基于32位ARM STM32F103C8T6和傳感器的實時安防系統設計

設計了一個以32位ARM微處理器STM32F103C8T6為控制核心，外加振動傳感器和熱釋紅外傳感器的實時安防系統。該系統處于工作狀態時，能實時監控到是否有人進入監控區域，且實現自動發送彩信報警。系統采用微型圖像傳感器OV7670獲取圖像信息，并對圖像進行初步處理，再利用GPRS模塊SIM900發送彩信到指定手機，同時將獲取的圖像數據保存到SD卡內。實驗結果表明，系統工作穩定，實現了設計目標。

最近幾年隨著我國城鎮化的快速推進，人們的居住環境得到了很大的提升，家中的各類貴重物品也越來越多。由于城市的流動人口相對復雜，因此家居防盜已經成為人們非常關注的問題，對于家居安防方面的研究國內外都有不少方案。而這些方案基本都采用了運行嵌入式操作系統的高性能ARM9或者ARM11平臺，外圍搭配多種高端傳感器，這類方案成本都較高。本文介紹一種基于低成本32位ARM平臺為控制核心的家居實時安防系統，以更具實用性的設計和更低的成本，提供了一套實時安防解決方案，能很好地滿足大部分家庭對家居安防的需求。

1 系統結構

從圖1可以看出系統的模塊化設計思想，充分利用成熟的技術和模組產品，有利于降低設計的難度和整體成本。系統采用低紋波高效能的5 V開關電源作為工作電源，電路內部經過多路電源管理單元的穩壓處理后為系統各個模塊供電，以保證系統良好的抗干擾性能。系統的控制核心為STM32F103C8T6，振動傳感器的型號為SW-180，是中斷信息輸入單元，用戶可以安裝在適合的位置，負責檢測振動信號。系統框架圖如圖1所示。

熱釋紅外傳感器的型號為HC-SR501，同樣是單向輸入單元，該傳感器能準確發現100℃時5～7 m范圍內的人體移動信號，實時將信號反饋到系統控制核心。圖像傳感器OV7670經過數據緩存FIFO后與控制核心STM32F103C8T6連接，可降低微處理器的速度要求，減輕系統的負擔。

圖像信息進入微處理器后將會進行初步處理和格式轉換，得到的JPEG格式圖像再通過GPRS模塊SIM900以彩信的方式發送到指定的手機內。一旦有可疑人員進入房屋內，系統將被觸發，并自動抓拍現場照片，發送彩信提醒用戶，然后將照片保存到系統自帶的SD卡內，以備查閱。

2 硬件設計

2.1 系統核心單元

系統核心處理器STM32F103C8T6采用高性能的ARM Cortex—M3 32位RISC內核，工作頻率為72 MHz，內置高速存儲器（64 KB的閃存和20 KB的SRAM），豐富的增強I/O端口和聯接到兩組APB總線的外設。其包含2個12位的ADC、3個通用16位定時器和1個PWM定時器，以及2個I2C總線接口和SPI接口、3個USART接口、一個USB接口和一個CAN總線接口。STM32F103C8T6的工作電壓為2.0～3.6 V，采用LQFP48封裝。系統內使用LDO將5 V電源轉換為3.3V為其供電。

圖2設計了時鐘電路和復位電路，SD卡通過SPI接口與核心處理器通信，振動傳感器和熱釋紅外傳感器則通過中斷I/O口接入，圖像傳感器OV7670的SCCB接口連接核心處理器的I2C總線接口，GPRS模塊SIM900則通過串口1進行通信。

2.2 圖像采集單元

OV7670是OmniVision公司生產的一顆30W像素COMS圖像傳感器，具有體積小、工作電壓低的特點，提供單片VGA攝像頭和影像處理器的所有功能。系統通過I2C總線控制，可以輸出整幀、子采樣、取窗口等方式的各種分辨率8位圖像數據。該產品VGA圖像最高達到30幀/s。用戶可以控制圖像質量、數據格式和傳輸方式。OmniVision圖像傳感器應用獨有的傳感器技術，通過減少或消除光學或電子缺陷如固定圖案噪聲、托尾、浮散等，提高圖像質量，得到清晰穩定的彩色圖像。

圖3的電路中設計了12 MHz有源晶振，用于產生12 MHz時鐘作為OV7670的XCLK輸入信號。PAM3101DAB28用于向OV7670內部的模擬電路提供穩定的2.8 V工作電壓，同時I/O工作電壓也使用這組2.8V電源，這樣OV7670內部自帶的LDO即可正常工作，自動為OV7670的內核部分提供1.8 V電源。

系統設計了一個FIFO芯片AL422B，該FIFO芯片的容量為384 KB，足夠存儲2幀QVGA圖像數據。由于采用了FIFO作為數據緩沖，系統的數據采集負擔大大降低，設計者只需關心如何讀取FIFO數據接口，不必再關心OV7670的數據是如何采集到的，又是如何傳送到FIFO的，這樣就可以減少甚至不用關心CMOS的控制以及時序關系，就能夠實現圖像的采集。

2.3 振動傳感器單元