境可燃气体、烟雾浓度，使用蜂鸣器模块进行声音报警，使用WIFI模块实现数据交互功能，通过APP实现查看实时数据，并对继电器进行控制的功能。本系统实现了居家环境的远程实时监测和报警，监测的数据基本符合各环境参数监测的精度要求，整个系统功耗较低，有较为理想的稳定性和准确性和较好的人机交互，可以在一定程度上预防室内安全隐患的发生和扩散，保护室内的人身安全和财产安全。本文的主要工作有：研究了智能室内安全实时监测系统的必要性，首先收集了一些关于家庭安全隐患的资料，明确了室内安全隐患的来源，列出了需要监测的各种参数。其次探究了智能家居、智能警报装置的研究现状。并依此列出各种方案，针对智能化、便捷化、交互性并且兼顾控制成本地选择了本文所提出设计方案，可以通过手机APP进行远程监测室内安全，并能在有危险隐患时及时报警和简单的排除隐患功能的智能室内安全实时监测系统。在系统的硬件部分设计以及布局方面，为实现远程安全监测的目的，使用STM32F106C8T6作为主控芯片，使用温湿度模块检测环境温湿度，使用烟雾气敏模块检测环境可燃气体、烟雾浓度，使用蜂鸣器模块进行声音报警，使用WIFI模块实现数据交互功能。主电路板包括STM32F106C8T6最小系统板、DHT11温湿度传感器模块、MQ-2烟雾气敏传感器模块、OLED显示屏模块、蜂鸣器模块、ESP8266串口WIFI模块、LM2596DC-DC直流稳压电源模块、继电器控制模块。在系统的软件部分设计方面，为实现远程安全监测的目的，软件方面的框架大致为初始化后，单片机首先检测串口是否接收到从各传感器模块发送的环境检测数据，接收到后对数据进行解析，将解析后的数据传输给手机端远程显示。单片机分析数据是否存在异常，如果检测到燃气泄漏或火灾烟雾异常的情况则控制报警模块进行报警。为此需要分别对温湿度检测模块、烟雾气敏检测模块、无线通信模块进行程序设计。最后，为测试各模块的运行情况以及系统的准确性、稳定性，搭建模拟环境对系统进行测试。本系统测试主要包括以下4个部分：温湿度检测测试、烟雾可燃气体检测测试、APP功能测试以及系统整体测试。经由测试得出本系统稳定性良好、检测数据误差在可接受范围内，人机交互便捷、直观，6.2不足与展望根据系统的调试与测试，系统中的硬件模块、软件模块和手机APP可以正常运行，系统设计要求的功能基本都得以实现。但是本系统仍有许多可以改进的地方，比如系统整体没有外壳封装，不防撞、不防尘、不防水，如果使用中接触导体极易导致短路使系统瘫痪。另外，市面上有更高性能的传感器、芯片，能实现更强的功能，还有更具有设计感的APP，更符合人们的审美，各家大企业也有更成熟、更具有针对性的方案，是我目前难以多方顾全的。智能家居产业是个蓬勃向上、欣欣向荣的产业，在未来，技术会不断发展，会出现更新的设计理念，功能更强大、更易于使用的物联网设备。我国物联网技术的起步本就比某些发达国家晚，但是如今却已有弯道超车的架势，离不开技术人员不断地研究和创新，在未来我们一定能抓住机遇，努力发展，让物联网技术走进千家万户，让更广大的人民体验信息化时代的便捷。

参考文献童晓渝,房秉毅,张云勇.物联网智能家居发展分析[J].移动通信,2010,34(09):16-20.田洪臣,康梅林,董小花.智能建筑的特点与研究[J].山东农业大学学报(自然科学版),2010,41(02):312-315.刘锦,顾加强.我国物联网现状及发展策略[J].企业经济,2013,32(04):114-117.韩丹翱,王菲.DHT11数字式温湿度传感器的应用性研究[J].电子设计工程,2013,21(13):83-85+88.张群强,赵巧妮.基于MQ-2型传感器火灾报警系统的设计[J].价值工程,2015,34(13):96-98.赵凌.基于光电传感器的报警系统设计[J].电子测试,2013(09):25-26.曹振民,陈年生,马强,武凌,武婧.基于ESP8266的无线控制电路设计[J].工业控制计算机,2017,30(01):68-69.孙婷婷.智能家居安全监测系统的设计与实现[D].大连理工大学,2019.卢于辉,秦会斌.基于MQTT的智能家居系统的设计与实现[J].智能物联技术,2019,51(02):41-47.姜桥,邢彦辰,曲伟,王振力,郭宏,姜波.电子技术基础[