项目概述
本设计旨在构建一套基于单片机的智能家居安防系统，主要解决家庭环境中煤气泄漏、火灾及非法入侵等安全问题。系统采用主从机架构，以 STM32F103 单片机为核心控制器，通过 ZigBee 实现主从设备间的无线通信，结合 GSM 模块进行远程报警通知。
系统功能
主机端功能
- 数据显示：实时接收并显示从机上传的一氧化碳浓度数据。
- 状态控制：控制从机端的窗户开关，设置家中是否有人模式。
- 报警指示：当从机触发报警时，在主机上显示具体的报警源编号。
从机端功能
- 环境监测：实时监测一氧化碳浓度与火焰信号。
- 自动处置：CO 浓度过高或检测到火焰时，自动打开窗户或启动喷淋装置。
- 防盗检测：在无人模式下，若人体红外传感器检测到移动目标，立即报警。
- 远程通知：报警时通过 GSM 模块向用户手机发送短信。
- 手动控制：支持按键手动控制窗户开关及喷淋继电器。
硬件架构
核心控制器
主控芯片选用 STM32F103 系列单片机，负责数据采集、逻辑判断及外设驱动。该芯片性能稳定，资源充足，适合此类嵌入式控制场景。
输入模块
- 独立按键：主机配置三个按键用于切换显示模式、设置门窗状态；从机配置两个按键用于手动控制执行机构。
- 传感器组：
- CO 检测：采用 MQ-2 传感器监测气体浓度。
- 火焰检测：专用火焰传感器识别火源。
- 人体红外：PIR 模块检测室内人员活动。
- 通信模块：ZigBee 模块负责主从机之间的数据交互。
输出模块
- 显示单元：LCD1602 液晶屏幕，直观展示环境参数。
- 执行机构：
- 步进电机：配合 ULN2003 驱动，模拟窗户开合动作。
- 继电器：控制喷淋水泵工作。
- 报警单元：蜂鸣器提供声光报警，LED 指示灯显示窗户状态。
- 通信终端：GSM 模块负责短信发送。
系统测试与验证
实物连接与调试
系统焊接完成后，需对十六个功能模块进行逐一检查，包括电源、单片机最小系统、下载接口、各类传感器及驱动电路。确保 LCD1602 能正常显示 CO 数值，按键响应灵敏，ZigBee 通信链路建立成功。
主从机通信测试
接入电源后，LCD1602 初始显示 CO、Fire、IR 状态。按下从机按键建立连接后，主机端应仅显示当前 CO 含量，表明数据同步正常。
一氧化碳检测测试
设定安全阈值为 15。当浓度未超标时，系统保持静默。使用打火机模拟高浓度环境，一旦数值超过阈值，系统将触发以下联动：
- 蜂鸣器报警。
- 步进电机正转，模拟开窗通风。
- 通过 GSM 发送'住房异常'短信。
火焰检测测试
模拟火焰信号触发时，蜂鸣器立即报警，继电器吸合驱动水泵喷水，同时发送报警短信。此环节重点验证了灭火装置的响应速度。
人体红外防盗测试
- 有人模式：关闭红外检测，系统正常运行。
- 无人模式：开启红外检测，若有人闯入，蜂鸣器报警并发送短信。
总结
本系统利用 STM32F103C8T6 作为控制核心，结合 ZigBee 组网与 GSM 通信技术，实现了低成本、高效率的家庭安防监控。相比传统监控方案，该系统具备更强的时效性与自动化处理能力，能够针对煤气泄漏、火灾及盗窃风险做出快速反应，有效保障居住安全。
