【开源免费】基于STM32+uC/OS+阿里云物联网平台的家庭安全防控系统
随着智能家居的发展，家庭安全防控系统成为了现代家庭必不可少的基础设施。本文将详细介绍一个基于STM32微控制器、uC/OS实时操作系统以及阿里云物联网平台的家庭安全防控系统的设计与实现，从硬件选型、软件架构到功能实现及优化，全面解析一个完整的物联网安全解决方案。
源码分享
直接放到之前写的文章里了，免费开源，下载学习即可。
https://blog.csdn.net/weixin_52908342/article/details/155617952
一、项目概述
本项目为“第三阶段项目”，目标是构建一个集门锁管理、火焰监测、环境检测以及云端数据管理为一体的家庭安全系统。系统以STM32微控制器为核心，结合uC/OS实时操作系统实现多任务调度，同时利用ESP8266模块将数据实时上传至阿里云物联网平台，实现远程监控和管理。
系统主要功能包括：
- 通过Wi-Fi连接阿里云物联网平台，实现数据上传与远程控制。
- 上传温湿度、门锁状态、管理员状态等信息到云平台，实现智能监控。
- 支持键盘输入密码开锁，并检测错误次数。
- 支持刷卡开锁功能，通过RFID卡管理门禁权限。
- 管理员通道，实现密码修改、权限管理及新卡录入操作。
- 火焰传感器监测火灾隐患。
- OLED屏实时显示系统状态。
系统设计旨在兼顾安全性、可靠性和可扩展性，满足家庭实际应用需求。
二、硬件模块设计
1. 核心控制模块：STM32
本系统选用STM32作为核心控制器，其优点包括：
- 高性能的32位ARM Cortex-M内核，支持多任务处理。
- 丰富的I/O接口，便于连接Wi-Fi、RFID、传感器等模块。
- 支持各种通信接口（UART、I2C、SPI、GPIO），满足多模块互联需求。
STM32通过外设接口与各模块连接，实现传感器采集、数据处理及控制输出。
2. 通信模块：ESP8266-WiFi
ESP8266模块用于实现系统与阿里云物联网平台的通信，功能包括：
- 通过Wi-Fi连接家庭网络，实现云端数据上传。
- 支持MQTT协议与阿里云物联网平台交互。
- 处理远程控制命令，实现门锁状态修改及报警触发。
3. 门禁管理模块：RFID-RC522 & 薄膜键盘
系统支持两种开锁方式：刷卡和密码输入。
- RFID-RC522模块：负责识别用户卡信息，实现刷卡开锁。管理员可以通过系统录入新卡。
- 薄膜键盘：提供密码输入接口，支持开锁、修改密码及管理员操作功能。系统会检测错误输入次数，防止暴力破解。
4. 环境监测模块：火焰传感器 & 温湿度传感器
安全防控系统核心功能之一是火灾预警和环境监测：
- 火焰传感器：实时监测火焰信号，当检测到火焰时，立即触发报警并上传至云端。
- 温湿度传感器：采集家庭环境数据，并定期上传至阿里云，实现远程监控。
5. 人机交互模块：0.96寸OLED
OLED屏用于实时显示系统状态，包括：
- 门锁状态（开/关）
- 管理员状态（在线/离线）
- 温湿度信息
- 火焰报警状态
通过OLED显示，用户可直观了解家庭安全情况。
三、软件架构设计
本系统的软件部分采用uC/OS实时操作系统进行任务调度，保证多任务并行处理能力。主要软件模块如下：
1. 任务划分
- 传感器采集任务：定期读取温湿度、火焰状态及RFID卡信息。
- 门禁控制任务：处理键盘密码输入及刷卡开锁操作，并记录错误次数。
- 管理员管理任务：支持管理员登录、密码修改、新卡录入等操作。
- OLED显示任务：实时更新系统状态信息。
- 云端通信任务：通过MQTT协议，将数据上传至阿里云物联网平台，并接收远程指令。
2. 数据通信
系统通过ESP8266与阿里云物联网平台通信，采用MQTT协议，流程如下：
- STM32通过UART向ESP8266发送数据。
- ESP8266通过Wi-Fi连接阿里云物联网平台。
- 系统将温湿度、门锁状态、管理员状态等信息封装为JSON格式上传。
- 云端可以下发控制命令，实现远程开锁或报警。
3. 安全策略
- 键盘密码错误超过限定次数，系统自动锁定，防止暴力破解。
- 管理员操作受权限控制，普通用户无法修改密码或录入新卡。
- 云端通信采用加密传输，保障数据安全。
四、功能实现
1. 门禁管理
系统支持两种开锁方式：
- 刷卡开锁：通过RFID模块识别有效卡片，成功后打开电控门锁。
- 密码开锁：用户输入密码，系统比对后验证，错误次数记录在uC/OS任务中。
- 管理员通道：管理员可以修改系统密码或录入新卡，确保安全性和灵活性。
2. 环境监测与报警
- 火焰检测：火焰传感器检测到异常火焰时，触发报警任务，同时通过MQTT将警报信息发送到阿里云。
- 温湿度采集：系统定期上传温湿度数据，实现远程环境监控和智能分析。
3. OLED显示
OLED显示模块实时更新系统状态：
- 显示门锁状态、管理员状态
- 显示温湿度信息
- 火焰报警提示
通过直观显示，用户可快速了解家庭安全状况。
4. 云端物联网功能
通过阿里云物联网平台，用户可以：
- 远程查看家庭门锁状态及环境数据
- 接收火焰报警通知
- 远程开锁或管理权限（需管理员认证）
实现了家庭安全的可视化和远程控制功能。
五、系统优化与扩展
- 多任务优化：通过uC/OS的任务优先级调度，提高火焰报警和门锁响应速度。
- 错误防护：键盘输入错误次数超过限制自动锁定系统，防止暴力破解。
- 云端扩展：未来可增加更多传感器，如烟雾传感器、人体红外探测器，实现更全面的家庭安全防控。
- 移动端应用：结合阿里云物联网平台，可以开发手机App，实现远程监控和报警推送。
六、项目总结
本系统通过STM32与uC/OS实时操作系统构建了一个多任务并行、功能丰富的家庭安全防控平台。结合ESP8266和阿里云物联网平台，实现了门锁管理、火焰监测、环境采集以及远程监控。
系统特点：
- 安全可靠：多层权限管理与异常防护机制保障家庭安全。
- 实时性强：uC/OS多任务调度确保各项任务高效执行。
- 远程可控：云端通信实现远程监控和控制，便捷智能。
- 可扩展性好：支持增加新的传感器和功能模块，满足未来智能家居发展需求。
通过本项目，用户不仅能实现基础的门锁管理和火焰监控，还可以通过云平台实现数据可视化和远程控制，提升家庭智能化水平和安全性。
