【基于esp8266远程监控与防盗系统的设计6000字（论文）】

基于esp8266远程监控与防盗系统的设计目录TOC\o"1-3"\h\u21598摘要 11301引言 1326551.选题意义 2151552.防盗报警系统的设计目的和系统方案 3215693.系统功能及操作说明 4321514.系统各个模块的选择 5232434.1主控制芯片 5213714.2信号检测模块 693944.3报警模块 7313984.4编程软件模块 8270574.5按键模块 1083904.6报警指示灯 10107755.系统的软硬件设计 1143225.1系统的硬件设计 11268735.2系统软件的设计 13156776.系统调试 14258646.1硬件调试 1444386.2软件调试 15115337.结束语 16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：智能家居；红外传感器；esp8266；远程控制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]。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：电子防盗报警器的作用范围小，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，它的失报率和误触率都很高，可靠性也很低。而且，压力触发的防盗报警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。本设计中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向用户手机微信的公众号平台上推送报警信息，使用户能实时掌握家庭安全动态。1.选题意义随着社会的不断进步，城市住宅小区大量崛起，人们居住环境得到显著提高，但与此同时，社会上一些不法分子也给家庭环境的安全造成困扰[2]。现在大多数人大都采用一般的门锁装置，但是家庭盗窃事件仍时有发生。近几年，随着我国外出打工的人数逐年增多，很多农村家庭里只有老翁和儿童，他们安全防范意识普遍较低，易于给小偷可乘之机，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，所以预防财务的丢仍旧是亟待解决的问题。另一方面，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、使用时间一长出线、失报、误报等缺点。图1我国2016年-2020公安机关受理盗窃案件数（起）现在的智能家居设备则是向着体积小、功耗低、噪声低、隐蔽性强、环保节能、成本低廉、应用广泛并且使用简单、更加健康安全的方向发展。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。而且红外传感器的灵敏度和人工智能技术的成熟并实际应用，通过相应的微信公众号平台便能获取家庭安全动态，在日常使用里更好的满足人们使用要求，减少了相关的复杂操作。本文将利用红外传感器，报警模块和esp8266wifi模块，并通过微信公众号平台实时掌握家居安全动态。2.防盗报警系统的设计目的和系统方案设计目的：近几年，国家的科技发展迅猛神速，大量的居民社区不断出现，包括一些常年住在农村的人，也逐渐搬进了小区住宅。虽然人民的生活水平和居住环境得到了一定程度的提高，但社会上的一些不法分子仍给家庭环境安全带来了不小的威胁。基于此，设计了一套可以远程监控家庭安全的防盗系统。整体方案：此报警系统通过热释电红外传感器HC-SR501对室内物体信号进行扫描，并把模拟信号转换为数字信号并输入esp8266wifi模块进行对比分析，通过预先在程序里编程好的阈值大小以及对应的范围作比较，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，红外会感应到信号，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地方。整个系统的组成如图所示：图2系统模块框图3.系统功能及操作说明系统功能：此设计通过esp8266wifi模块为控制核心，以HC-SR501为信号采集模块，当收到服务器数据时，将会把收到的数据发送给网关，完成控制操作[3]，通过将采集到的信号与上下阈值作对比，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，如小猫或者小狗。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，会给用户手机推送微信消息。操作说明：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，系统指示灯蓝色灯点亮，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，检测到有物体靠近时亮绿灯，另外一个检测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发送报警信号，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，则会给用户手机推送消息。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模块芯片，这个开发板具有低功耗、高性能的特点。该芯片里面有低功耗的32位CPU，也能够应用于处理器，还拥有10bit的高精度数模转换模块和TCP/IP协议栈，性能良好，是一款功率极低、功能强大的微处理器。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适应功能，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WPA/WPA2安全模式。如图3是已焊接好的esp8266wifi模块和它的引脚图：图3esp8266wifi实物图及引脚图通过Arduino编译软件直接将编译好的程序烧录进去，操作简单。由此，该系统设计也是是出于对家庭安防的设计的简单便捷和安全方面的考虑，利用一个简单的esp8266模块的引脚就足够支持整个系统的电路设计。由于该模块的每个引脚数量充足，连接相对简单，各引脚功能完整。所以，相对而言其他主控板来说，该模块有较低的价格，性价较高的特点。4.2信号检测模块信号检测电路主要负责各种异常信号的采集和转换，同时将转换后的信号传送给主控芯片[4]。然后再将该信号送给显示模块微信公众号，告诉主人或者报警中心有小偷入室[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红外实物图如图4所示，传感器因其实用性、低廉的价格、使用方便、性能的强大、体积小等优点，所以在现在的科技发展尤其是自动化和智能化生产和工作起到了至关重要的作用，整个传感器发生了长足的进步与发展，并形成了一门独立的学科。随着单片机技术的复杂、用途的多样性和制作工艺的不断提高，不仅传感器精确度、稳定性、数据处理能力得到了极大提高，应用范围很广。图4红外传感器模块红外传感器的工作原理是利用非接触式的方法检测物体红外辐射的变化。它不需要那些类似于波形的发射源，而且敏感度高、隐藏性好、控制范围广。具有体积小、红外感应灵敏、插口简单、不需要外部电路，使用简单。可以直接将扫描的模拟信号转化为数字信号，从而发送到esp8266wifi模块。其中HC-SR501红外传感器的产品参数表如图:图5HC-SR501参数表主要特点介绍如下：（1）HC-SR501人体感应模块有两种触发方式不可重复触发、可重复触发[6]。可重复触发方式是指的是感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围内活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平[7]。（2）工作电压范围：5V~20V[8]。（3）采用高电平信号输出的模式：在使用HC-SR501的时候，引脚GND接地，引VCC接电源[9]。它的灵敏度和检测延时时间均可以进行调节，免去了通过编程去进行控制的麻烦。4.3报警模块对于报警模块，起初想到了两种选择方案，方案如下：方案一：有源蜂鸣器。该器件体内具有振荡、驱动电路等电路模块。只是需要给它外加一个电源（即给他高电平）就可以响，操作容易，控制简单。只需要给该器件接入高电平信号，便会响，简单易控，在整个设计系统中省去诸多麻烦，便于使用和连接。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。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编程软件模块关于编译软件平台的选择，也准备了两个方案，如下：方案一：KeilC51编译软件图7Keil编译软件平台KeilC51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系列兼容单片机，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，Arduino这款软件是一个方便和灵活的开源式编译平台。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按键模块此设计使用的是USB转3.5mm的电源线和对应的电源插口，并且加入了对应的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自锁开关与电源电路图自锁开关介绍：自锁开关一般有三个触点：常开触点，常闭触点和公共端。本电路选用的是常闭触点，操作如下：第一次按下为电流导通，并保持导通状态。第二次按下为电流断开，并且按钮弹起。自锁开关的尺寸和多功能性使得它广泛应用，与传统的开关或按钮相比，有着更小尺寸的检测开关，不仅在使用方式和场所更加多样，同时能够为风扇设计提供更好的使用体验和更加安全的防触电保护。而USB电源线也为该系统的便捷性提供了可能。使该系统不仅可以用于电脑，而且可以通过各种转接口和移动电源一直供电。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系统的硬件设计系统的总电路设计图如下：图11系统电路图起初，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热释电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，并不需要其他的类似于电磁波等发射源，也能拥有高灵敏度、较强的隐蔽性、较大的控制范围[10]。红外传感器上面个那个白色的就是用来将采集到的信号，进行聚集在一块的。该器件在工作时，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，红外传感器的灵敏度非常高，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直流电源经振荡系统输入的放大采样电路，在谐振装置的作用下产生声音信号。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系统软件的设计 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主要是对于程序的编写，其中主要的控制程序如下：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软件调试本系统使用单片机来控制个模块的协同运作，运用较为方便快捷的编程语言C语言来进行程序的设计编写。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KeilC51，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相关库如何调用起初刚接触这个软件，是比较懵懵的，从软件包的下载、安装、相关哭的调用，一步一步到现在。Arduino软件里有esp8266wifi的库，只需中找到项目--加载库--管理库，点击管理库，在搜索框里搜索esp8266wifi，找到后点击安装即可。问题2：红外各引脚的功能及程序编写时如何调用红外各引脚功能上述内容已经解释，现在说下，有关程序的问题。首先，红外检测信号是从外界感应信号，然后通过电路将信号发送给