【《基于esp8266wifi模块的远程监控与防盗报警系统设计》6600字（论文）】

基于esp8266wifi模块的远程监控与防盗报警系统设计目录TOC\o"1-3"\h\u24115摘要 19824引言 2199211.选题的意义 3282912.系统的设计目的和整体方案 4170382.1设计目的 4293062.2整体方案 4131163.系统功能及操作说明 5167203.1系统功能 582513.2操作说明 5147124.系统各个模块的选择 660034.1主控制芯片 6239014.2信号检测模块 754454.3报警模块 953864.4编程软件模块 945964.5按键模块 1137054.6报警指示灯 12182545.系统的软硬件设计 13146135.1硬件设计 13226845.2软件设计 15323566.系统调试 1659266.1硬件调试 16104936.2软件调试 17122427.结束语 18摘要：随着社会的不断发展，家庭安全隐患日益凸现出来，家庭盗窃事故逐年上升，设计一款家居防盗报警系统显得尤为急切。本文采用esp8266wifi模块作为系统的核心控制端口，红外传感器作为信号检测端，有源蜂鸣器作为报警模块，微信上的巴法云公众号平台作为显示模块。设计了一套智能家居远程监控防盗系统，该系统能及时侦测到危害并预警，提醒用户采取相应措施来应对突发事件，从而保证家居安全，最大限度地减少财产损失。关键词：单片机；温度传感器；风扇；自动控制DesignofRemoteMonitoringandAnti-theftSystemBasedonesp8266Abstract:Withthecontinuousdevelopmentofsociety,familysecurityriskshavebecomeincreasinglyprominent,andfamilytheftaccidentshaveincreasedyearbyyear.Itisparticularlythaturgenttodesignafamilysecuritysystem.Inthispaper,esp8266wifimoduleisusedasthecorecontrolportofthesystem,theinfraredsensorisusedasthesignaldetectionend,theactivebuzzerisusedasthealarmport,andtheBafayunplatformonWeChatisusedasthedisplayport.Aremotemonitoringandanti-theftsystemforsmarthomeisdesigned.Thesystemcantimelydetecthazardwarning,reminduserstotakecorrespondingmeasurestodealwithemergencies,whichismakesurehouseholdsafetyandminimizepropertylosses.KeyWords:Smarthome；Infraredsensor；esp8266wifi；Long-rangecontrol引言随着科学技术的飞速发展，人们在享受高质量生活的同时，家庭安全的重要性也日益显露出来[1]。像以前市面上售卖的那些传统的安全电子产品，比如电子报警器、压力开关电路、压力触发报警器和光报警器等。这些电子防盗产品总会存在这样那样的缺点：拿电子防盗报警器来说，它的作用范围很小，当盗窃者不在其范围内便失去了作用，而且它无法及时向用户反馈信息，这种报警器一般仅有一个固定的支撑点，内部的每一个开关都很脆弱。所以，它们的失报率和误触率都很高，可靠性自然也就很低。而且，压力触发的防盗报警装置，大多安装在电子设备下面，因此当发动机突然停止运转时，在家中接待客人时也有可能报警，综上，这些警报装置的可靠性很低，而且这些报警器的安装电路较为复杂，安装技术要求高，价格昂贵，因此不利于社会的广泛使用。现代社会也已经在逐步淘汰这些老旧报警器，智能报警设备开始进入人们的生活。本设计便以此为切口，着手于此进行寻求新的方法，设计主要是通过热释电红外传感器实现对人体辐射的检测以及通过esp8266向用户的手机上的微信公众号平台推送报警信息，使用户能实时掌握家庭安全动态。1.选题的意义随着国家的不断发展，城市中的住宅小区开始大量兴起。现代社会中人们的居住环境得到了明显的改善，生活水平得到了显著提高。但随之而来的是，社会上一些不法分子也给家庭环境的安全带来了不小的困扰[2]。现在大多数人采用的还是一般的门锁装置，家庭盗窃事故仍时有发生。近几年，锁着我国外出打工的人数逐年增多，很多农村家庭里只剩下老翁和儿童，他们的安全防范意识普遍较低，容易让小偷有可乘之机，安全隐患较大，如图1所示，我国的盗窃案件从2016年到2018年在逐年降低，但在2019年却出现了大幅反弹，所以人们预防财务的丢失仍旧是亟待解决的问题。另一方面，物联网这一概念的提出，让智能家居市场逐渐崭露头角，开始进入人们的视野。从传统的压力开关，压力触发防盗报警和光报警，到近几年小米公司推出的智能家居生态链，可见家居安全已经日益走进人们的生活。相比较而言，传统的家庭报警设备存在易误触、触点接触不良、布线复杂、使用时间一长便会出线、失报、误报等缺点。图1我国2016年-2020年公安机关受理盗窃案件数（起）随着无线通信和光纤的快速发展，使设备与用户之间实现了交流互动。而且万物互联和5G时代的到来，为这一技术提供了更多实现的可能性。再者，红外传感器的出现，很好的解决了传统检测系统的缺点，得到了业界广泛的认可和使用。由红外和其他设备的搭配使用，通过相应的微信公众号平台便能获取家庭安全动态，在日常使用中更好的满足人们的各种需求，同样也减少了许多复杂的操作。2.系统的设计目的和整体方案2.1设计目的近几年，国家的科技发展迅猛，人民的生活水平不断提高，大量的居民社区如雨后春笋般拔地而起。其中不乏一些常年住在农村的人，也逐渐搬进了小区住宅。虽然人们的生活水平和居住环境得到了一定程度的提高，但社会上的不法分子仍然存在，他们给大家的家庭安全环境带来了不小的威胁。由此，想到设计一套可以远程见监控家庭安全的防盗系统，以此来帮助大家仪器维护家具安全，尽量杜绝盗窃事件的发生。2.2整体方案本此报警系统通过HC-SR501红外传感器对室内物体信号进行扫描，将收集到的信号以数字形式进行输出，再将该输出数字信号输入esp8266wifi模块进行对比分析，然后与预先编写好的程序里设定的警报范围值大小以及对应的条件作比较，从而对扫描到的物体信号进行识别和判定。当有物体靠近时，红外会检测到信号，但此时可能是动物的信号，所以本系统设计采用了多个红外传感器，用来判定检测到的信号是人还是动物，以避免发生误报，错报的情况，实用性强且体积小，可随意放置在家中任意藏有贵重物品的隐蔽地方。整个系统的组成如图2所示：图2系统模块框图3.系统功能及操作说明3.1系统功能此设计通过esp8266wifi模块为控制核心端，以HC-SR501红外为信号采集端，当核心控制器esp8266wifi收到服务器数据时，将会把收到的数据发送给网关，完成控制操作[3]。然后将采集到的信号与上下阈值做对比，因为红外放置的位置不同，程序设计地可能出现的对比结果有两种结果：当红外传感器检测到的信号范围在40cm以内，系统会认为是小动物在周围而不会报警，如小猫小狗等。当红外传感器检测到的信号范围在40cm以上，系统则会认为是人在周围，延时一段时间后会触发报警，报警时间持续一段时间后，会给用户手机推送微信短消息。3.2操作说明由一个自锁开关作为主控制开关，按下后开关指示灯蓝色灯点亮，系统开始工作，此时系统工作指示灯蓝色灯点亮，红外检测模块开始进行扫描工作，检测附近周围信号。该系统共设置两个红外作为信号检测模块，其中第一个检测40cm以下的运动物体，检测到有物体靠近是亮绿灯，另一个检测40cm以上的运动物体，检测到有物体靠近时亮红灯。当检测信号同时满足两个红外检测要求后，延时一段时间后，会通过主控芯片向蜂鸣器提供高电平信号，蜂鸣器开始进行工作，在蜂鸣器发出声音期间黄白两个小灯会有闪烁动作，持续响一段时间后，仍检测到附近有人，则用户手机会收到报警消息。4.系统各个模块的选择4.1主控制芯片本远程控制系统的核心控制终端采用的是安信可公司研发的esp8266wifi模块开发板，这个开发板具有功耗低、性能更高的特点。基本上一些简单的物联网功能，这块开发板均可使用这一个小小的开发板实现，当然这也得益于科学技术的发展和当今的时代条件。它的里面有低功耗的32为CPU，可广泛作为中心处理器使用，还拥有10bit的高精度数模转换模块和TCP/IP协议栈，性能良好，功能强大，是一款功率极低的微处理器。用户可以使用这个模块为需要联网的相关设备添加联网的相应功能，而且还能够组建成独立的网络控制系统，且esp8266wifi模块支持2.4GHz频段，支持WAP/WAP2安全模式。如图3是一个焊接好的esp8266wifi模块和它的引脚图：图3esp8266wifi实物图及引脚图它可通过Arduino编译软件直接将编译好的程序烧录进去，操作简单，使用便捷，由此，该系统设计也是出于对家庭安防的设计的简单便捷和安全方面考虑，利用一个简单的esp8266模块的引脚就足够支撑整个系统的电路设计。这个板子上的引脚数量足以支撑整个电路设计的需求，且每个引脚的功能设置明确，便于调用，在整个线路的连接中过程简单。所以，对比别的主控板优点突出。成本低廉，性价比高。4.2信号检测模块该检测模块主要是负责对外界信号进行采集，然后将接收到的信号传送给中心控制模块[4]。然后由中心控制模块进行处理后，将处理结果送给显示模块-微信公号，告诉用户家中有盗贼来袭[5]。这个信号检测模块使用的是非常普遍的红外传感器，焊接好后的HC-SR501红外实物如图4所示：图4HC-SR501红外实物图红外传感器的工作原理是利用一种不需要接触物体的方式检测物体红外辐射的变化情况，来判定是否进入了预先设定的警报区域。它不需要那些类似于波形的发射源，而且它的敏感度高、隐藏性好、控制范围广、引脚插口简单。使用方便。可以直接将扫描到的外界信号转换成以数字信号的形式进行输出，然后发送到esp8266模块。其中HC-SR501红外传感器的产品参数表如图5：图5HC-SR501红外参数图主要特点有以下两点（1）HC-SR501红外有两种触发方式，即可重复触发方式和不可重复触发方式[6]。前者是指电路给红外输出高电平后，在一定的延时时段内，假如有活物在其感应范围内，其输出将保持高电平状态，直至该活物离开后高电平变为低电平[7]。后者则是指，电路给红外输出高电平后，会变为低电平，然后在变为高电平，这点类似于计算机网络中的时隙Aloha协议。（2）工作电压范围：5V~20V[8]。在使用HC-SR501红外时，引脚GND接地，引脚VCC接电源[9]。它的灵敏度和检测延时时间均可以进行手动调节，免去了通过编程进行控制的麻烦。4.3报警模块对于报警模块，他的主要作用一是可以给盗窃者警示作用，令其因害怕而赶紧逃离现场，二是可以在用户不在家时，可向附近邻居发出信号。这一模块期间的选用，起初想到了两种选择方案，方案如下：方案一：有源蜂鸣器。该器件内部具有振荡、驱动电路等电路模块。只需要给他外加一个电源（即给它高电平）就可以响，操作容易，控制简单。也正因为仅需给该蜂鸣器提供一个电源，它便会响，简单易控。因此，在整个系统设计中会省去诸多麻烦，也便于使用和引脚的连接，它一共有三个引脚，工作原理图如图6所示：图6有源蜂鸣器工作原理图方案二：无源蜂鸣器。无源蜂鸣器主要是靠输入的波形震动，从而使蜂鸣器响。且该器件价格便宜，声音的频率可根据其特性进行控制，根据它的特性可以自制一些简单的曲子，并且在某些特殊情况下，还能LED灯共用一个控制端口。当系统检测到有物体靠近时，esp8266wifi主控器会输出高电平使蜂鸣器响、使led灯亮并进行声光报警。在选用报警模块时，经实验比较检测结果比较得出，有源蜂鸣器适合采用，且它工作的理想信号是直流电，符合预期设想。4.4编程软件模块该模块是整个系统设计的核心模块，整个系统是通过编写对应的程序来定义并控制esp8622wifi的各个引脚来进行工作。关于编译软件平台的选择，也准备了两个方案，如下：方案一：Keil编译软件图7Keil编译软件平台Keil编译软件，其编译环境如图7，之前学单片机课程设计的时候接触过该软件。这是美国KeilSoftware公司生产的51系列单片机，它可以使用C语言进行编程。而且软件内部拥有大量的可调用的函数库文件，便于大家在使用时对其进行开发和调试。方案二：Arduino编译软件正如大家所知道的那样，这款软件是一个非常便捷和灵活的开源式编译平台，无需安装，无需搭建项目工程，可自动生成项目工程。它包括各种相应的可调用函数库和自适应硬件平台。整个软件无需安装，下载完成并解压缩后就可以直接打开使用了。该编译软件同样拥有丰富的库文件，如下图8所示，且该编译软件平台广泛应用于无物联网开发，智能家居产品的设计，机器人的设计，无人机等场景。图8Arduino编译软件平台不同的编译软件平台各有其优缺点，但从整个角度分析来看，Arduino编译软件平台较为容易上手，指令清晰，函数库丰富。综合比较后，选择了Arduino编译软件平台，因为Keil编译软件，在编写程序时，所调用的函数库过于复杂，尤其是在一开始选用stm32函数库的时候，无论是从安装还是调用相关的函数库都非常麻烦，因此，放弃了使用Keil编译软件，最终选择了Arduino编译软件来完成此次毕业设计。4.5按键模块此设计把自锁开关作为按键模块使用，自锁开关及其电源电路图如图9所示:图9自锁开关及电路工作原理图自锁开关介绍：自锁开关的引脚有六个，两两为一组，作为一个功能相同的触点工作。其中的功能有常开，常闭和接地。本设计选用的是常闭触点，顾名思义。常闭引脚是在按下后，电路就会导通，并保持导通状态，再次按下后便会断开，并保持断开状态。基于这一点的特性，选用这个引脚，给升格系统设计带来了便利，符合本电路系统的设计。自锁开关相比于传统开关，其触点多、尺寸小、可选择性好等特点，可以为本系统提供更舒适的体验。这个开关在电路布线中还需外接一个10的k电阻，以保证整个电路的安全性。整个系统外部有一个usb转接口作为电源输入接口。4.6报警指示灯指示灯的选择有许多种，比如数码管、LED灯、霓虹灯等，介于该系统的设计情况，选择了用几个led小灯作为报警指示灯，如图10：图10led灯及电路工作原理图LED灯的相关特点：1.节能是LED灯最突出的特点。2.可以在高速开关状态工作。3.环保。4.响应速度快。5.LED灯“干净”。5.系统的软硬件设计5.1硬件设计系统的总电路设计图如下：图11系统总电路原理图起初，在整个硬件电路的设计中也存在着许多问题，其中主要问题包括以下几点：问题1：红外检测是如何实现的红外传感器的工作原理是通过非接触式的检测人体辐射的红外线的变化[10]。它的表面有一个白色的类似于半球形的物体，是用来将采集到的信号，进行聚集在一块的。这个器件在工作时，不论是人还是动物，只要是带有热能的物体都会检测到，所以该系统采用了两个红外，也是为了避免误触的情况。而且，红外传感器有两个旋钮，可用来调节灵敏度和延时时间。所以，在使用时要注意调节好它的灵敏度，以及对应的延时时间。问题2：有源蜂鸣器发出声音是如何实现的电路接通后，电流经过振荡系统进入放大电路，在谐波震荡装置的作用下，输出音频信号，其产生声音主要是依靠晶振震荡的作用。励磁蜂鸣器的工作原理图如下：图12有源蜂鸣器工作原理5.2软件设计整个系统的流程图如图13所示：图13系统流程图软件设计部分则是根据提前设定好的系统工作流程来进行编写程序，其中主要部分的控制程序如下图所示：图14主循环控制程序图6.系统调试6.1硬件调试经过一段时间的摸索，最终的成果如图15所示，其中整个系统共有6个小灯，两个红外，一个蜂鸣器和一个开关，以及主控芯片esp8266wifi模块，还有若干杜邦线。上电后，开关、指示灯、红外检测、蜂鸣器报警、手机收到相应消息均工作正常，硬件调试工作比较顺利。图15系统整体实物图6.2软件调试本系统的软件调试，主要工作便是对程序的编写，采用的语言是大家熟知的C语言，并结合Arduino编译软件中特定的调用函数库和相应语法的使用来编写程序。相比硬件调试，对于软件调试来说最大的障碍莫过于从未接触过这个编译软件，一切从零开始，所以一开始进行软件调试的过程中费了好大一番功夫。首先，一开始选用的是stm32开发板，需要使用的编译软件是Keil，但该编译环境需要添加stm32的相关库文件，在这个地方便一筹莫展。直到最后决定更换主控芯片，选择Arduino编译软件变好了许多，但结果也并非一帆风顺，以下是在系统整个软件调试的过程中遇到的问题：问题1：Arduino软件平台的安装问题和esp8266相关库如何调用