1.1 項目介紹

【1】開發(fā)背景

隨著社會的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，人們對居住環(huán)境的安全性和智能化水平提出了更高的要求。特別是在校園宿舍這樣的集體生活環(huán)境里，由于人員密集且流動性大，傳統(tǒng)的安防措施已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代安全標(biāo)準(zhǔn)的需求。為了提高宿舍區(qū)的安全防范能力，減少安全隱患，本項目提出了一套基于STM32微控制器與NBIoT（窄帶物聯(lián)網(wǎng)）通信技術(shù)相結(jié)合的宿舍安防控制系統(tǒng)。

該系統(tǒng)的設(shè)計理念是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于日常生活中，通過集成多種傳感技術(shù)來實現(xiàn)對宿舍環(huán)境的全方位監(jiān)控，并能夠及時響應(yīng)各種異常情況，從而達(dá)到預(yù)防火災(zāi)、防盜、節(jié)能等多重目的。例如，在發(fā)生火災(zāi)初期，通過安裝于宿舍內(nèi)的煙霧及火焰傳感器可以迅速感知火情并發(fā)出警報；同時，系統(tǒng)還能監(jiān)測用電安全，當(dāng)檢測到線路過載或短路等危險狀況時，自動切斷電源以避免事故進(jìn)一步擴(kuò)大。此外，考慮到實際使用中的便利性，該系統(tǒng)還具備了遠(yuǎn)程操控功能，允許用戶通過智能手機應(yīng)用程序或是PC端管理軟件隨時隨地掌握家中狀態(tài)，并執(zhí)行如開啟門鎖等操作。

選擇STM32作為主控芯片是因為它具有強大的處理能力和豐富的外設(shè)資源，非常適合用來構(gòu)建復(fù)雜而高效的嵌入式系統(tǒng)。搭配NBIoT模塊，則保證了即使在網(wǎng)絡(luò)信號較差的情況下也能保持穩(wěn)定可靠的無線連接，這對于確保重要信息能夠及時準(zhǔn)確地傳輸至云端至關(guān)重要。與此同時，利用華為云提供的物聯(lián)網(wǎng)平臺服務(wù)，不僅簡化了后端架構(gòu)的設(shè)計工作量，而且為用戶提供了一個直觀易用的數(shù)據(jù)展示界面以及靈活多樣的交互方式。

本項目結(jié)合先進(jìn)的嵌入式技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)概念，打造一套集成了環(huán)境監(jiān)測、安全防護(hù)以及智能家居控制于一體的綜合性解決方案，旨在為用戶提供更加安心舒適的生活體驗。通過這樣一個智能化的安全管理系統(tǒng)，不僅可以有效提升宿舍區(qū)域的整體安全性，同時也促進(jìn)了節(jié)能減排目標(biāo)的實現(xiàn)，對于推動智慧城市建設(shè)具有積極意義。

框架圖：

原理圖：

【2】實現(xiàn)需求

當(dāng)前項目使用的相關(guān)軟件工具已經(jīng)上傳到網(wǎng)盤：
https://ccnr8sukk85n.feishu.cn/wiki/QjY8weDYHibqRYkFP2qcA9aGnvb?from=from_copylink

為了明確本項目的具體實現(xiàn)需求，以下按照功能模塊詳細(xì)列出各項需求：

（1） 火焰檢測與報警 ：

• 配備火焰檢測傳感器，能夠快速響應(yīng)火焰存在。
• 當(dāng)檢測到火焰時，系統(tǒng)應(yīng)立即啟動蜂鳴器報警，同時將警報信息通過NBIoT模塊發(fā)送到云端。
• 在本地LCD顯示屏上顯示火焰警告信息。

（2） 煙霧檢測與報警 ：

• 使用MQ2煙霧傳感器，實時監(jiān)測環(huán)境中的煙霧濃度。
• 如果煙霧濃度超過預(yù)設(shè)閾值，觸發(fā)蜂鳴器報警，并將警報信息上傳至云端。
• LCD顯示屏同步更新顯示煙霧警告信息。

（3） 門磁控制 ：

• 實現(xiàn)本地按鍵開門功能（內(nèi)部開門的按鈕），按下指定按鍵后，通過STM32控制電磁鎖開啟。
• 開發(fā)手機APP和Windows電腦上位機軟件，支持用戶遠(yuǎn)程發(fā)送開門指令。

（4） 人體感應(yīng) ：

• 安裝紅外熱釋電人體檢測傳感器，用于探測宿舍內(nèi)是否有人。
• 傳感器數(shù)據(jù)用于輔助判斷是否需要保持照明或其他設(shè)備的工作狀態(tài)。
• 檢測結(jié)果同樣上傳至云端，并可在LCD顯示屏上查看。

（5） 電力監(jiān)測與保護(hù) ：

• 通過電力參數(shù)采集模塊持續(xù)監(jiān)測宿舍內(nèi)的電壓、電流、功率等電氣參數(shù)。
• 設(shè)定合理的電流和功率閾值，當(dāng)超過這些閾值時，系統(tǒng)應(yīng)自動切斷電源，并觸發(fā)蜂鳴器報警。
• 監(jiān)測數(shù)據(jù)定期上傳至云端，并在LCD顯示屏上顯示。

（6） 數(shù)據(jù)上云 ：

• 采用NBIoT模塊和MQTT協(xié)議將采集到的所有數(shù)據(jù)上傳到華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺。
• 確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩院涂煽啃?，同時保證低功耗運行。
• 提供API接口，便于Android手機APP和Windows上位機獲取云端數(shù)據(jù)。

（7） 本地數(shù)據(jù)顯示 ：

• 利用1.44寸LCD顯示屏，實時顯示當(dāng)前的環(huán)境狀態(tài)，包括但不限于煙霧濃度、火焰檢測狀態(tài)、電力參數(shù)等。

（8） 用戶界面 ：

• 開發(fā)基于Qt框架的Android手機APP和Windows上位機軟件，界面友好且易于操作。
• 用戶界面需包含數(shù)據(jù)展示、遠(yuǎn)程控制、歷史記錄查詢等功能。
• 確保用戶界面能夠適應(yīng)不同尺寸的屏幕，并提供良好的用戶體驗。

【3】項目硬件模塊組成

本項目的硬件模塊組成如下，每個模塊都根據(jù)其特定的功能進(jìn)行了詳細(xì)的描述：

（1） 主控芯片 - STM32F103RCT6 ：作為整個系統(tǒng)的核心，STM32F103RCT6負(fù)責(zé)處理來自各個傳感器的數(shù)據(jù)輸入、執(zhí)行邏輯運算以及控制輸出設(shè)備。它擁有豐富的外設(shè)接口，能夠滿足與多種傳感器及執(zhí)行器的連接需求。

（2） 煙霧檢測 - MQ2傳感器 ：MQ2是一種常用的氣體傳感器，特別適用于檢測液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等可燃?xì)怏w。在本項目中，它被用來監(jiān)測宿舍環(huán)境中是否存在異常煙霧，一旦檢測到煙霧濃度超標(biāo)，即刻向主控發(fā)送信號。

（3） 電力參數(shù)采集模塊 ：通過RS485、UART接口與STM32相連，此模塊能夠精確測量宿舍內(nèi)電路的電壓、電流、功率等參數(shù)。這些數(shù)據(jù)不僅用于顯示，也用于判斷是否存在過載或其他潛在的電氣風(fēng)險。

（4） LCD顯示屏 - 1.44寸LCD ：作為人機交互的重要組成部分，這款小型彩色LCD屏幕用于展示實時監(jiān)測的各項數(shù)據(jù)，如溫度、濕度、煙霧濃度以及電力使用情況等信息，使用戶能夠直觀了解當(dāng)前狀態(tài)。

（5） 蜂鳴器 - 高電平觸發(fā)的有源蜂鳴器 ：當(dāng)系統(tǒng)檢測到火災(zāi)、煙霧或其他緊急情況時，STM32將控制蜂鳴器發(fā)聲，起到警示作用。蜂鳴器直接由STM32的GPIO引腳驅(qū)動。

（6） NBIoT模塊 - BC26 ：作為物聯(lián)網(wǎng)通信的關(guān)鍵部件，BC26模塊使得系統(tǒng)能夠通過移動運營商網(wǎng)絡(luò)將采集到的數(shù)據(jù)上傳至云端服務(wù)器。它支持低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)技術(shù)，非常適合于遠(yuǎn)程監(jiān)控應(yīng)用。

（7） 火焰檢測傳感器 ：專門設(shè)計用于探測火焰的存在，通常基于紅外光譜特性工作。當(dāng)檢測到火焰時，傳感器會向STM32發(fā)送信號，觸發(fā)警報流程。

（8） 人體感應(yīng) - 紅外熱釋電傳感器 ：這種類型的傳感器可以感知人體散發(fā)出的熱量變化，用于判斷房間內(nèi)是否有人。它對于提高系統(tǒng)的智能化程度，比如自動調(diào)整照明亮度或空調(diào)溫度非常有用。

（9） 電磁鎖 - ：作為門禁系統(tǒng)的一部分，電磁鎖由STM32控制，可通過本地按鍵、手機APP或電腦遠(yuǎn)程解鎖。它提供了物理層面的安全保障，確保只有授權(quán)人員才能進(jìn)入宿舍。

（10） 穩(wěn)壓電源 - 12V 2A ：為保證整個系統(tǒng)穩(wěn)定運行，選用一款輸出穩(wěn)定的直流電源適配器，為所有電子組件提供必要的電力支持。考慮到系統(tǒng)的總功耗，2安培的額定輸出足夠應(yīng)對大多數(shù)應(yīng)用場景。

【4】設(shè)計意義

本項目設(shè)計的意義在于通過集成多種先進(jìn)技術(shù)和智能設(shè)備，構(gòu)建一個高效、可靠且用戶友好的宿舍安防控制系統(tǒng)，從而顯著提升宿舍環(huán)境的安全性和居住質(zhì)量。隨著城市化進(jìn)程的加快和學(xué)生群體的不斷增長，校園宿舍的安全問題日益受到重視。傳統(tǒng)的安防措施往往依賴于人工巡檢和簡單的報警系統(tǒng)，無法實現(xiàn)全天候、全方位的監(jiān)控，且響應(yīng)速度慢，難以及時有效地處理突發(fā)事件。因此，開發(fā)一套基于現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的宿舍安防控制系統(tǒng)顯得尤為重要。

系統(tǒng)通過引入火焰檢測、煙霧檢測以及人體感應(yīng)等多種傳感器，能夠?qū)崟r監(jiān)測宿舍內(nèi)外的各種潛在威脅。一旦發(fā)現(xiàn)火災(zāi)或其他緊急情況，系統(tǒng)能夠立即作出反應(yīng)，通過蜂鳴器發(fā)出警報，并將警報信息上傳至云端，確保管理人員第一時間得到通知并采取相應(yīng)措施。這種即時響應(yīng)機制大大減少了災(zāi)害發(fā)生的可能性及其帶來的損失。

門磁控制系統(tǒng)結(jié)合了本地按鍵開門與遠(yuǎn)程控制兩種方式，不僅增強了宿舍入口的安全性，還提供了極大的便利性。用戶可以通過智能手機應(yīng)用程序或PC端軟件隨時隨地進(jìn)行訪問控制，無論是忘記帶鑰匙還是需要臨時授權(quán)他人進(jìn)入，都能夠輕松解決。這種方式不僅提高了效率，也增加了靈活性，讓宿舍管理變得更加現(xiàn)代化。

電力參數(shù)監(jiān)測功能的加入，使得系統(tǒng)能夠持續(xù)跟蹤宿舍內(nèi)的用電狀況。通過對電壓、電流、功率等關(guān)鍵指標(biāo)的監(jiān)控，系統(tǒng)能夠在檢測到異常情況時及時切斷電源，防止電氣火災(zāi)的發(fā)生。這不僅保障了學(xué)生的生命財產(chǎn)安全，也有助于促進(jìn)節(jié)能減排，符合可持續(xù)發(fā)展的理念。

數(shù)據(jù)上云是本項目另一個重要的特點。通過NBIoT模塊將采集的數(shù)據(jù)上傳至華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺，不僅實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的集中管理和分析，也為用戶提供了一個便捷的遠(yuǎn)程查看和控制平臺。用戶可以在任何地方通過手機或電腦訪問系統(tǒng)，查看最新的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相應(yīng)的操作。這種透明化的管理模式，既增強了用戶的參與感，也提升了整體管理效率。

通過本地LCD顯示屏的實時數(shù)據(jù)顯示，以及基于Qt開發(fā)的用戶界面，系統(tǒng)提供了直觀的操作體驗。用戶可以輕松獲取所需信息，并進(jìn)行簡單有效的交互。這樣的人機交互設(shè)計考慮到了用戶的實際需求，使得高科技產(chǎn)品變得更加親民易用。

綜上所述，本項目不僅在技術(shù)層面上實現(xiàn)了對宿舍環(huán)境的全面監(jiān)測與智能控制，更是在實際應(yīng)用中為學(xué)生創(chuàng)造了一個更加安全、便捷和舒適的居住環(huán)境。它代表了未來智能家居的一個發(fā)展方向，對于推動校園安全管理現(xiàn)代化、提升學(xué)生生活質(zhì)量具有重要意義。

【5】國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

在中國，隨著智慧校園和智慧城市概念的推廣，宿舍安防控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用逐漸增多。北京航空航天大學(xué)曾推出了一款基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的宿舍安全管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅能夠監(jiān)測宿舍內(nèi)的溫濕度、煙霧、一氧化碳等環(huán)境參數(shù)，還可以通過智能門鎖實現(xiàn)對進(jìn)出人員的身份驗證。這套系統(tǒng)通過集成攝像頭和人臉識別技術(shù)，進(jìn)一步增強了宿舍的安全性。此外，該系統(tǒng)還支持通過手機APP遠(yuǎn)程控制門鎖、查看宿舍內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)以及接收警報信息，極大地方便了學(xué)生的生活。北京航空航天大學(xué)的這項研究展示了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在提升宿舍安全性方面的巨大潛力。

在國外，類似的智能安防解決方案也在不斷發(fā)展。美國的一些高校，如麻省理工學(xué)院(MIT)，已經(jīng)在宿舍中應(yīng)用了先進(jìn)的安防技術(shù)。MIT的宿舍區(qū)采用了多種智能傳感器和監(jiān)控設(shè)備，如運動探測器、門窗傳感器以及智能煙霧報警器。這些設(shè)備通過無線網(wǎng)絡(luò)連接到中央管理系統(tǒng)，一旦檢測到異常情況，系統(tǒng)會自動向相關(guān)人員發(fā)送警報。此外，MIT還開發(fā)了一款名為“SafeWalk”的應(yīng)用程序，允許學(xué)生在夜間步行回宿舍時請求護(hù)送服務(wù)，進(jìn)一步提高了校園的安全水平。

歐洲方面，德國的亞琛工業(yè)大學(xué)(RWTH Aachen University)實施了一個名為“Smart Campus”的項目，其中包含了宿舍安防系統(tǒng)的改進(jìn)。該項目利用了LoRaWAN（低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)來連接分布在宿舍區(qū)的各種傳感器，包括門窗傳感器、水浸傳感器以及溫度濕度傳感器等。通過這些傳感器收集的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測宿舍的安全狀況，并通過手機應(yīng)用程序向住戶發(fā)送警報。此外，亞琛工業(yè)大學(xué)還在研究如何利用機器學(xué)習(xí)算法來優(yōu)化警報系統(tǒng)的性能，減少誤報率，提高準(zhǔn)確性。

新加坡國立大學(xué)(NUS)也致力于通過技術(shù)創(chuàng)新來提高宿舍區(qū)的安全性。該校部署了一套結(jié)合了視頻監(jiān)控、面部識別技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)傳感器的綜合安防系統(tǒng)。這套系統(tǒng)不僅可以監(jiān)控宿舍區(qū)內(nèi)的異?；顒?，還能通過面部識別技術(shù)來識別進(jìn)出宿舍的人員身份，從而確保只有授權(quán)的人員才能進(jìn)入宿舍。同時，NUS還利用大數(shù)據(jù)分析來優(yōu)化宿舍區(qū)的安全管理策略，通過對大量數(shù)據(jù)的分析，識別潛在的安全隱患，并提前采取預(yù)防措施。

這些國內(nèi)外的實際案例表明，宿舍安防控制系統(tǒng)的研究正處于快速發(fā)展階段，新技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了宿舍的安全水平，也大大提升了居住者的舒適度和便利性。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，未來的宿舍安防系統(tǒng)將更加智能化、個性化，更好地服務(wù)于校園生活。

【6】摘要

本項目設(shè)計了一個基于STM32微控制器和NB-IoT通信技術(shù)的宿舍安防控制系統(tǒng)。系統(tǒng)集成了多種安防功能，包括火焰檢測、煙霧檢測、門磁控制、人體感應(yīng)、電氣監(jiān)測等。火焰和煙霧檢測通過相應(yīng)的傳感器實現(xiàn)，一旦檢測到異常，系統(tǒng)會觸發(fā)蜂鳴器報警以提醒用戶。門磁控制功能允許用戶通過本地按鍵、手機APP和Windows電腦上位機遠(yuǎn)程控制門鎖的開啟與關(guān)閉。人體感應(yīng)功能可檢測宿舍內(nèi)是否有人員存在，用于防止盜竊或異常情況發(fā)生。

系統(tǒng)還具有電氣監(jiān)測功能，能夠?qū)崟r監(jiān)測直流電與單相交流電的電壓、電流與功率，并在電流或功率超出設(shè)定閾值時，通過蜂鳴器報警并自動切斷電源，確保用電安全。所有采集的數(shù)據(jù)通過NB-IoT模塊和MQTT協(xié)議上傳至華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺，用戶可通過Android手機APP遠(yuǎn)程查看數(shù)據(jù)和控制設(shè)備。數(shù)據(jù)的本地顯示則通過1.44寸LCD屏完成，方便用戶實時獲取各項監(jiān)測信息。

本系統(tǒng)不僅具備本地和遠(yuǎn)程控制功能，還通過云平臺實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控和報警功能，增強了宿舍的安全性。該系統(tǒng)采用STM32F103RCT6作為主控芯片，結(jié)合MQ2、火焰檢測、人體感應(yīng)等傳感器，具有較高的集成度和實用性。

關(guān)鍵字

STM32, NB-IoT, 宿舍安防, 火焰檢測, 煙霧檢測, 門磁控制, 人體感應(yīng), 電氣監(jiān)測, 數(shù)據(jù)上云, MQTT, 華為云物聯(lián)網(wǎng), LCD顯示, 無線通信, 遠(yuǎn)程控制, 安全報警

1.2 系統(tǒng)總體設(shè)計

【1】系統(tǒng)功能需求分析

系統(tǒng)功能需求分析是項目規(guī)劃階段的重要組成部分，它明確了系統(tǒng)需要實現(xiàn)的具體功能，確保開發(fā)能夠準(zhǔn)確理解并滿足用戶的需求。對于基于STM32和NBIoT設(shè)計的宿舍安防控制系統(tǒng)，以下是對其功能需求的詳細(xì)分析：

系統(tǒng)需配備高靈敏度的火焰檢測傳感器和煙霧傳感器，如MQ-2煙霧傳感器。這些傳感器應(yīng)能夠連續(xù)監(jiān)測宿舍環(huán)境，一旦檢測到火焰或異常煙霧濃度，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)立即觸發(fā)蜂鳴器發(fā)出警報，并通過NBIoT模塊將警報信息發(fā)送到云端。同時，警報信息也應(yīng)在本地LCD顯示屏上顯示，以便宿舍內(nèi)人員能夠迅速察覺并采取行動?；鹧媾c煙霧檢測是宿舍安防的基礎(chǔ)，對于早期發(fā)現(xiàn)火災(zāi)隱患至關(guān)重要。

系統(tǒng)需要支持多種方式的門鎖控制，包括本地按鍵開門、手機APP遠(yuǎn)程開門以及通過Windows電腦上的上位機軟件遠(yuǎn)程控制。本地按鍵開門適用于日常出入，而遠(yuǎn)程開門則為特殊情況下的應(yīng)急處理提供了便利。電磁鎖應(yīng)由STM32控制，確保只有授權(quán)用戶才能通過合法途徑進(jìn)入宿舍。此外，每次開門動作都應(yīng)記錄下來并通過NBIoT模塊上傳至云端，以備后續(xù)審查和審計之用。

系統(tǒng)需集成紅外熱釋電人體感應(yīng)傳感器，用于檢測宿舍內(nèi)是否有人。當(dāng)檢測到有人時，系統(tǒng)可以自動調(diào)節(jié)照明和其他電器設(shè)備的狀態(tài)，以節(jié)約能源。此外，人體感應(yīng)數(shù)據(jù)也可用于輔助判斷宿舍內(nèi)的安全狀態(tài)，如在無人狀態(tài)下檢測到異常移動，系統(tǒng)應(yīng)立即發(fā)出警報并通知相關(guān)人員。人體感應(yīng)功能不僅提高了系統(tǒng)的智能化程度，也增強了安全性。

系統(tǒng)應(yīng)配置電力參數(shù)采集模塊，實時監(jiān)測宿舍內(nèi)的電壓、電流、功率等電氣參數(shù)。系統(tǒng)需設(shè)定合理的電流和功率閾值，一旦超過這些閾值，系統(tǒng)應(yīng)自動切斷電源，以防止電氣故障導(dǎo)致的火災(zāi)或其他安全事故。同時，電力監(jiān)測數(shù)據(jù)應(yīng)通過LCD顯示屏實時顯示，并通過NBIoT模塊定期上傳至云端，以便管理者進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和趨勢預(yù)測。

通過NBIoT模塊和MQTT協(xié)議，系統(tǒng)需將所有收集到的數(shù)據(jù)上傳至華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺。這包括火焰和煙霧警報、門鎖操作記錄、人體感應(yīng)數(shù)據(jù)以及電力參數(shù)等。數(shù)據(jù)上云后，可以通過Android手機APP和Windows電腦上的上位機軟件進(jìn)行遠(yuǎn)程查看。用戶可以隨時隨地監(jiān)控宿舍的安全狀況，并進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，如遠(yuǎn)程開門等。云端數(shù)據(jù)存儲還便于進(jìn)行長期的數(shù)據(jù)分析和管理。

系統(tǒng)應(yīng)配備1.44寸LCD顯示屏，用于顯示實時的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)和系統(tǒng)狀態(tài)。顯示屏應(yīng)清晰易讀，能夠顯示火焰檢測狀態(tài)、煙霧濃度、電力參數(shù)等關(guān)鍵信息。此外，顯示屏還應(yīng)顯示基本的操作指南和當(dāng)前設(shè)置狀態(tài)，以方便用戶理解和操作。

系統(tǒng)設(shè)計需充分考慮穩(wěn)定性和安全性。硬件方面，應(yīng)選用可靠耐用的組件，并確保電源穩(wěn)定。軟件方面，程序應(yīng)具備良好的錯誤處理機制和數(shù)據(jù)加密功能，以保護(hù)用戶隱私和系統(tǒng)安全。系統(tǒng)還應(yīng)支持掉電恢復(fù)功能，確保在電力中斷后能夠恢復(fù)正常工作。

通過上述功能需求的實現(xiàn)，該宿舍安防控制系統(tǒng)將能夠提供全面的安全防護(hù)，同時為用戶提供便捷的遠(yuǎn)程控制體驗。系統(tǒng)不僅提升了宿舍的安全性，還促進(jìn)了能源的有效利用，體現(xiàn)了智能化管理的優(yōu)勢。

【2】系統(tǒng)總體方案設(shè)計

系統(tǒng)總體方案設(shè)計基于STM32微控制器和NBIoT通信技術(shù)，旨在創(chuàng)建一個高度集成、智能化的宿舍安防控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了火焰檢測、煙霧檢測、門磁控制、人體感應(yīng)、電力監(jiān)測與保護(hù)以及數(shù)據(jù)上云等多項功能，確保宿舍環(huán)境的安全性、便捷性和智能化管理。核心組件包括STM32F103RCT6微控制器、MQ2煙霧傳感器、火焰檢測傳感器、紅外熱釋電人體感應(yīng)傳感器、電力參數(shù)采集模塊、蜂鳴器、NBIoT模塊BC26、5V電磁鎖、1.44寸LCD顯示屏以及一個5V 2A的穩(wěn)壓電源。

系統(tǒng)架構(gòu)分為三個主要部分：數(shù)據(jù)采集與處理、本地控制與顯示、遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理。在數(shù)據(jù)采集與處理部分，STM32F103RCT6微控制器作為系統(tǒng)的大腦，負(fù)責(zé)接收來自各類傳感器的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行初步處理。火焰檢測傳感器和煙霧傳感器分別用于監(jiān)測火焰和煙霧，一旦檢測到異常，立即觸發(fā)蜂鳴器報警，并通過NBIoT模塊將警報信息上傳至云端。電力參數(shù)采集模塊通過串口與STM32通信，實時監(jiān)測宿舍內(nèi)的電壓、電流、功率等參數(shù)，若超出預(yù)設(shè)的安全閾值，系統(tǒng)將自動切斷電源并發(fā)出警報。此外，紅外熱釋電人體感應(yīng)傳感器用于檢測宿舍內(nèi)是否有人存在，輔助判斷安全狀況并優(yōu)化能源使用。

在本地控制與顯示方面，系統(tǒng)通過1.44寸LCD顯示屏實時顯示各類傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)及系統(tǒng)狀態(tài)。用戶可以通過本地按鍵控制門鎖開啟，同時，LCD顯示屏還提供了系統(tǒng)操作指南和當(dāng)前設(shè)置狀態(tài)，增強了用戶的交互體驗。蜂鳴器作為報警裝置，會在檢測到異常情況時發(fā)出聲音警報，確保及時引起注意。門鎖采用5V電磁鎖，支持本地按鍵、手機APP以及Windows上位機軟件遠(yuǎn)程控制，確保了宿舍入口的安全性和便利性。

遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理部分是通過NBIoT模塊BC26實現(xiàn)的。該模塊利用NB-IoT網(wǎng)絡(luò)將采集到的數(shù)據(jù)上傳至華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程存儲和管理。借助于華為云提供的服務(wù)，用戶可以通過Android手機APP或Windows電腦上的上位機軟件隨時查看宿舍的實時狀態(tài)，并執(zhí)行遠(yuǎn)程控制命令，如遠(yuǎn)程開門等。數(shù)據(jù)上傳至云端后，還支持?jǐn)?shù)據(jù)分析和歷史記錄查詢，為管理者提供了決策支持。

軟件開發(fā)方面，STM32的固件采用C語言編寫，利用Keil MDK開發(fā)環(huán)境進(jìn)行編譯和調(diào)試。固件代碼實現(xiàn)了傳感器數(shù)據(jù)采集、處理、報警邏輯以及與NBIoT模塊的通信。手機APP和Windows上位機軟件則基于Qt框架開發(fā)，使用C++語言編寫，提供了直觀的用戶界面，支持?jǐn)?shù)據(jù)查看、遠(yuǎn)程控制以及系統(tǒng)配置等功能。通過這些軟件的支持，系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)基本的安全監(jiān)測和控制功能，還能提供豐富的用戶體驗。

綜上所述，本系統(tǒng)的總體設(shè)計方案綜合了先進(jìn)的傳感器技術(shù)、微控制器處理能力、NBIoT通信技術(shù)以及云端服務(wù)，形成了一套完整且高效的宿舍安防解決方案。該方案不僅提高了宿舍的安全防護(hù)水平，還增強了用戶的便捷性和舒適度，是現(xiàn)代智慧校園建設(shè)的重要組成部分。

【3】系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)的工作原理基于STM32微控制器為核心，結(jié)合多種傳感器和執(zhí)行器，通過NBIoT通信技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸和云端管理。整個系統(tǒng)的設(shè)計提供一個全面的宿舍安防解決方案，確保居住環(huán)境的安全性和便利性。

系統(tǒng)通過各類傳感器對宿舍環(huán)境進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測。火焰檢測傳感器和煙霧傳感器（如MQ-2）分別用于檢測火焰和煙霧的存在。這些傳感器將環(huán)境中的物理變化轉(zhuǎn)化為電信號，然后傳遞給STM32微控制器。一旦檢測到火焰或煙霧濃度超過預(yù)設(shè)閾值，STM32會立即觸發(fā)蜂鳴器發(fā)出警報，提醒宿舍內(nèi)的人員注意潛在的火災(zāi)風(fēng)險。同時，系統(tǒng)會通過NBIoT模塊將警報信息發(fā)送到華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺，以便遠(yuǎn)程監(jiān)控和快速響應(yīng)。

對于門磁控制，系統(tǒng)配備了5V電磁鎖，支持多種開門方式。用戶可以通過宿舍內(nèi)的本地按鍵手動開啟門鎖，也可以通過手機APP或Windows電腦上的上位機軟件發(fā)送遠(yuǎn)程開門指令。這些指令通過NBIoT模塊傳輸?shù)絊TM32，由微控制器解析后控制電磁鎖的動作。每次門鎖操作都會記錄下來，并通過NBIoT模塊上傳至云端，便于后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和安全審計。

人體感應(yīng)功能由紅外熱釋電傳感器實現(xiàn)。該傳感器能夠檢測宿舍內(nèi)是否有人存在，并將信號發(fā)送給STM32。這不僅有助于判斷宿舍內(nèi)是否有未經(jīng)授權(quán)的闖入者，還可以根據(jù)檢測結(jié)果自動調(diào)整宿舍內(nèi)的照明和其他電器設(shè)備的狀態(tài)，以節(jié)省能源。人體感應(yīng)數(shù)據(jù)同樣會被記錄并上傳至云端，以供進(jìn)一步分析和使用。

電力監(jiān)測是系統(tǒng)的一項重要功能。通過電力參數(shù)采集模塊，系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測宿舍內(nèi)的電壓、電流和功率等參數(shù)。當(dāng)這些參數(shù)超過預(yù)設(shè)的安全閾值時，系統(tǒng)會自動切斷電源以防止電氣故障，并通過蜂鳴器發(fā)出警報。電力監(jiān)測數(shù)據(jù)也會通過LCD顯示屏顯示，并通過NBIoT模塊上傳至云端，便于遠(yuǎn)程監(jiān)控和故障排查。

在數(shù)據(jù)處理和傳輸方面，STM32微控制器負(fù)責(zé)接收來自各個傳感器的數(shù)據(jù)，進(jìn)行初步處理，并通過NBIoT模塊BC26將數(shù)據(jù)發(fā)送到華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺。NBIoT技術(shù)以其低功耗和廣覆蓋的特點，非常適合于這類需要長時間在線監(jiān)測的應(yīng)用場景。數(shù)據(jù)上傳至云端后，可以通過手機APP或Windows上位機軟件進(jìn)行遠(yuǎn)程查看和控制。用戶可以隨時隨地監(jiān)控宿舍的安全狀況，并執(zhí)行遠(yuǎn)程操作，如遠(yuǎn)程開門等。

系統(tǒng)還配備了一個1.44寸LCD顯示屏，用于本地顯示各種監(jiān)測數(shù)據(jù)和系統(tǒng)狀態(tài)。這使得用戶可以直接在宿舍內(nèi)查看關(guān)鍵信息，而不需要依賴遠(yuǎn)程設(shè)備。顯示屏還可以顯示系統(tǒng)的基本操作指南，方便用戶理解和操作。

系統(tǒng)通過集成多種傳感器、執(zhí)行器和通信模塊，實現(xiàn)了對宿舍環(huán)境的全面監(jiān)測與控制。從火焰和煙霧檢測到門磁控制，再到電力監(jiān)測和人體感應(yīng)，每一項功能都緊密配合，確保宿舍的安全和舒適。通過NBIoT技術(shù)與云端服務(wù)的結(jié)合，系統(tǒng)不僅實現(xiàn)了本地的即時響應(yīng)，還提供了遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制的能力，為用戶提供了一個全方位、智能化的宿舍安防解決方案。

1.3 系統(tǒng)框架圖

1.4 系統(tǒng)功能總結(jié)

為了清晰地展示系統(tǒng)的主要功能，下面是一個系統(tǒng)功能總結(jié)的表格。這個表格列出了每個功能的描述、涉及的關(guān)鍵組件以及預(yù)期的效果。

功能總結(jié)

• 火焰檢測與煙霧檢測 ：通過火焰檢測傳感器和MQ2煙霧傳感器實時監(jiān)測宿舍內(nèi)的火焰和煙霧情況，一旦檢測到異常，立即觸發(fā)蜂鳴器報警，并通過NBIoT模塊將警報信息上傳至云端，確保及時響應(yīng)火災(zāi)風(fēng)險。
• 門磁控制 ：結(jié)合5V電磁鎖和STM32微控制器，支持本地按鍵開門、手機APP和Windows上位機遠(yuǎn)程開門，提高宿舍入口的安全性和便利性。
• 人體感應(yīng) ：利用紅外熱釋電傳感器檢測宿舍內(nèi)是否有人存在，輔助判斷宿舍狀態(tài)，優(yōu)化能源使用，并提高安全性。
• 電力監(jiān)測與保護(hù) ：通過電力參數(shù)采集模塊監(jiān)測宿舍內(nèi)的電壓、電流和功率，當(dāng)超過預(yù)設(shè)閾值時，系統(tǒng)自動切斷電源并發(fā)出警報，確保用電安全。
• 數(shù)據(jù)上云 ：通過NBIoT模塊BC26將采集的數(shù)據(jù)上傳至華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，便于管理者進(jìn)行決策。
• 本地數(shù)據(jù)顯示 ：1.44寸LCD顯示屏實時顯示宿舍內(nèi)的各種監(jiān)測數(shù)據(jù)和系統(tǒng)狀態(tài)，提供直觀的信息展示。
• 遠(yuǎn)程控制 ：通過手機APP和Windows上位機軟件，用戶可以遠(yuǎn)程查看宿舍狀態(tài)并執(zhí)行控制命令，如遠(yuǎn)程開門等，提高系統(tǒng)的靈活性和可用性。

1.5 系統(tǒng)原理圖

1.6 實物圖

1.7 模塊的技術(shù)詳情介紹

【1】NBIOT-BC26模塊

NBIoT-BC26模塊是由中國移動通信研究院和移遠(yuǎn)通信合作推出的一款NB-IoT（窄帶物聯(lián)網(wǎng)）通信模塊，專為低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN）應(yīng)用而設(shè)計。NB-IoT是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的一項重要通信技術(shù)，具有低功耗、低成本、大連接和廣覆蓋的特點，能夠為各種智能終端提供穩(wěn)定、高效的無線連接。BC26模塊廣泛應(yīng)用于智能表計、智慧城市、資產(chǎn)追蹤、環(huán)境監(jiān)測和遠(yuǎn)程控制等領(lǐng)域。

BC26模塊的尺寸小巧（大約為19.9mm × 23.6mm），功耗極低，非常適合空間有限、功耗敏感的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。模塊支持電池供電，并具備深度睡眠模式，使其在無操作時的功耗極低，這在需要長時間工作和持續(xù)連接的應(yīng)用中極為重要。BC26模塊在設(shè)計上特別注重能效管理，其低功耗特性為長時間、低成本的物聯(lián)網(wǎng)部署提供了可行性。

BC26模塊支持NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)的三種部署模式：獨立部署、保護(hù)帶部署和帶內(nèi)部署，使其能夠適應(yīng)不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。它支持多個頻段，如B1、B3、B5、B8、B20等，能夠滿足不同地區(qū)和國家的通信需求。BC26模塊提供高達(dá)幾百kbps的下行速率，盡管比4G等高帶寬網(wǎng)絡(luò)慢得多，但對于大多數(shù)傳感器數(shù)據(jù)、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)和狀態(tài)上報等低數(shù)據(jù)量的物聯(lián)網(wǎng)通信來說已經(jīng)足夠。

在網(wǎng)絡(luò)連接上，BC26模塊使用了NB-IoT技術(shù)特有的窄帶無線頻譜，使其具備極強的網(wǎng)絡(luò)覆蓋能力。與傳統(tǒng)移動網(wǎng)絡(luò)相比，NB-IoT模塊能夠在更深的樓宇或地下環(huán)境中保持穩(wěn)定連接。這一特性對于智慧城市建設(shè)中廣泛分布的智能設(shè)備至關(guān)重要，確保了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的可靠通信。

BC26模塊支持標(biāo)準(zhǔn)的AT命令集，使得開發(fā)者能夠通過簡單的指令進(jìn)行配置和操作，包括網(wǎng)絡(luò)注冊、連接管理、數(shù)據(jù)發(fā)送與接收等。使用AT命令，開發(fā)人員可以快速實現(xiàn)與云平臺的通信、數(shù)據(jù)傳輸和遠(yuǎn)程管理。BC26模塊還支持多種通信協(xié)議，如UDP和CoAP，可以通過這些協(xié)議實現(xiàn)高效的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸。

為了滿足物聯(lián)網(wǎng)的安全需求，BC26模塊支持多種加密和認(rèn)證機制，如數(shù)據(jù)加密、SIM卡認(rèn)證等。這些功能增強了通信過程中的安全性，確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中不會被惡意截取或篡改。通過與云平臺的連接，BC26模塊能夠?qū)⒉杉降脑O(shè)備數(shù)據(jù)上傳至云端，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析和設(shè)備管理等功能，助力企業(yè)構(gòu)建智能化的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

BC26模塊具備較強的抗干擾能力和穩(wěn)定性，即使在復(fù)雜的無線環(huán)境下也能保持高效通信。它的接口類型包括UART、SPI和I2C等，方便與各種單片機、傳感器和其他外圍設(shè)備集成。BC26模塊還支持多種電源管理模式，開發(fā)者可以根據(jù)應(yīng)用需求設(shè)置不同的功耗模式，以優(yōu)化能源使用。

NBIoT-BC26模塊以其低功耗、高效能、廣覆蓋和易于開發(fā)的特點，為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供了可靠的無線通信解決方案。它特別適用于大規(guī)模、分布廣泛、低數(shù)據(jù)量傳輸?shù)膱鼍?，成為智能終端和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集的重要通信模塊之一。BC26模塊的靈活性和可靠性為各類物聯(lián)網(wǎng)項目的構(gòu)建和部署提供了理想的支持。

【2】MQ2氣體傳感器

MQ2氣體傳感器是一種常見的氣體檢測設(shè)備，能夠用于監(jiān)測環(huán)境中的多種氣體，包括可燃性氣體和煙霧等。其工作原理基于金屬氧化物半導(dǎo)體（MOS），當(dāng)傳感器暴露于特定氣體環(huán)境中時，其電阻會發(fā)生變化，從而使傳感器產(chǎn)生不同的電信號，進(jìn)而被檢測出來。以下是MQ2傳感器的詳細(xì)介紹：

MQ2傳感器的主要特點是能夠檢測多種氣體，如液化氣（LPG）、丙烷、氫氣、一氧化碳（CO）、酒精和煙霧。由于其靈敏度較高，尤其在檢測煙霧和可燃性氣體方面表現(xiàn)優(yōu)異，因此被廣泛應(yīng)用于家庭安全系統(tǒng)、氣體泄漏報警設(shè)備、工業(yè)監(jiān)測和其他涉及氣體檢測的應(yīng)用場景中。它在確保居家安全和工業(yè)生產(chǎn)安全方面扮演著重要角色。

MQ2傳感器通常由一個加熱元件和一個電阻傳感元件組成。當(dāng)傳感器通電時，其內(nèi)部加熱元件會加熱傳感表面，這一過程有助于加速氣體與傳感層之間的反應(yīng)速度。加熱器會在傳感器表面形成一個高溫環(huán)境，從而提高檢測氣體的反應(yīng)速度。傳感元件的電阻在不同濃度的可燃?xì)怏w或煙霧中會發(fā)生變化，通過測量該電阻的變化，可以得到環(huán)境中氣體的濃度信息。

該傳感器的輸出為模擬信號，通常需要通過微控制器（如STM32）進(jìn)行信號的采集和處理。為了將MQ2的模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，通常會配合ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）模塊。還可以使用合適的閾值設(shè)定來判斷是否達(dá)到報警條件。大多數(shù)情況下，它需要一定的預(yù)熱時間來達(dá)到穩(wěn)定的工作狀態(tài)（一般為20至30秒），以確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

MQ2傳感器的優(yōu)點在于價格低廉、靈敏度較高、易于使用并且能夠適應(yīng)不同氣體檢測需求。它的工作電壓通常為5V，并支持模擬和數(shù)字兩種輸出模式。需要注意的是，MQ2的輸出信號會受到環(huán)境溫濕度的影響，因此在某些特殊環(huán)境下需要進(jìn)行校準(zhǔn)或考慮其影響。同時，由于傳感器對多種氣體具有一定的反應(yīng)，因此有可能出現(xiàn)干擾，需要針對特定場景做專門的氣體選擇性檢測。

在使用時，MQ2氣體傳感器通常與負(fù)載電阻（Load Resistor）連接形成一個簡單的電路。負(fù)載電阻的大小可以影響傳感器的靈敏度和響應(yīng)時間，因此需要根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行合理選擇。MQ2氣體傳感器適用于氣體檢測報警、電路保護(hù)、消防報警和家用安全等領(lǐng)域。

【3】火焰檢測模塊

火焰檢測模塊是一種基于紅外或紫外光譜檢測火焰的傳感器裝置，廣泛用于火災(zāi)預(yù)警、工業(yè)安全、家居安防和自動化系統(tǒng)等領(lǐng)域。它通過感應(yīng)火焰發(fā)出的光信號來實現(xiàn)火焰的檢測和監(jiān)控，可以快速識別火源并提供警報信號，從而有效降低火災(zāi)風(fēng)險，保護(hù)生命和財產(chǎn)安全。

火焰檢測模塊通常依靠感應(yīng)火焰所產(chǎn)生的特定波長的光線來進(jìn)行檢測。大多數(shù)火焰檢測模塊基于紅外感應(yīng)技術(shù)，能夠探測到760納米至1100納米波長的紅外光，部分高精度的模塊也能夠探測紫外光（185-260納米范圍）。由于火焰中含有熾熱的燃燒氣體，這些氣體會在燃燒過程中發(fā)出特定波長的紅外或紫外線，因此火焰檢測模塊可以通過識別這些光信號來判斷火焰的存在。

火焰檢測模塊一般由光敏元件、濾光器和放大電路等組成。光敏元件可以是光電二極管、光敏晶體管或其他類型的紅外傳感器。當(dāng)火焰光線被光敏元件接收時，會引起光電效應(yīng)，從而產(chǎn)生電信號。經(jīng)過濾波和放大處理后，這一信號被傳遞到微控制器（如STM32）或報警電路中，觸發(fā)相應(yīng)的動作，比如蜂鳴器報警或關(guān)閉電源。

火焰檢測模塊的輸出通常為數(shù)字和模擬信號兩種模式。數(shù)字信號輸出通常以高低電平的形式表示是否檢測到火焰。對于許多簡單應(yīng)用，數(shù)字信號足以實現(xiàn)火焰的快速識別。模擬信號輸出則提供了更精確的測量值，可以反映火焰的強度和距離。通過對模擬信號的采集和處理，可以對火焰的狀態(tài)和變化進(jìn)行更深入的分析和判斷。

火焰檢測模塊具有反應(yīng)迅速、靈敏度高和抗干擾性強的特點，能夠在短時間內(nèi)檢測到火焰的存在并發(fā)出警報。其檢測距離和角度通常受光敏元件的靈敏度和透鏡的設(shè)計影響，一般的檢測角度為60°至120°，檢測距離可達(dá)幾米至十幾米。用戶可以通過調(diào)節(jié)模塊上的靈敏度電位器來設(shè)定檢測靈敏度，從而滿足不同應(yīng)用場景的需求。

在使用火焰檢測模塊時，環(huán)境光和反射物體可能會對檢測結(jié)果產(chǎn)生影響。因此，在安裝和應(yīng)用時需要注意避免陽光直射或強光干擾。模塊應(yīng)對準(zhǔn)可能的火源方向，以便獲得最佳的檢測效果。此外，為了提高火焰檢測的可靠性，模塊通常與其他傳感器（如煙霧傳感器、溫度傳感器）聯(lián)合使用，形成多層次的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，以減少誤報警的風(fēng)險。

火焰檢測模塊被廣泛用于工業(yè)設(shè)備監(jiān)控、燃?xì)庠罹甙踩刂?、火?zāi)報警器等場合。它能夠在火災(zāi)初期迅速響應(yīng)，及時發(fā)出報警信號或采取控制措施，從而大大提高火災(zāi)防控能力，保護(hù)生命和財產(chǎn)安全?？偟膩碚f，火焰檢測模塊是一個重要的安防組件，為多種應(yīng)用提供了可靠的火災(zāi)預(yù)警和安全保障功能。

【4】蜂鳴器模塊

高低電平控制的有源蜂鳴器是一種集成了振蕩電路和發(fā)聲組件的電子器件，通過簡單的電平控制即可產(chǎn)生聲音提示，廣泛用于報警系統(tǒng)、家電、智能設(shè)備以及工控系統(tǒng)等需要聲音提示的場合。相比無源蜂鳴器，有源蜂鳴器不需要外部提供驅(qū)動頻率信號，內(nèi)部已包含振蕩電路，因此只需提供電源和控制電平就能發(fā)聲，使用更加方便。

有源蜂鳴器通常由電磁線圈、鐵芯、磁鐵、振蕩器、以及振膜等組成。當(dāng)給蜂鳴器供電時，內(nèi)置振蕩電路開始工作，產(chǎn)生一定頻率的交變磁場，使振膜不斷振動，從而發(fā)出連續(xù)的“嘀嘀”聲。蜂鳴器的工作頻率通常在2kHz至4kHz之間，這一頻段的聲音刺耳，便于在嘈雜環(huán)境中引起注意。

高低電平控制的有源蜂鳴器根據(jù)輸入信號的不同可以分為高電平觸發(fā)和低電平觸發(fā)兩種類型。高電平觸發(fā)的蜂鳴器在輸入信號為高電平時發(fā)聲，而低電平觸發(fā)的蜂鳴器則在輸入信號為低電平時發(fā)聲。此設(shè)計使得蜂鳴器能夠靈活適應(yīng)不同的控制電路要求，便于和各類控制器（如單片機、PLC）直接對接，通過簡單的GPIO信號即可控制蜂鳴器發(fā)聲或停止。

在電氣特性方面，有源蜂鳴器的工作電壓通常在3V到12V之間，常見的規(guī)格為5V和12V兩種，用戶可以根據(jù)應(yīng)用場合選擇適合的電壓等級。有源蜂鳴器的功耗較低，工作電流通常在幾十毫安左右，因此適合電池供電設(shè)備以及低功耗應(yīng)用場景。蜂鳴器的封裝形式有插件式和貼片式兩種，插件式適合在PCB上直接安裝，而貼片式則適合自動化設(shè)備生產(chǎn)，更加適合高密度電路板應(yīng)用。

由于內(nèi)置了振蕩電路，有源蜂鳴器在使用中不需要考慮驅(qū)動頻率的問題，只需控制電平即可實現(xiàn)發(fā)聲與停止，因此開發(fā)簡單，安裝便捷。在實際應(yīng)用中，若需實現(xiàn)不同的報警音效，可以通過脈沖信號控制發(fā)聲的間歇頻率，使蜂鳴器產(chǎn)生間歇報警聲。此外，在電平驅(qū)動的電路中，有源蜂鳴器還可以與其他傳感器、開關(guān)、按鍵等組件配合，構(gòu)建智能化的聲音提示系統(tǒng)，以提升設(shè)備的交互體驗。

【5】人體感應(yīng)傳感器

熱釋電人體感應(yīng)傳感器，也稱為PIR（Passive Infrared）傳感器，是一種常用于檢測人體活動的傳感設(shè)備。它基于紅外輻射感應(yīng)原理，能夠探測到人體發(fā)出的紅外熱輻射并產(chǎn)生信號輸出，從而感知人體的存在或運動。PIR傳感器廣泛應(yīng)用于自動門、安防報警系統(tǒng)、智能家居照明控制等領(lǐng)域，憑借其可靠性高、成本低和易于集成的特點，成為了主流的人體感應(yīng)方案。

PIR傳感器的核心組件是一個熱釋電元件，該元件能夠?qū)t外線的變化產(chǎn)生響應(yīng)。人體通常會發(fā)出紅外線，其波長在8到14微米范圍內(nèi)。當(dāng)一個人進(jìn)入傳感器的檢測范圍時，會引起傳感器探測區(qū)域內(nèi)紅外輻射的變化。傳感器內(nèi)的熱釋電元件在接收到紅外信號后，會產(chǎn)生微弱的電壓變化，通過放大電路將這種變化轉(zhuǎn)化為可用的電信號。這一電信號可以用于控制后續(xù)電路，比如啟動蜂鳴器報警或觸發(fā)電路開關(guān)等。

為了提高檢測精度和靈敏度，PIR傳感器通常會配備菲涅爾透鏡。菲涅爾透鏡可以將紅外線聚焦到傳感器的熱釋電元件上，并分成多個“檢測區(qū)域”，以便更精確地感知人體活動。這一設(shè)計使得傳感器能夠區(qū)分不同方向和距離的運動，從而更準(zhǔn)確地觸發(fā)感應(yīng)。

熱釋電人體感應(yīng)傳感器通常有兩種工作模式：觸發(fā)模式和非觸發(fā)模式。觸發(fā)模式用于檢測到運動后產(chǎn)生高低電平信號，并在延時后恢復(fù)初始狀態(tài)。這種模式適用于自動門控制和智能燈控制等場景。而在非觸發(fā)模式下，傳感器檢測到運動信號時，會保持高電平輸出，適合需要長時間信號保持的應(yīng)用。

PIR傳感器具有高靈敏度和較低的功耗，這使其非常適合電池供電的設(shè)備。同時，由于PIR傳感器本身是“被動”的，只需感知外界紅外輻射，無需主動發(fā)射信號，因此具有抗干擾能力強和安全性好的特點。此外，PIR傳感器的檢測距離和范圍通?？梢酝ㄟ^調(diào)整其光學(xué)鏡頭和電路參數(shù)來設(shè)定，一般的檢測距離為3-7米，覆蓋角度約為120°至180°，具體參數(shù)可以根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行配置。

需要注意的是，熱釋電人體感應(yīng)傳感器可能會受環(huán)境溫度變化影響。在高溫或低溫環(huán)境下，其檢測靈敏度可能會有所變化。此外，傳感器也可能受到電磁干擾的影響，因此在設(shè)計和使用時需注意電磁屏蔽和環(huán)境適配，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。總體來說，PIR傳感器以其簡便的操作和廣泛的適用性，在智能家居、安防系統(tǒng)和自動化控制等方面得到了廣泛應(yīng)用。

【6】電磁鎖

電磁鎖是一種利用電磁力進(jìn)行控制的鎖具，常用于門禁系統(tǒng)、安防系統(tǒng)以及其他需要電子控制的場景。它以可靠性高、響應(yīng)快速、使用方便而著稱，是現(xiàn)代智能控制設(shè)備中常見的組件。電磁鎖的工作原理是通過電流產(chǎn)生的磁力來實現(xiàn)鎖定和解鎖，當(dāng)電流通過電磁線圈時，線圈內(nèi)會產(chǎn)生強磁場，使金屬鎖體吸附或釋放，從而控制門的開關(guān)狀態(tài)。

電磁鎖的基本結(jié)構(gòu)包括線圈、鐵芯和鎖體。通常情況下，當(dāng)鎖需要處于鎖定狀態(tài)時，通電后的線圈會產(chǎn)生強大的磁力，將鎖舌牢牢吸附在鎖體內(nèi)，形成一個封閉的門鎖結(jié)構(gòu)。相反，當(dāng)需要解鎖時，切斷電源，電磁力隨之消失，鎖體便會自動釋放。由于其操作原理基于電磁效應(yīng)，電磁鎖通常需要穩(wěn)定的直流電源供電，一般為12V或24V直流電。

電磁鎖有多種類型，常見的有普通電磁鎖、磁力鎖、斷電型和通電型。普通電磁鎖常用于門禁控制系統(tǒng)，具有高強度的磁力吸附，能夠有效防止非法闖入。磁力鎖一般安裝在門框頂部，通過磁力將門吸住，適用于輕型門的開關(guān)控制。斷電型電磁鎖在斷電時解鎖，這種設(shè)計適用于緊急出口或消防安全通道，確保在斷電時門能夠自動解鎖，方便人員迅速疏散。而通電型電磁鎖則相反，在通電時解鎖，適用于某些特定的安防場景。

電磁鎖的優(yōu)勢在于其耐用性和安全性。由于其內(nèi)部沒有機械活動部件，工作時沒有磨損和卡滯，使用壽命長且維護(hù)成本較低。與傳統(tǒng)機械鎖相比，電磁鎖的操作也更加安靜和穩(wěn)定，尤其適合對噪音敏感的環(huán)境。此外，電磁鎖還可以與多種智能設(shè)備集成，支持遠(yuǎn)程控制、指紋識別、密碼輸入等多種解鎖方式，使其廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代建筑的安防系統(tǒng)中。

在使用電磁鎖時，需要注意供電的穩(wěn)定性，防止電源波動或中斷可能導(dǎo)致的誤動作。通常，電磁鎖會配備斷電保護(hù)機制或后備電源，以確保在電力中斷的情況下依然能夠保持安全性。另外，在實際應(yīng)用中，電磁鎖的安裝位置和固定方式會影響其鎖緊力。為了確保安全性，必須保證鎖具與門體或門框緊密接觸，并避免松動或錯位。

電磁鎖的應(yīng)用范圍涵蓋了住宅小區(qū)、辦公樓、商場、機場、醫(yī)院等場所。由于其響應(yīng)快速、鎖定力強和易于與電子系統(tǒng)集成，電磁鎖在智能門禁系統(tǒng)中占據(jù)重要位置，為提升場所的安全性和管理便捷性提供了可靠的解決方案。

【7】MQTT協(xié)議

MQTT（Message Queuing Telemetry Transport，消息隊列遙測傳輸協(xié)議）是一種輕量級、發(fā)布/訂閱模式的消息傳輸協(xié)議，專為低帶寬、不可靠網(wǎng)絡(luò)環(huán)境設(shè)計。它最早由IBM提出，現(xiàn)已成為物聯(lián)網(wǎng)（IoT）通信的重要協(xié)議之一。由于其高效、低功耗和實時性等特點，MQTT在智能家居、工業(yè)自動化、遠(yuǎn)程監(jiān)控和車聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

MQTT的工作原理基于發(fā)布/訂閱模型。這種模型有別于傳統(tǒng)的客戶端-服務(wù)器模型，通信方不需要直接建立連接。MQTT由三個核心組件構(gòu)成：客戶端、代理（Broker）和主題（Topic）?？蛻舳丝梢宰鳛橄⒌陌l(fā)布者或訂閱者，消息通過代理進(jìn)行路由。代理是一個中間服務(wù)端，用于接收和分發(fā)來自不同客戶端的消息。發(fā)布者發(fā)送消息到一個特定的主題上，代理負(fù)責(zé)將這些消息分發(fā)給所有訂閱了該主題的客戶端。通過這種解耦的架構(gòu)設(shè)計，客戶端之間可以實現(xiàn)松耦合的通信，降低了復(fù)雜性和依賴性。

在MQTT協(xié)議中，消息被分為不同的主題（Topic），例如“home/sensor/temperature”可以用來代表溫度傳感器數(shù)據(jù)?？蛻舳丝梢杂嗛嗊@個主題，當(dāng)發(fā)布者發(fā)送新的數(shù)據(jù)到該主題時，所有訂閱該主題的客戶端都會收到更新信息。這種靈活的主題結(jié)構(gòu)和層次化的命名規(guī)則，使得MQTT在復(fù)雜場景下也能快速組織和管理消息流。

MQTT協(xié)議支持三種服務(wù)質(zhì)量（QoS）等級，分別為“至多一次”（QoS 0）、“至少一次”（QoS 1）和“僅一次”（QoS 2）。QoS 0表示消息傳輸盡力而為，可能會丟失或重復(fù)；QoS 1確保消息至少送達(dá)一次，但可能會有重復(fù)；QoS 2則確保消息恰好傳輸一次，保證消息的嚴(yán)格可靠性。這種設(shè)計使MQTT能夠適應(yīng)不同的應(yīng)用場景，用戶可以根據(jù)應(yīng)用需求選擇合適的QoS級別。

為了保證通信的安全性，MQTT支持用戶名和密碼驗證，代理可以對連接進(jìn)行身份認(rèn)證。此外，許多實現(xiàn)中還支持TLS/SSL加密通信，確保數(shù)據(jù)在傳輸過程中不會被竊取或篡改。用戶也可以使用不同的認(rèn)證方式來增強系統(tǒng)的安全性，適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中對安全性的高需求。

MQTT非常注重輕量化和低功耗。它的報文頭非常小，通信開銷很低，這使其特別適合在資源受限的設(shè)備或不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中使用。MQTT支持“保持連接”和“遺囑消息”功能，客戶端可以在連接斷開時自動向代理發(fā)送遺囑消息，通知其他客戶端連接狀態(tài)的變化。這種特性有助于提高網(wǎng)絡(luò)的健壯性和系統(tǒng)的可用性。

MQTT的典型使用場景包括物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)采集、實時監(jiān)控、消息推送和控制命令的發(fā)布。比如在智能家居中，傳感器可以發(fā)布環(huán)境數(shù)據(jù)，如溫濕度、煙霧濃度等，控制設(shè)備根據(jù)收到的消息作出響應(yīng)，實現(xiàn)自動化操作。在工業(yè)場景中，MQTT可以幫助收集和管理大規(guī)模設(shè)備的運行狀態(tài)，實現(xiàn)集中化和高效的設(shè)備監(jiān)控。

總的來說，MQTT協(xié)議憑借其低功耗、高效能、實時性強等優(yōu)勢，已成為物聯(lián)網(wǎng)通信的主要協(xié)議之一。它的發(fā)布/訂閱模式簡化了設(shè)備之間的通信，使其特別適合多對多、低延遲、高可靠性的數(shù)據(jù)傳輸場景。MQTT易于使用、拓展性強，為開發(fā)者提供了靈活的解決方案來構(gòu)建各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

1.8 參考文獻(xiàn)

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二、部署華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺

華為云官網(wǎng): https://www.huaweicloud.com/

打開官網(wǎng)，搜索物聯(lián)網(wǎng)，就能快速找到 設(shè)備接入IoTDA。

2.1 物聯(lián)網(wǎng)平臺介紹

華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺（IoT 設(shè)備接入云服務(wù)）提供海量設(shè)備的接入和管理能力，將物理設(shè)備聯(lián)接到云，支撐設(shè)備數(shù)據(jù)采集上云和云端下發(fā)命令給設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，配合華為云其他產(chǎn)品，幫助我們快速構(gòu)筑物聯(lián)網(wǎng)解決方案。

使用物聯(lián)網(wǎng)平臺構(gòu)建一個完整的物聯(lián)網(wǎng)解決方案主要包括3部分：物聯(lián)網(wǎng)平臺、業(yè)務(wù)應(yīng)用和設(shè)備。

物聯(lián)網(wǎng)平臺作為連接業(yè)務(wù)應(yīng)用和設(shè)備的中間層，屏蔽了各種復(fù)雜的設(shè)備接口，實現(xiàn)設(shè)備的快速接入；同時提供強大的開放能力，支撐行業(yè)用戶構(gòu)建各種物聯(lián)網(wǎng)解決方案。

設(shè)備可以通過固網(wǎng)、2G/3G/4G/5G、NB-IoT、Wifi等多種網(wǎng)絡(luò)接入物聯(lián)網(wǎng)平臺，并使用LWM2M/CoAP、MQTT、HTTPS協(xié)議將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)上報到平臺，平臺也可以將控制命令下發(fā)給設(shè)備。

業(yè)務(wù)應(yīng)用通過調(diào)用物聯(lián)網(wǎng)平臺提供的API，實現(xiàn)設(shè)備數(shù)據(jù)采集、命令下發(fā)、設(shè)備管理等業(yè)務(wù)場景。

2.2 開通物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)

地址： https://www.huaweicloud.com/product/iothub.html

點擊立即創(chuàng)建。

正在創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)版實例，需要等待片刻。

創(chuàng)建完成之后，點擊實例名稱。 可以看到標(biāo)準(zhǔn)版實例的設(shè)備接入端口和地址。

在上面也能看到 免費單元的限制。

開通之后，點擊總覽，也能查看接入信息。 我們當(dāng)前設(shè)備準(zhǔn)備采用MQTT協(xié)議接入華為云平臺，這里可以看到MQTT協(xié)議的地址和端口號等信息。

總結(jié):

端口號：   MQTT (1883)| MQTTS (8883)	
接入地址：ad635970a1.st1.iotda-device.cn-north-4.myhuaweicloud.com

**根據(jù)域名地址得到IP地址信息: **

打開Windows電腦的命令行控制臺終端，使用ping 命令。ping一下即可。

Microsoft Windows [版本 10.0.19045.4170]
(c) Microsoft Corporation。保留所有權(quán)利。

C:Users11266 >ping ad635970a1.st1.iotda-device.cn-north-4.myhuaweicloud.com

正在 Ping ad635970a1.st1.iotda-device.cn-north-4.myhuaweicloud.com [117.78.5.125] 具有 32 字節(jié)的數(shù)據(jù):
來自 117.78.5.125 的回復(fù): 字節(jié)=32 時間=35ms TTL=93
來自 117.78.5.125 的回復(fù): 字節(jié)=32 時間=36ms TTL=93
來自 117.78.5.125 的回復(fù): 字節(jié)=32 時間=36ms TTL=93
來自 117.78.5.125 的回復(fù): 字節(jié)=32 時間=39ms TTL=93

117.78.5.125 的 Ping 統(tǒng)計信息:
    數(shù)據(jù)包: 已發(fā)送 = 4，已接收 = 4，丟失 = 0 (0% 丟失)，
往返行程的估計時間(以毫秒為單位):
    最短 = 35ms，最長 = 39ms，平均 = 36ms

C:Users11266 >

MQTT協(xié)議接入端口號有兩個，1883是非加密端口，8883是證書加密端口，單片機無法加載證書，所以使用1883端口比較合適。 接下來的ESP8266就采用1883端口連接華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺。

2.3 創(chuàng)建產(chǎn)品

（1）創(chuàng)建產(chǎn)品

（2）填寫產(chǎn)品信息

根據(jù)自己產(chǎn)品名字填寫，下面的設(shè)備類型選擇自定義類型。

（3）產(chǎn)品創(chuàng)建成功

創(chuàng)建完成之后點擊查看詳情。

（4）添加自定義模型

產(chǎn)品創(chuàng)建完成之后，點擊進(jìn)入產(chǎn)品詳情頁面，翻到最下面可以看到模型定義。

模型簡單來說： 就是存放設(shè)備上傳到云平臺的數(shù)據(jù)。

你可以根據(jù)自己的產(chǎn)品進(jìn)行創(chuàng)建。

比如：

煙霧可以叫  MQ2
溫度可以叫  Temperature
濕度可以叫  humidity
火焰可以叫  flame
其他的傳感器自己用單詞簡寫命名即可。 這就是你的單片機設(shè)備端上傳到服務(wù)器的數(shù)據(jù)名字。

先點擊自定義模型。

再創(chuàng)建一個服務(wù)ID。

接著點擊新增屬性。

2.4 添加設(shè)備

產(chǎn)品是屬于上層的抽象模型，接下來在產(chǎn)品模型下添加實際的設(shè)備。添加的設(shè)備最終需要與真實的設(shè)備關(guān)聯(lián)在一起，完成數(shù)據(jù)交互。

（1）注冊設(shè)備

（2）根據(jù)自己的設(shè)備填寫

（3）保存設(shè)備信息

創(chuàng)建完畢之后，點擊保存并關(guān)閉，得到創(chuàng)建的設(shè)備密匙信息。該信息在后續(xù)生成MQTT三元組的時候需要使用。

（4）設(shè)備創(chuàng)建完成

（5）設(shè)備詳情

2.5 MQTT協(xié)議主題訂閱與發(fā)布

（1）MQTT協(xié)議介紹

當(dāng)前的設(shè)備是采用MQTT協(xié)議與華為云平臺進(jìn)行通信。

MQTT是一個物聯(lián)網(wǎng)傳輸協(xié)議，它被設(shè)計用于輕量級的發(fā)布/訂閱式消息傳輸，旨在為低帶寬和不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提供可靠的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。MQTT是專門針對物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)的輕量級傳輸協(xié)議。MQTT協(xié)議針對低帶寬網(wǎng)絡(luò)，低計算能力的設(shè)備，做了特殊的優(yōu)化，使得其能適應(yīng)各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場景。目前MQTT擁有各種平臺和設(shè)備上的客戶端，已經(jīng)形成了初步的生態(tài)系統(tǒng)。

MQTT是一種消息隊列協(xié)議，使用發(fā)布/訂閱消息模式，提供一對多的消息發(fā)布，解除應(yīng)用程序耦合，相對于其他協(xié)議，開發(fā)更簡單；MQTT協(xié)議是工作在TCP/IP協(xié)議上；由TCP/IP協(xié)議提供穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)連接；所以，只要具備TCP協(xié)議棧的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都可以使用MQTT協(xié)議。 本次設(shè)備采用的ESP8266就具備TCP協(xié)議棧，能夠建立TCP連接，所以，配合STM32代碼里封裝的MQTT協(xié)議，就可以與華為云平臺完成通信。

華為云的MQTT協(xié)議接入幫助文檔在這里: https://support.huaweicloud.com/devg-iothub/iot_02_2200.html

業(yè)務(wù)流程：

（2）華為云平臺MQTT協(xié)議使用限制

（3）主題訂閱格式

幫助文檔地址：https://support.huaweicloud.com/devg-iothub/iot_02_2200.html

對于設(shè)備而言，一般會訂閱平臺下發(fā)消息給設(shè)備 這個主題。

設(shè)備想接收平臺下發(fā)的消息，就需要訂閱平臺下發(fā)消息給設(shè)備 的主題，訂閱后，平臺下發(fā)消息給設(shè)備，設(shè)備就會收到消息。

如果設(shè)備想要知道平臺下發(fā)的消息，需要訂閱上面圖片里標(biāo)注的主題。

以當(dāng)前設(shè)備為例，最終訂閱主題的格式如下:
$oc/devices/{device_id}/sys/messages/down
    
最終的格式:
$oc/devices/663cb18871d845632a0912e7_dev1/sys/messages/down

（4）主題發(fā)布格式

對于設(shè)備來說，主題發(fā)布表示向云平臺上傳數(shù)據(jù)，將最新的傳感器數(shù)據(jù)，設(shè)備狀態(tài)上傳到云平臺。

這個操作稱為：屬性上報。

幫助文檔地址：https://support.huaweicloud.com/usermanual-iothub/iot_06_v5_3010.html

根據(jù)幫助文檔的介紹， 當(dāng)前設(shè)備發(fā)布主題，上報屬性的格式總結(jié)如下：

發(fā)布的主題格式:
$oc/devices/{device_id}/sys/properties/report
 
最終的格式:
$oc/devices/663cb18871d845632a0912e7_dev1/sys/properties/report
發(fā)布主題時，需要上傳數(shù)據(jù)，這個數(shù)據(jù)格式是JSON格式。

上傳的JSON數(shù)據(jù)格式如下:

{
  "services": [
    {
      "service_id": < 填服務(wù)ID >,
      "properties": {
        "< 填屬性名稱1 >": < 填屬性值 >,
        "< 填屬性名稱2 >": < 填屬性值 >,
        ..........
      }
    }
  ]
}
根據(jù)JSON格式，一次可以上傳多個屬性字段。 這個JSON格式里的，服務(wù)ID，屬性字段名稱，屬性值類型，在前面創(chuàng)建產(chǎn)品的時候就已經(jīng)介紹了，不記得可以翻到前面去查看。

根據(jù)這個格式，組合一次上傳的屬性數(shù)據(jù):
{"services": [{"service_id": "stm32","properties":{"DHT11_T":30,"DHT11_H":10,"BH1750":1,"MQ135":0}}]}

2.6 MQTT三元組

MQTT協(xié)議登錄需要填用戶ID，設(shè)備ID，設(shè)備密碼等信息，就像我們平時登錄QQ，微信一樣要輸入賬號密碼才能登錄。MQTT協(xié)議登錄的這3個參數(shù)，一般稱為MQTT三元組。

接下來介紹，華為云平臺的MQTT三元組參數(shù)如何得到。

（1）MQTT服務(wù)器地址

要登錄MQTT服務(wù)器，首先記得先知道服務(wù)器的地址是多少，端口是多少。

幫助文檔地址：https://console.huaweicloud.com/iotdm/?region=cn-north-4#/dm-portal/home

MQTT協(xié)議的端口支持1883和8883，它們的區(qū)別是：8883 是加密端口更加安全。但是單片機上使用比較困難，所以當(dāng)前的設(shè)備是采用1883端口進(jìn)連接的。

根據(jù)上面的域名和端口號，得到下面的IP地址和端口號信息： 如果設(shè)備支持填寫域名可以直接填域名，不支持就直接填寫IP地址。 （IP地址就是域名解析得到的）

華為云的MQTT服務(wù)器地址：117.78.5.125
華為云的MQTT端口號：1883

如何得到IP地址？如何域名轉(zhuǎn)IP？ 打開Windows的命令行輸入以下命令。

ping  ad635970a1.st1.iotda-device.cn-north-4.myhuaweicloud.com

（2）生成MQTT三元組

華為云提供了一個在線工具，用來生成MQTT鑒權(quán)三元組： https://iot-tool.obs-website.cn-north-4.myhuaweicloud.com/

打開這個工具，填入設(shè)備的信息（也就是剛才創(chuàng)建完設(shè)備之后保存的信息），點擊生成，就可以得到MQTT的登錄信息了。

下面是打開的頁面：

填入設(shè)備的信息： （上面兩行就是設(shè)備創(chuàng)建完成之后保存得到的）

直接得到三元組信息。

得到三元組之后，設(shè)備端通過MQTT協(xié)議登錄鑒權(quán)的時候，填入?yún)?shù)即可。

ClientId  663cb18871d845632a0912e7_dev1_0_0_2024050911
Username  663cb18871d845632a0912e7_dev1
Password  71b82deae83e80f04c4269b5bbce3b2fc7c13f610948fe210ce18650909ac237

2.7 模擬設(shè)備登錄測試

經(jīng)過上面的步驟介紹，已經(jīng)創(chuàng)建了產(chǎn)品，設(shè)備，數(shù)據(jù)模型，得到MQTT登錄信息。 接下來就用MQTT客戶端軟件模擬真實的設(shè)備來登錄平臺。測試與服務(wù)器通信是否正常。

（1）填入登錄信息

打開MQTT客戶端軟件，對號填入相關(guān)信息（就是上面的文本介紹）。然后，點擊登錄，訂閱主題，發(fā)布主題。

（2）打開網(wǎng)頁查看

完成上面的操作之后，打開華為云網(wǎng)頁后臺，可以看到設(shè)備已經(jīng)在線了。

點擊詳情頁面，可以看到上傳的數(shù)據(jù)：

到此，云平臺的部署已經(jīng)完成，設(shè)備已經(jīng)可以正常上傳數(shù)據(jù)了。

（3）MQTT登錄測試參數(shù)總結(jié)

MQTT服務(wù)器:  117.78.5.125
MQTT端口號:  183

//物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器的設(shè)備信息
#define MQTT_ClientID "663cb18871d845632a0912e7_dev1_0_0_2024050911"
#define MQTT_UserName "663cb18871d845632a0912e7_dev1"
#define MQTT_PassWord "71b82deae83e80f04c4269b5bbce3b2fc7c13f610948fe210ce18650909ac237"

//訂閱與發(fā)布的主題
#define SET_TOPIC  "$oc/devices/663cb18871d845632a0912e7_dev1/sys/messages/down"  //訂閱
#define POST_TOPIC "$oc/devices/663cb18871d845632a0912e7_dev1/sys/properties/report"  //發(fā)布


發(fā)布的數(shù)據(jù):
{"services": [{"service_id": "stm32","properties":{"DHT11_T":30,"DHT11_H":10,"BH1750":1,"MQ135":0}}]}

2.8 創(chuàng)建IAM賬戶

創(chuàng)建一個IAM賬戶，因為接下來開發(fā)上位機，需要使用云平臺的API接口，這些接口都需要token進(jìn)行鑒權(quán)。簡單來說，就是身份的認(rèn)證。 調(diào)用接口獲取Token時，就需要填寫IAM賬號信息。所以，接下來演示一下過程。

地址: https://console.huaweicloud.com/iam/?region=cn-north-4#/iam/users

**【1】獲取項目憑證 ** 點擊左上角用戶名，選擇下拉菜單里的我的憑證

項目憑證:

28add376c01e4a61ac8b621c714bf459

【2】創(chuàng)建IAM用戶

鼠標(biāo)放在左上角頭像上，在下拉菜單里選擇統(tǒng)一身份認(rèn)證。

點擊左上角創(chuàng)建用戶。

創(chuàng)建成功：

【3】創(chuàng)建完成

用戶信息如下：

主用戶名  l19504562721
IAM用戶  ds_abc
密碼     DS12345678

2.9 獲取影子數(shù)據(jù)

幫助文檔：https://support.huaweicloud.com/api-iothub/iot_06_v5_0079.html

設(shè)備影子介紹：

設(shè)備影子是一個用于存儲和檢索設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)信息的JSON文檔。
每個設(shè)備有且只有一個設(shè)備影子，由設(shè)備ID唯一標(biāo)識
設(shè)備影子僅保存最近一次設(shè)備的上報數(shù)據(jù)和預(yù)期數(shù)據(jù)
無論該設(shè)備是否在線，都可以通過該影子獲取和設(shè)置設(shè)備的屬性

簡單來說：設(shè)備影子就是保存，設(shè)備最新上傳的一次數(shù)據(jù)。

我們設(shè)計的軟件里，如果想要獲取設(shè)備的最新狀態(tài)信息，就采用設(shè)備影子接口。

如果對接口不熟悉，可以先進(jìn)行在線調(diào)試：https://apiexplorer.developer.huaweicloud.com/apiexplorer/doc?product=IoTDA&api=ShowDeviceShadow

在線調(diào)試接口，可以請求影子接口，了解請求，與返回的數(shù)據(jù)格式。

調(diào)試完成看右下角的響應(yīng)體，就是返回的影子數(shù)據(jù)。

設(shè)備影子接口返回的數(shù)據(jù)如下：

{
 "device_id": "663cb18871d845632a0912e7_dev1",
 "shadow": [
  {
   "service_id": "stm32",
   "desired": {
    "properties": null,
    "event_time": null
   },
   "reported": {
    "properties": {
     "DHT11_T": 18,
     "DHT11_H": 90,
     "BH1750": 38,
     "MQ135": 70
    },
    "event_time": "20240509T113448Z"
   },
   "version": 3
  }
 ]
}

調(diào)試成功之后，可以得到訪問影子數(shù)據(jù)的真實鏈接，接下來的代碼開發(fā)中，就采用Qt寫代碼訪問此鏈接，獲取影子數(shù)據(jù)，完成上位機開發(fā)。

鏈接如下：

https://ad635970a1.st1.iotda-app.cn-north-4.myhuaweicloud.com:443/v5/iot/28add376c01e4a61ac8b621c714bf459/devices/663cb18871d845632a0912e7_dev1/shadow

三、上位機開發(fā)

為了方便查看設(shè)備上傳的數(shù)據(jù)，接下來利用Qt開發(fā)一款A(yù)ndroid手機APP 和 Windows上位機。

使用華為云平臺提供的API接口獲取設(shè)備上傳的數(shù)據(jù)，進(jìn)行可視化顯示，以及遠(yuǎn)程控制設(shè)備。

3.1 Qt開發(fā)環(huán)境安裝

Qt的中文官網(wǎng)： https://www.qt.io/zh-cn/

QT5.12.6的下載地址：https://download.qt.io/archive/qt/5.12/5.12.6

或者去網(wǎng)盤里下載：https://pan.quark.cn/s/145a9b3f7f53

打開下載鏈接后選擇下面的版本進(jìn)行下載：

qt-opensource-windows-x86-5.12.6.exe 13-Nov-2019 07:28 3.7G Details

軟件安裝時斷網(wǎng)安裝，否則會提示輸入賬戶。

安裝的時候，第一個復(fù)選框里勾選一個mingw 32編譯器即可，其他的不管默認(rèn)就行，直接點擊下一步繼續(xù)安裝。

選擇MinGW 32-bit 編譯器： （一定要看清楚了）

說明： 我這里只是介紹PC端，也就是Windows系統(tǒng)下的Qt環(huán)境搭建。 Android的開發(fā)環(huán)境比較麻煩，如果想學(xué)習(xí)Android開發(fā)，想編譯Android程序的APP，需要自己去搭建Android環(huán)境。

也可以看下面這篇文章，不過這個文章是在Qt開發(fā)專欄里付費的，需要訂閱專欄才可以看。 如果不想付費看，也可以自行找其他教程，自己搭建好必須的環(huán)境就行了

Android環(huán)境搭建的博客鏈接： https://blog.csdn.net/xiaolong1126626497/article/details/117254453

3.2 新建上位機工程

前面2講解了需要用的API接口，接下來就使用Qt設(shè)計上位機，設(shè)計界面，完成整體上位機的邏輯設(shè)計。

【1】新建工程

【2】設(shè)置項目的名稱。

【3】選擇編譯系統(tǒng)

【4】選擇默認(rèn)繼承的類

【5】選擇編譯器

【6】點擊完成

【7】工程創(chuàng)建完成

3.3 設(shè)計UI界面與工程配置

【1】打開UI文件

打開默認(rèn)的界面如下：

【2】開始設(shè)計界面

根據(jù)自己需求設(shè)計界面。

3.5 編譯Windows上位機

點擊軟件左下角的綠色三角形按鈕進(jìn)行編譯運行。

3.6 配置Android環(huán)境

如果想編譯Android手機APP，必須要先自己配置好自己的Android環(huán)境。（搭建環(huán)境的過程可以自行百度搜索學(xué)習(xí)）

然后才可以進(jìn)行下面的步驟。

【1】選擇Android編譯器

【2】創(chuàng)建Android配置文件

創(chuàng)建完成。

【3】配置Android圖標(biāo)與名稱

【3】編譯Android上位機

Qt本身是跨平臺的，直接選擇Android的編譯器，就可以將程序編譯到Android平臺。

然后點擊構(gòu)建。

成功之后，在目錄下可以看到生成的apk文件，也就是Android手機的安裝包，電腦端使用QQ發(fā)送給手機QQ,手機登錄QQ接收，就能直接安裝。

生成的apk的目錄在哪里呢？ 編譯完成之后，在控制臺會輸出APK文件的路徑。

知道目錄在哪里之后，在Windows的文件資源管理器里，找到路徑，具體看下圖，找到生成的apk文件。

D:/linux-share-dir/QT/build-app_Huawei_Eco_tracking-Android_for_arm64_v8a_Clang_Qt_5_12_6_for_Android_ARM64_v8a-Release/android-build//build/outputs/apk/debug/android-build-debug.apk

四、STM32代碼開發(fā)

4.1 硬件接線說明

【1】 BC26-NBIOT模塊 接線
PA2------ >BC26的RXD
PA3------ >BC26的TXD
PB6------ >BC26的RST(復(fù)位腳)
GND---GND 地
VCC---VCC 電源（5.0V）



【2】 TFT 1.44 寸彩屏接線
GND   電源地
VCC   3.3v電源
SCL   接PC8（SCL）
SDA   接PC9（SDA）
RST   接PC10
DC    接PB7
CS    接PB8
BL	  接PB11



【3】電力信息檢測模塊---波特率9600
PD2(RX)  ----- >模塊的TXD
PC12(TX) ----- >模塊的RXD
VCC----------5V
GND----------GND


【4】蜂鳴器
GND----GND
VCC---3.3V
OUT---PC7


【5】MQ2煙霧濃度檢測
DO---PC0
AO---PA1
GND---GND 地
VCC---VCC 電源（5.0V）


【6】火焰檢測
GND----GND
VCC---5V
OUT---PC0


【7】人體檢測
GND----GND
VCC---5V
OUT---PC1


【7】門鎖開關(guān)
GND----GND
VCC---5V
OUT---PC2



【8】板載LED燈接線（這個不用接，這是開發(fā)板本身的）
LED1---PA8
LED2---PD2


【9】板載按鍵接線（這個不用接，這是開發(fā)板本身的）
K0---PA0 
K1---PC5 
K2---PA15

4.2 原理圖

4.3 框架圖

4.4 程序下載

打STM32的keil工程，編譯代碼、然后，使用USB線將開發(fā)板的左邊的USB口(串口1)與電腦的USB連接，打開程序下載軟件下載程序。

具體下載過程看下面圖：

打開程序下載軟件：[軟件就在資料包里的軟件工具目錄下]

4.5 程序正常運行效果

設(shè)備運行過程中會通過串口打印調(diào)試信息，我們可以通過串口打印了解程序是否正常。

程序下載之后，可以打開串口調(diào)試助手查看程序運行的狀態(tài)信息。[軟件就在資料包里的軟件工具目錄下]

4.6 主項目的邏輯代碼

當(dāng)前項目源碼已經(jīng)上傳到網(wǎng)盤：https://ccnr8sukk85n.feishu.cn/wiki/QjY8weDYHibqRYkFP2qcA9aGnvb?from=from_copylink

下面是提供的項目主項目的偽代碼。展示整個項目的運行邏輯思路。

#include "stm32f10x.h"
#include "lcd.h"
#include "nbiot.h"
#include "mq2.h"
#include "flame_sensor.h"
#include "pir_sensor.h"
#include "power_module.h"
#include "door_lock.h"
#include "buzzer.h"
#include "keypad.h"
#include "usart.h"
#include "cloud_comm.h"

// 定義報警閾值
#define CURRENT_THRESHOLD 10.0
#define POWER_THRESHOLD 50.0

// 初始化函數(shù)聲明
void System_Init(void);
void Flame_Detection_Handler(void);
void Smoke_Detection_Handler(void);
void Human_Detection_Handler(void);
void Power_Monitoring_Handler(void);
void Door_Control_Handler(void);

int main(void) {
    // 系統(tǒng)初始化
    System_Init();
    
    while (1) {
        // 火焰檢測處理
        Flame_Detection_Handler();

        // 煙霧檢測處理
        Smoke_Detection_Handler();

        // 人體檢測處理
        Human_Detection_Handler();

        // 電力監(jiān)控處理
        Power_Monitoring_Handler();

        // 門磁控制處理
        Door_Control_Handler();

        // 其他操作，可以添加延時或功耗管理策略等
    }
}

void System_Init(void) {
    // 初始化外設(shè)和模塊
    LCD_Init();
    NBIOT_Init();
    MQ2_Init();
    FlameSensor_Init();
    PIRSensor_Init();
    PowerModule_Init();
    DoorLock_Init();
    Buzzer_Init();
    Keypad_Init();
    USART_Init();
    CloudComm_Init();

    LCD_DisplayString("System Initialized");
}

// 火焰檢測處理函數(shù)
void Flame_Detection_Handler(void) {
    if (FlameSensor_Detect()) {
        Buzzer_On();
        LCD_DisplayString("Flame Detected!");
        CloudComm_SendAlert("Flame detected in room!");
    } else {
        Buzzer_Off();
    }
}

// 煙霧檢測處理函數(shù)
void Smoke_Detection_Handler(void) {
    if (MQ2_DetectSmoke()) {
        Buzzer_On();
        LCD_DisplayString("Smoke Detected!");
        CloudComm_SendAlert("Smoke detected in room!");
    } else {
        Buzzer_Off();
    }
}

// 人體檢測處理函數(shù)
void Human_Detection_Handler(void) {
    if (PIRSensor_Detect()) {
        LCD_DisplayString("Human Detected");
        CloudComm_SendData("Human detected in the room.");
    }
}

// 電力監(jiān)控處理函數(shù)
void Power_Monitoring_Handler(void) {
    float current = PowerModule_GetCurrent();
    float power = PowerModule_GetPower();

    // 顯示電力信息
    LCD_DisplayPower(current, power);

    // 超過閾值時報警并切斷電源
    if (current > CURRENT_THRESHOLD || power > POWER_THRESHOLD) {
        Buzzer_On();
        LCD_DisplayString("Power Overload!");
        PowerModule_Disconnect();
        CloudComm_SendAlert("Power overload detected!");
    } else {
        Buzzer_Off();
    }
}

// 門磁控制處理函數(shù)
void Door_Control_Handler(void) {
    if (Keypad_Pressed()) {
        DoorLock_Open();
        CloudComm_SendData("Door opened via local keypad.");
    }

    // 遠(yuǎn)程開門請求處理
    if (CloudComm_ReceiveCommand() == OPEN_DOOR_COMMAND) {
        DoorLock_Open();
        CloudComm_SendData("Door opened via remote control.");
    }
}

4.7 MQTT協(xié)議設(shè)計

下面是BC26模塊的子模塊代碼框架，展示了如何利用BC26 NB-IoT模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的初始化、發(fā)送和接收功能。

#include "bc26.h"
#include "usart.h"
#include < string.h >

// 發(fā)送和接收緩沖區(qū)
#define BC26_BUFFER_SIZE 256
static char txBuffer[BC26_BUFFER_SIZE];
static char rxBuffer[BC26_BUFFER_SIZE];

// 內(nèi)部函數(shù)聲明
static void BC26_SendCommand(const char* command);
static int BC26_WaitForResponse(const char* expectedResponse, uint32_t timeout);

// 初始化BC26模塊
void BC26_Init(void) {
    // 配置USART用于通信
    USART_Config();

    // 復(fù)位BC26模塊
    BC26_SendCommand("AT+NRBr");
    if (BC26_WaitForResponse("OK", 5000) != 0) {
        // 復(fù)位失敗處理
        LCD_DisplayString("BC26 Reset Failed");
        return;
    }
    LCD_DisplayString("BC26 Initialized");

    // 配置BC26為NB-IoT網(wǎng)絡(luò)
    BC26_SendCommand("AT+CGATT=1r"); // 附著網(wǎng)絡(luò)
    if (BC26_WaitForResponse("OK", 3000) != 0) {
        LCD_DisplayString("Network Attach Failed");
        return;
    }

    // 配置MQTT連接（示例）
    BC26_SendCommand("AT+QMTCFG="version",0,4r");
    BC26_WaitForResponse("OK", 2000);
}

// 發(fā)送數(shù)據(jù)到云平臺
int BC26_SendData(const char* topic, const char* payload) {
    // 設(shè)置發(fā)送MQTT消息
    snprintf(txBuffer, sizeof(txBuffer), "AT+QMTPUB=0,0,0,0,"%s"r", topic);
    BC26_SendCommand(txBuffer);

    if (BC26_WaitForResponse(" >", 2000) != 0) {
        return -1; // 等待消息提示失敗
    }

    // 發(fā)送實際消息負(fù)載
    BC26_SendCommand(payload);
    BC26_SendCommand("x1A"); // 結(jié)束符（Ctrl+Z）
    return BC26_WaitForResponse("OK", 5000);
}

// 接收數(shù)據(jù)
int BC26_ReceiveData(char* buffer, size_t bufferSize) {
    // 監(jiān)聽來自BC26的數(shù)據(jù)
    size_t len = USART_ReceiveData(buffer, bufferSize, 1000);
    if (len > 0) {
        buffer[len] = '?'; // 確保字符串以NULL結(jié)尾
        return len;
    }
    return 0; // 無數(shù)據(jù)接收
}

// 內(nèi)部函數(shù)實現(xiàn)

// 發(fā)送命令
static void BC26_SendCommand(const char* command) {
    USART_SendString(command);
}

// 等待特定響應(yīng)
static int BC26_WaitForResponse(const char* expectedResponse, uint32_t timeout) {
    uint32_t startTime = HAL_GetTick();
    while ((HAL_GetTick() - startTime) < timeout) {
        size_t len = USART_ReceiveData(rxBuffer, sizeof(rxBuffer) - 1, 100);
        if (len > 0) {
            rxBuffer[len] = '?';
            if (strstr(rxBuffer, expectedResponse) != NULL) {
                return 0; // 找到期望響應(yīng)
            }
        }
    }
    return -1; // 超時或失敗
}

4.8 MQ2煙霧檢測

在這個項目中，MQ2傳感器用于煙霧檢測。MQ2傳感器的輸出是一個模擬信號，需要通過ADC（模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器）讀取數(shù)據(jù)，并根據(jù)讀取的值來判斷是否發(fā)生煙霧或氣體泄漏。

#include "stm32f10x.h"
#include "MQ2.h"
#include "stdio.h"

#define MQ2_ADC_CHANNEL  0  // 假設(shè)MQ2連接在ADC通道0
#define MQ2_THRESHOLD    3000 // 假設(shè)閾值為3000，可以根據(jù)實際情況調(diào)整

// 定義函數(shù)原型
void MQ2_Init(void);
uint16_t MQ2_Read(void);
void MQ2_Process(void);

// 初始化MQ2傳感器
void MQ2_Init(void) {
    // 配置ADC
    ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
    ADC_CommonInitTypeDef ADC_CommonInitStructure;
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    // 開啟ADC和GPIO時鐘
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    // 配置GPIO：假設(shè)MQ2傳感器連接在PA0引腳
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN; // 設(shè)置為模擬輸入模式
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    // 配置ADC
    ADC_CommonInitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
    ADC_CommonInitStructure.ADC_Prescaler = ADC_Prescaler_Div2; // 設(shè)置ADC預(yù)分頻器
    ADC_CommonInitStructure.ADC_DMAAccessMode = ADC_DMAAccessMode_Disabled;
    ADC_CommonInitStructure.ADC_TwoSamplingDelay = ADC_TwoSamplingDelay_5Cycles;
    ADC_CommonInit(&ADC_CommonInitStructure);

    ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;    // 單通道模式
    ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE; // 連續(xù)轉(zhuǎn)換
    ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_T1_CC1; // 軟件觸發(fā)
    ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right; // 右對齊
    ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;  // 只有一個通道
    ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);

    // 啟動ADC
    ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
    ADC_ResetCalibration(ADC1);
    while (ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_ADEN) == RESET);
    ADC_StartCalibration(ADC1);
    while (ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_ADCAL) != RESET);
}

// 讀取MQ2傳感器數(shù)據(jù)
uint16_t MQ2_Read(void) {
    ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);  // 啟動轉(zhuǎn)換
    while (ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC) == RESET);  // 等待轉(zhuǎn)換完成
    return ADC_GetConversionValue(ADC1);  // 返回轉(zhuǎn)換結(jié)果
}

// 處理MQ2傳感器數(shù)據(jù)
void MQ2_Process(void) {
    uint16_t MQ2_value = MQ2_Read();
    printf("MQ2 Sensor Value: %dn", MQ2_value);

    // 判斷是否超過煙霧閾值
    if (MQ2_value > MQ2_THRESHOLD) {
        printf("Warning: Smoke detected!n");
        // 在此觸發(fā)報警或者其他動作，比如蜂鳴器
        // Beeper_Alarm();
    } else {
        printf("No smoke detected.n");
    }
}

代碼說明

1. MQ2_Init函數(shù) ：初始化ADC和GPIO模塊，為讀取MQ2傳感器的模擬信號做準(zhǔn)備。GPIOA引腳0被配置為模擬輸入模式，供ADC讀取數(shù)據(jù)。ADC1的相關(guān)配置包括單通道模式、連續(xù)轉(zhuǎn)換模式以及數(shù)據(jù)右對齊。
2. MQ2_Read函數(shù) ：啟動ADC轉(zhuǎn)換，等待轉(zhuǎn)換完成后返回轉(zhuǎn)換值。這個值是MQ2傳感器的模擬電壓值被轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號。根據(jù)這個值，可以推斷煙霧的濃度。
3. MQ2_Process函數(shù) ：這是一個高層處理函數(shù)，它讀取MQ2傳感器的值，并判斷值是否超過預(yù)設(shè)的閾值。如果超過閾值，則認(rèn)為發(fā)生了煙霧或有害氣體泄漏，并進(jìn)行報警處理（此處通過打印信息顯示報警狀態(tài)）。

五、總結(jié)

本項目設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于STM32微控制器和NB-IoT通信技術(shù)的宿舍安防控制系統(tǒng)，結(jié)合了多種傳感器和智能控制模塊，提供了全方位的安全保障。通過硬件和軟件的綜合設(shè)計，系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測宿舍環(huán)境的各種安全參數(shù)，并能夠在發(fā)生火焰、煙霧、電氣異常等危險情況時自動觸發(fā)報警。項目的主要功能包括火焰檢測、煙霧檢測、門磁控制、人體感應(yīng)、電氣監(jiān)測以及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)控，充分實現(xiàn)了智能化安防的目標(biāo)。

系統(tǒng)特點

1. 多種傳感器集成 ：系統(tǒng)集成了MQ2煙霧傳感器、火焰?zhèn)鞲衅?、人體感應(yīng)傳感器、電流電壓采集模塊等硬件，能夠多角度實時檢測宿舍內(nèi)的安全狀況。
2. 報警和控制功能 ：當(dāng)檢測到火焰、煙霧、人體移動或電氣參數(shù)異常時，系統(tǒng)會通過蜂鳴器報警，并可以通過本地按鍵或遠(yuǎn)程控制（通過手機APP或PC上位機）進(jìn)行門鎖控制和其他應(yīng)急措施。
3. 電氣監(jiān)測與保護(hù) ：系統(tǒng)具備電氣監(jiān)測功能，能夠?qū)崟r檢測直流電和單相交流電的電壓、電流、功率等參數(shù)，并在電流或功率超過設(shè)定閾值時自動切斷電源，確保用電安全。
4. 數(shù)據(jù)云端管理 ：通過NB-IoT通信模塊和MQTT協(xié)議，系統(tǒng)能夠?qū)⒉杉降臄?shù)據(jù)上傳至華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和設(shè)備的遠(yuǎn)程管理。用戶可以通過Android手機APP遠(yuǎn)程查看設(shè)備狀態(tài)、調(diào)整參數(shù)并進(jìn)行控制。
5. 本地顯示功能 ：1.44寸LCD顯示屏提供了實時的本地數(shù)據(jù)顯示，用戶可以直接在本地查看傳感器的實時數(shù)據(jù)和報警狀態(tài)，增強了系統(tǒng)的用戶友好性和可操作性。

項目實現(xiàn)過程

項目的實現(xiàn)過程中，在硬件設(shè)計階段選擇了合適的傳感器和控制模塊，確保能夠高效地進(jìn)行火焰、煙霧、人體感應(yīng)及電氣參數(shù)的實時檢測。STM32F103RCT6微控制器作為主控芯片，提供了足夠的處理能力來支持各個傳感器的數(shù)據(jù)采集和處理。

在軟件開發(fā)方面，使用Keil5開發(fā)環(huán)境，編寫了包括硬件初始化、傳感器數(shù)據(jù)采集、報警邏輯、LCD顯示及NB-IoT通信的完整代碼。數(shù)據(jù)上傳功能通過MQTT協(xié)議實現(xiàn)，確保了數(shù)據(jù)能夠穩(wěn)定、安全地傳輸?shù)皆贫似脚_。

遇到的挑戰(zhàn)與解決方案

1. 傳感器調(diào)試與靈敏度調(diào)整 ：由于不同傳感器對環(huán)境因素的響應(yīng)差異較大，調(diào)試過程中需要精確設(shè)置各傳感器的閾值。例如，MQ2煙霧傳感器對氣體的反應(yīng)受環(huán)境濕度、溫度等因素的影響較大，通過反復(fù)測試和調(diào)整，最終確定了合理的觸發(fā)閾值。
2. NB-IoT通信穩(wěn)定性 ：NB-IoT模塊需要良好的信號覆蓋以保證數(shù)據(jù)上傳的穩(wěn)定性。為此，項目在硬件設(shè)計時加強了天線的布置，并對NB-IoT模塊的參數(shù)進(jìn)行了多次優(yōu)化測試，確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/li>
3. 系統(tǒng)功耗優(yōu)化 ：由于該系統(tǒng)需要長時間運行，為了延長設(shè)備的使用壽命，采用了低功耗設(shè)計，如適時的休眠模式和合理的電源管理策略，確保了系統(tǒng)的高效能和低功耗。

項目創(chuàng)新點

1. 集成化設(shè)計 ：本項目通過將多種傳感器（如火焰、煙霧、人體、氣體、電氣參數(shù)等）和控制模塊（如門鎖控制、蜂鳴器報警）集成在一個系統(tǒng)中，實現(xiàn)了全方位的安防監(jiān)控，提升了宿舍的安全性。
2. 云端與遠(yuǎn)程控制 ：通過NB-IoT通信和MQTT協(xié)議，系統(tǒng)不僅支持本地控制，還可以通過云平臺進(jìn)行遠(yuǎn)程管理和控制。這種設(shè)計為宿舍管理者提供了便捷的實時監(jiān)控和遠(yuǎn)程操作功能，增強了系統(tǒng)的智能化和便捷性。
3. 數(shù)據(jù)安全與監(jiān)控 ：通過將實時監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳到華為云物聯(lián)網(wǎng)平臺，確保了數(shù)據(jù)的安全存儲與備份，同時用戶可以隨時查看設(shè)備狀態(tài)，并根據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)整，保證了宿舍環(huán)境的安全和舒適。

審核編輯 黃宇