基于STM32的智能家居安全系统

1. 引言

在智能家居和办公环境中，安全系统是一个至关重要的组成部分。通过实时监控环境中的变化，如门窗的开关状态、烟雾浓度等，可以有效提升安全性。本文将介绍如何使用STM32微控制器设计和实现一个智能家居安全系统，通过多种传感器实时监测环境，并通过报警系统提示用户。

2. 环境准备工作

硬件准备

STM32开发板（例如STM32F103C8T6）
门磁传感器
烟雾传感器（例如MQ-2）
蜂鸣器
面包板和连接线
USB下载线

软件安装与配置

Keil uVision：用于编写、编译和调试代码。
STM32CubeMX：用于配置STM32微控制器的引脚和外设。
ST-Link Utility：用于将编译好的代码下载到STM32开发板中。

步骤：

下载并安装Keil uVision。
下载并安装STM32CubeMX。
下载并安装ST-Link Utility。

3. 系统设计

系统架构

智能家居安全系统的基本工作原理是通过STM32微控制器连接多种安全传感器，实现实时监测和报警功能。系统包括门磁传感器、烟雾传感器、蜂鸣器报警模块和串口通信模块。

硬件连接

将门磁传感器的信号引脚连接到STM32的GPIO引脚（例如PA0）。
将MQ-2烟雾传感器的VCC引脚连接到STM32的5V引脚，GND引脚连接到GND，信号引脚连接到STM32的ADC引脚（例如PA1）。
将蜂鸣器的正极连接到STM32的GPIO引脚（例如PA2），负极连接到GND。

4. 代码实现

初始化代码

#include "stm32f1xx_hal.h"
#include "adc.h"
#include "usart.h"void SystemClock_Config(void);
static void MX_GPIO_Init(void);
static void MX_ADC1_Init(void);
static void MX_USART2_UART_Init(void);int main(void) {HAL_Init();SystemClock_Config();MX_GPIO_Init();MX_ADC1_Init();MX_USART2_UART_Init();while (1) {// 读取门磁传感器状态GPIO_PinState doorState = HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0);// 读取烟雾传感器值uint32_t smokeValue = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);// 生成报警信息char buffer[50];sprintf(buffer, "Door: %s, Smoke: %lu\r\n", (doorState == GPIO_PIN_SET) ? "Open" : "Closed",smokeValue);HAL_UART_Transmit(&huart2, (uint8_t*)buffer, strlen(buffer), HAL_MAX_DELAY);// 如果门打开或烟雾浓度超标，触发蜂鸣器报警if (doorState == GPIO_PIN_SET || smokeValue > 1000) {HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_SET);} else {HAL_GPIO_WritePin(GPIOA, GPIO_PIN_2, GPIO_PIN_RESET);}HAL_Delay(1000);}
}void SystemClock_Config(void) {// 配置系统时钟
}static void MX_GPIO_Init(void) {// 初始化GPIO__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_2;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_2;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_LOW;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}static void MX_ADC1_Init(void) {// 初始化ADC1ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};hadc1.Instance = ADC1;hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;if (HAL_ADC_Init(&hadc1) != HAL_OK) {Error_Handler();}sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_1;sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1;sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_55CYCLES_5;if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK) {Error_Handler();}HAL_ADC_Start(&hadc1);
}static void MX_USART2_UART_Init(void) {// 初始化USART2huart2.Instance = USART2;huart2.Init.BaudRate = 115200;huart2.Init.WordLength = UART_WORDLENGTH_8B;huart2.Init.StopBits = UART_STOPBITS_1;huart2.Init.Parity = UART_PARITY_NONE;huart2.Init.Mode = UART_MODE_TX_RX;huart2.Init.HwFlowCtl = UART_HWCONTROL_NONE;huart2.Init.OverSampling = UART_OVERSAMPLING_16;if (HAL_UART_Init(&huart2) != HAL_OK) {Error_Handler();}
}

安全传感器读取代码

#include "gpio.h"
#include "adc.h"void DoorSensor_Init(void) {// 初始化门磁传感器GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};__HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_INPUT;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}GPIO_PinState DoorSensor_Read(void) {// 读取门磁传感器状态return HAL_GPIO_ReadPin(GPIOA, GPIO_PIN_0);
}void SmokeSensor_Init(void) {// 初始化烟雾传感器ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};hadc1.Instance = ADC1;hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_DISABLE;hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;if (HAL_ADC_Init(&hadc1) != HAL_OK) {Error_Handler();}sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_1;sConfig.Rank = ADC_REGULAR_RANK_1;sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_55CYCLES_5;if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK) {Error_Handler();}HAL_ADC_Start(&hadc1);
}uint32_t SmokeSensor_Read(void) {// 读取烟雾传感器值return HAL_ADC_GetValue(&hadc1);
}