基于STM32单片机智能家居声音人体防盗GSM短信报警系统设计

1. 系统功能介绍

本设计基于STM32F103C8T6单片机，结合声音检测传感器和红外避障传感器，实现智能家居防盗报警功能。系统能够实时监测环境中的声音和人体活动，当检测到异常情况时，蜂鸣器发出报警声，同时通过GSM短信模块向预设手机号码发送报警信息，实现远程即时提醒。

系统的主要功能如下：

• 声音检测传感器监测周围环境噪声，一旦超过灵敏度阈值，触发报警；
• 红外避障传感器监测人体移动，检测到有人靠近时触发报警；
• 报警信息通过GSM模块短信发送到手机，保证用户及时知晓异常；
• 短信报警采用定时发送机制，约35秒为一周期，周期内多次触发仅汇总一次发送，防止短信泛滥；
• 蜂鸣器在报警状态下持续鸣响，提供现场声响警示；
• 传感器灵敏度可通过电位器调节，适应不同环境需求。

本系统适合家庭、办公室及小型商业场所的安全防护，具有实时性强、报警准确、远程监控的优势。

2. 系统电路设计

系统主要由STM32F103C8T6单片机核心控制模块、声音检测传感器、红外避障传感器、蜂鸣器报警模块、GSM短信模块及电源模块组成。以下对各模块的电路设计作详细介绍。

2.1 STM32单片机核心控制电路

STM32F103C8T6作为系统的核心处理器，负责传感器数据采集、报警逻辑处理和GSM通信控制。

• 采用STM32F103C8T6芯片，主频72MHz，性能稳定且功耗较低；
• 配备标准外设接口：GPIO、ADC、USART、定时器等，用于连接传感器及通信模块；
• 使用外部晶振（8MHz）提供准确时钟，保证系统时序稳定；
• 供电电压3.3V，由电源模块稳压输出；
• 通过GPIO采集声音传感器和红外传感器数字信号；
• 通过USART接口与GSM模块通信，实现短信发送和接收控制。

2.2 声音检测传感器模块电路

声音检测模块用于监测环境中的声音强度，产生数字或模拟信号作为报警依据。

• 采用带有内置电位器的声音传感器模块，可调节灵敏度阈值；
• 输出信号为数字高低电平，直接连接至STM32的GPIO输入端口；
• 设计中加入滤波和电平保护电路，避免噪声干扰和GPIO口损坏；
• 传感器模块工作电压为3.3V，与单片机电源兼容。

2.3 红外避障传感器模块电路

红外避障传感器用于检测人体或物体靠近，触发防盗报警。

• 采用带调节电位器的红外避障模块，灵敏度可根据环境光线调节；
• 输出数字信号，连接至STM32另一GPIO输入口；
• 模块电源为3.3V，设计有稳压及滤波电路，保证稳定检测；
• 传感器能够快速响应运动目标，保证报警及时。

2.4 蜂鸣器报警模块电路

蜂鸣器模块负责声响报警，提示现场异常状态。

• 采用有源蜂鸣器，工作电压3.3V；
• 通过STM32的GPIO口控制，高电平驱动蜂鸣器鸣响；
• 设计简单的驱动电路，防止GPIO口过载损坏；
• 蜂鸣器发声音量足够大，适合家庭和办公环境使用。

2.5 GSM短信模块电路

GSM模块实现远程短信报警功能，将报警信息发送至指定手机。

• 采用常见SIM800系列GSM模块，支持标准AT命令集；
• 与STM32通过UART串口连接，波特率一般设为115200；
• 模块配备SIM卡槽，支持GSM网络通信；
• 设计电源电路确保模块稳定工作，含滤波与过流保护；
• 接收短信指令及发送报警信息均由STM32控制。

2.6 电源模块设计

系统采用5V外部电源输入，通过稳压芯片转换为3.3V供电。

• 设计稳压模块（如AMS1117-3.3）确保输出稳定；
• 加入滤波电容，减小电源噪声，提高系统稳定性；
• 设计保护电路，避免过压过流对模块损害；
• 保证系统各模块电源干净、可靠。

3. 程序设计

程序实现系统核心逻辑，涉及传感器信号采集、状态判断、报警控制、短信通信及定时管理。程序采用模块化设计，分为初始化、传感器读取、报警管理、短信发送和系统定时管理几大部分。

3.1 系统初始化

系统启动时，完成硬件和通信接口初始化。

• 初始化系统时钟、GPIO口、UART通信接口、定时器；
• 初始化蜂鸣器控制口为输出低电平（关闭状态）；
• 配置声音检测和红外传感器输入口为GPIO输入；
• 初始化串口通信参数，准备与GSM模块交互。

void System_Init(void) {
HAL_Init();
SystemClock_Config();
MX_GPIO_Init();
MX_USART1_UART_Init();
Buzzer_Init();
Timer_Init();
}

3.2 传感器数据采集

• 通过GPIO读取声音传感器数字信号；
• 通过GPIO读取红外避障传感器数字信号；
• 根据传感器电位器设置的灵敏度，实时判断信号是否触发报警。

uint8_t Read_SoundSensor(void) {
return HAL_GPIO_ReadPin(SOUND_SENSOR_GPIO_Port, SOUND_SENSOR_Pin);
}

uint8_t Read_IRSensor(void) {
return HAL_GPIO_ReadPin(IR_SENSOR_GPIO_Port, IR_SENSOR_Pin);
}

3.3 报警逻辑与蜂鸣器控制

• 若声音传感器或红外传感器触发报警，系统启动蜂鸣器发声；
• 报警状态保持至少35秒，避免频繁切换；
• 在报警间隔内记录多次触发情况，35秒结束后统一短信上报；
• 无触发时关闭蜂鸣器，恢复监测。

void Alarm_Handler(void) {
if (sound_alarm_triggered || ir_alarm_triggered) {
HAL_GPIO_WritePin(BUZZER_GPIO_Port, BUZZER_Pin, GPIO_PIN_SET);
alarm_start_time = HAL_GetTick();
alarm_active = 1;
}

if (alarm_active) {
if ((HAL_GetTick() – alarm_start_time) > ALARM_INTERVAL) {
Send_Alarm_SMS();
alarm_active = 0;
HAL_GPIO_WritePin(BUZZER_GPIO_Port, BUZZER_Pin, GPIO_PIN_RESET);
sound_alarm_triggered = 0;
ir_alarm_triggered = 0;
}
}
}

3.4 GSM短信发送功能

• 利用USART接口发送AT命令控制GSM模块发送短信；
• 短信内容包括报警类型及时间戳；
• 短信发送后解析模块返回状态，确保发送成功；
• 支持短信发送错误重发机制，提升可靠性。

void Send_Alarm_SMS(void) {
char sms_content[100];
sprintf(sms_content, "Alarm triggered! Sound:%d IR:%d Time:%lu", sound_alarm_triggered, ir_alarm_triggered, HAL_GetTick()/1000);

HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)"AT+CMGF=1\\r\\n", strlen("AT+CMGF=1\\r\\n"), 1000);
HAL_Delay(100);
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)"AT+CMGS=\\"+1234567890\\"\\r\\n", strlen("AT+CMGS=\\"+1234567890\\"\\r\\n"), 1000);
HAL_Delay(100);
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)sms_content, strlen(sms_content), 1000);
HAL_UART_Transmit(&huart1, (uint8_t *)"\\x1A", 1, 1000); // Ctrl+Z结束发送
}

3.5 主循环程序设计

• 主循环不断轮询传感器状态；
• 根据采集到的状态更新报警标志；
• 调用报警处理函数，控制蜂鸣器和短信发送；
• 保持系统持续运行。

int main(void) {
System_Init();

while(1) {
if (Read_SoundSensor()) {
sound_alarm_triggered = 1;
}
if (Read_IRSensor()) {
ir_alarm_triggered = 1;
}
Alarm_Handler();
HAL_Delay(100);
}
}

4. 系统总结

本设计充分利用STM32F103单片机强大的处理能力和丰富的外设接口，实现了基于声音和红外传感的智能家居防盗报警系统。系统通过蜂鸣器实现现场警示，通过GSM短信模块实现远程报警，保障用户能够第一时间知晓安全隐患。

电路设计合理，模块分工明确，保证传感器信号稳定采集和准确处理。程序设计结构清晰，逻辑严密，既实现了实时检测，也保证了报警的合理间隔，避免短信骚扰。

该系统具有较好的实用价值和可扩展性，可进一步集成更多传感器或采用无线通信提升智能化水平，广泛适用于家庭、办公室等场所的安全监控需求。