【正文】 求一樣，所以說明兩傳感器其工作狀態(tài)良好，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的功能。 在調(diào)試的過程中，選用了不同的手機(jī)作為客戶端來進(jìn)行驗(yàn)證，客戶端的號(hào)碼有移動(dòng)的號(hào)碼也有聯(lián)通的號(hào)碼，經(jīng)過驗(yàn)證后 GSM 模塊 發(fā)送 短信 基本穩(wěn)定 ，整個(gè)系統(tǒng)能夠滿足預(yù)先設(shè)定的要求，設(shè)計(jì)性能良好，測(cè)試過程中沒有出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，整個(gè)系統(tǒng)的 功能 設(shè)計(jì)也 基本 上 有效 地 完成 了 。 雖然這個(gè) 家庭安防巡邏定位 系統(tǒng)存在著種種不足之處，但是其已基本達(dá)到了畢設(shè)前對(duì)畢設(shè)作品的要求。小車行進(jìn)的路線是固定的，主要是利用四路循跡模塊檢測(cè)黑線使智能小車能夠按照規(guī)定的路線進(jìn)行循跡。在規(guī)定監(jiān)測(cè)點(diǎn)，先是利用溫濕度傳感器和煙霧傳感器對(duì)家庭環(huán)境內(nèi)部的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后將采集到的數(shù)據(jù)給微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，由控制核心單片機(jī) STC12C5A60S2 處理完畢后通過 GSM 模塊發(fā)送至上用戶手機(jī)終端上進(jìn)行顯示，這樣我們就可以從客戶端手機(jī)上獲取到此時(shí)刻家庭內(nèi)部的環(huán)境狀況了。 家庭安防巡邏定位系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) （硬件部分） 25 結(jié) 論 本設(shè)計(jì)是依托智能小車為平臺(tái)，使用 RFID 了射頻識(shí)別技術(shù)對(duì)房屋地點(diǎn)進(jìn)行精確的地位。由于受到了設(shè)計(jì)時(shí)間，經(jīng)費(fèi)和個(gè)人能力等因素的限制，系統(tǒng)也存在著以下幾點(diǎn) 不足之處： （ 1）系統(tǒng)目前只能實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭中固定地點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和反饋，還沒做到任何地點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集。接著編寫單元測(cè)試代碼燒錄到單片機(jī)中，發(fā)送相應(yīng)的短信到目標(biāo)手機(jī)中。 小車平臺(tái)調(diào)試 由于小車是所有的基礎(chǔ)，所有的工作都需要在小車平臺(tái)上工作，所以首先調(diào)試的是小車的平臺(tái)，平臺(tái)包括單片機(jī)主控模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和循跡模塊。分別測(cè)試每個(gè)傳感器是否能將數(shù)據(jù)傳遞給單片機(jī)，最后再將三個(gè)傳感器整合在一起檢測(cè) 檢查 GSM 模塊 將 GSM 模塊中放入移動(dòng)的 SIM 卡，通電后觀察指示燈是否依照規(guī)律閃爍，如能夠正常工作，則利用串口調(diào)試工具測(cè)試 GSM 模塊能否接收和發(fā)送短信。 核對(duì)元件 檢查各個(gè)元件的位置是否準(zhǔn)確，以及元件的型號(hào)是否正確，特別是二極管和電解電容的方向是否正確。 小車上的 紅外 接收管 也就 接收不到紅外光 了 [17]。電機(jī)驅(qū)動(dòng)的原理圖 如圖 310 所示： 圖 310 電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖 L298N 的控制直流電機(jī) 直流 電機(jī) 控制設(shè)置表，如表 31 所示： 表 31 直流 電機(jī) 控制設(shè)置表 電機(jī) 旋轉(zhuǎn)方式 IN1 IN2 IN3 IN4 M1 正轉(zhuǎn) 高 低 / / 反轉(zhuǎn) 低 高 / / 停止 低 低 / / M2 正轉(zhuǎn) / / 高 低 反轉(zhuǎn) / / 低 高 停止 / / 低 低 多路循跡模塊 循跡原理 循跡是指 安防 巡邏小車在白色的地板上 按照 著 事先 規(guī)定路線的黑線 進(jìn)行 行走。主要特點(diǎn)是：工作電壓高， 且最高 可達(dá) 到 46V。單片機(jī)可以通過發(fā)送 AT 指令來控制其工作，為語音、短信和數(shù)據(jù)提供了快速并且安全可靠的傳輸。 GSM 是 基于窄帶 的 TDMA 制式， 其 允許在一個(gè)射頻 的 同時(shí) 再 進(jìn)行 八 組 的 通話 [13]。 （ 3） DHT11 的 DATA 引腳檢測(cè)到低電平后輸出不小于 80us 的低電平信號(hào)作為應(yīng)答信號(hào)，而后在輸出不小于 80us 的低電平信號(hào)通知單片機(jī)接收數(shù)據(jù)。 （ 4）單總線結(jié)構(gòu) ， 工作 時(shí) 不需要 連接 額外的電器元件 ， 可以節(jié)省 I/O 口 的 資源。 溫 濕度傳感器 DHT11 DHT11 的特點(diǎn) DHT11 是一款數(shù)字式溫濕度傳感器 ，其是 含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器 [10]。 MFRC522 完全符合ISO1443A 所有的協(xié)議層，最高傳輸速度可達(dá) 424kbps，并且具有三種靈活高速的串行接口方 式： SPI 模式、 UART 模式、 I2C 模式 [7]。 卡 號(hào) 就 存儲(chǔ)在卡 內(nèi) 的 塊 0 中，總 共 是 有 5 個(gè)字節(jié)， 4 個(gè)字節(jié) 是有效的，即卡號(hào) ，另一個(gè)字節(jié)為 卡號(hào) 的校驗(yàn)字節(jié) 。 福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 （ 1） ATR 模塊： Answer To Request(“ 請(qǐng)求之應(yīng)答 ”) 當(dāng)一張 MIFARE ONE 卡處在讀寫器的天線工作范圍之內(nèi)時(shí)，程序員控制讀寫器向卡發(fā)出 Request all(或 Request std)命 令后，卡的 ATR 將啟動(dòng)，將卡片的卡類型號(hào)傳送給讀寫器，建立卡與讀寫器的第一步通信聯(lián)絡(luò)。 MOSI 是 SPI 同步串行接口的主出從入。在本 系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)中， 是 采用 了 宏晶公司的 STC12C5A60S2 這一款 單片機(jī)來做 為系統(tǒng)的核心 的 控制部分。 （ 4） GSM 模塊： 單片機(jī) 接收各個(gè)傳感器的信息，并 將 所收集到的 傳感器的信息處理后，利用 GSM 技術(shù)，將單片機(jī) 與客戶端 手機(jī) 之間 進(jìn)行 通訊， 并將 在不同地點(diǎn)采集相應(yīng)的信息發(fā)送 給 客戶端 ，工作過程 是 由單片機(jī)發(fā) 出 的 AT 指令實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì) 依托智能 小車 作 為 系統(tǒng)的 平臺(tái)， 利用單片機(jī) STC12C5A60S2 作為主控芯片 對(duì)數(shù)字信號(hào)的敏感可控性，以及溫 濕 度傳感器 DHT11 和光 電開關(guān) 對(duì)環(huán)境變量的數(shù)字式采集傳輸， 并利用 RFID無線射頻 技術(shù)對(duì)地點(diǎn)進(jìn)行 了 精確定位， 再加上單片機(jī)對(duì) GSM 模塊的指令控制實(shí)現(xiàn)了對(duì) 房屋 內(nèi)部的空氣濕度、溫度信息 、煙霧信息 以及大門的開關(guān)狀態(tài) 進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并能夠發(fā)送到 客戶 手機(jī)上 供遠(yuǎn)程查看監(jiān)控。所以，如何有效精確監(jiān)控家中各個(gè)方位的安全狀況 并且讓用戶知道 成為了我們?cè)O(shè)計(jì)這個(gè)系統(tǒng)的唯一目的。 住宅智能安防系統(tǒng)是我國(guó)未來智能住宅建筑的重點(diǎn)發(fā)展方向，需求量大，應(yīng)用更是十分廣泛，因此，開發(fā)功能和結(jié)構(gòu) 都趨于 合理 ，并且 包含多技術(shù)和高性價(jià)比 功能 的新型安防巡邏 定位 系統(tǒng)是具有 十分 重要的現(xiàn)實(shí)意義 的 。五是市場(chǎng)需求旺盛。隨著近些年來人們熱衷于高度自動(dòng)化的熱潮，安 防報(bào)警系統(tǒng)也在向著集成化、智能化的方向發(fā)展了。 并且 新加坡也推出了自己獨(dú)特的的家庭智能化系統(tǒng) ，促進(jìn)了安防產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 。傳統(tǒng)的 安防 監(jiān)控系統(tǒng)采用人工管理， 專門負(fù)責(zé)人對(duì)小區(qū)進(jìn)行管理，以及有線監(jiān)控布線，布線復(fù)雜，不能實(shí)時(shí)反饋信息給屋主， 這將 需要額外的勞動(dòng)力 ，監(jiān)控 效率底 等缺陷， 可能會(huì) 造成不可挽回的損失， 還 增加了資源 成本， 而且 人力資源 也有 巨大浪費(fèi)， 還 很難達(dá)到預(yù)期的效果。 本文提出了一種基于 RFID 無線射頻 技術(shù)和 STC12C5A60S2 高速低功耗 單片機(jī)的智能家庭 安防巡邏定位系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 。國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng) 更是 離不開 對(duì)安全 的 重視 ， 并且 穩(wěn)定是發(fā)展的重要 的 前提 要素 ，是構(gòu)建和諧社會(huì)的重要 的 基礎(chǔ)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了采集端與客戶端之間的通信，能把采集到的信息發(fā)送給客戶端， 客戶能第一時(shí)間獲取房間的實(shí)時(shí)狀態(tài) ，實(shí)現(xiàn)了 家庭環(huán)境 實(shí)時(shí)監(jiān)控 ，幫助在外的屋主 能夠 了解家中的安全狀況 。 而 制約我國(guó)安防產(chǎn)業(yè)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力提高的主要瓶頸之一 是 生產(chǎn)要素中的技術(shù)自主創(chuàng)新的薄弱。 對(duì)于全世界的 安防行業(yè) 來說， 一直處于 在 領(lǐng)先 的 地位 的是北美，并且不斷的發(fā)展壯大 。尤其伴隨我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的不斷發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，住宅小區(qū)是否具備智能化， 安全化 將成為評(píng)價(jià)住宅小區(qū)的重要 的 指標(biāo) [2]。 課題研究的意義 本課題 是 根據(jù)目前安防系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)，研究并設(shè)計(jì)了一個(gè)相對(duì)比較完整的安防系統(tǒng)，其中重點(diǎn)設(shè)計(jì)是基于 STC12C5A60S2 的 單片機(jī)和 RFID 無線射頻技術(shù)對(duì)位置定位 的安防系統(tǒng)。 （ 3） 使用 RFID 對(duì)房屋需要監(jiān)測(cè)的每一個(gè)位置精確定位。 （ 2）實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控 系統(tǒng)監(jiān)控信息不受時(shí)間和空間的限制，即便觀察者身處外地也能夠很方便的了解家中安全情況。系統(tǒng)的整體框圖如圖 21 所示： 家庭安防巡邏定位系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) （硬件部分） 5 圖 21 系統(tǒng)方案框圖 系統(tǒng) 模塊化設(shè)計(jì) 系統(tǒng)整體是以單片機(jī)為核心的控制系統(tǒng)，傳感器為采集端，利用 GSM 模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程消息推送，根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求，分為了以下幾個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)： （ 1）最小系統(tǒng)模塊 （ 2） RFID 定位模塊 （ 3）溫濕度采集模塊 （ 4）煙霧采集模塊 （ 5） GSM 控制模塊 （ 6）電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 （ 7）多路循跡模塊 （ 8）光電開關(guān)模塊 福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 第 3 章 硬件電路 硬件電路概述 本 系統(tǒng)的硬件電路主要可以分為 以下的 六 個(gè)部分，分別是： （ 1）核心控制部分 STC12C5A60S2 單片機(jī)：是整個(gè)系統(tǒng)的心臟部分，負(fù)責(zé)控制各個(gè)傳感器， 控制 RFID 讀寫器，利用 RFID 無線射頻識(shí)別技術(shù)對(duì)房間內(nèi)的位置進(jìn)行定位，負(fù)責(zé)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向，并 接收傳感器采集到的信息并處理，控制 GSM 模塊的遠(yuǎn)程傳輸?shù)裙ぷ?。線性型驅(qū)動(dòng)的電路結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，采用由達(dá)林頓管組成的 H 型橋式電路。 （ 2） ~：一組帶有上拉電阻的 I/O 口， 管腳復(fù)用成 8 路 ADC 輸入通道 。 STC12C5A60S2 在本系統(tǒng)中的具體應(yīng)用 在本系 統(tǒng)中， STC12C5A60S2 的 XLAT XLAT2 引腳外接 的晶振； P1_3和 P1_4 控制左右車輪速度， P1_5 和 P1_6 控制左右車輪方向； P2_4 到 P2_7 分配給四路光電循跡； P2_0、 P2_2 和 P3_2 分別作為溫濕度、煙霧和大門開關(guān)狀態(tài)檢測(cè)； P3_0 和 P3_1分別和 GSM 模塊的 TXD、 RXD 相連用于串口通信，控制 GSM 模塊的工作狀態(tài)； P3_3P3_7家庭安防巡邏定位系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) （硬件部分） 9 控制 RFID 無線射頻 RC522 讀卡器，將讀取到的 M1 卡號(hào)發(fā)送給單片機(jī)。讀寫器會(huì)先與每張卡進(jìn)行通信，讀取每張卡的序列號(hào)。當(dāng)讀寫器收到這一字節(jié)后， 就可以 對(duì)卡進(jìn)行 下 一步操作。因此，要提高讀寫器的讀寫距離，所 以 設(shè)計(jì)的天線 應(yīng) 能在盡 量 大的范圍內(nèi)產(chǎn)生所需 要 的電磁家庭安防巡邏定位系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) （硬件部分） 11 場(chǎng) [8]。 DHT11 采用單總線式的串行接口，操作方便，信號(hào)傳輸距離長(zhǎng)，可用于一些環(huán)境較為苛刻的場(chǎng)合。 （ 6）測(cè)量的 溫 范圍從 050℃ ，測(cè) 溫 精度為 177。 氣體傳感器 MQ2 MQ2 特點(diǎn) MQ2 是一種 氣體傳感器 ，它 所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫 ，其工作原理正是利用了二氧化錫這一特性 。 GSM 模塊是手機(jī)中的核心模塊，它將 GSM 射頻芯片、存儲(chǔ)器、基帶處理芯片和功放器件等模塊集中在一小塊電路板上，具有獨(dú)立的操作系統(tǒng)，并且能夠提供標(biāo)準(zhǔn)接口。 （ 2） AT+CMGF=n， n=0 為 PDU 模式； n=1 為文本模式。 內(nèi)部含有 兩個(gè) H 橋的高電壓大電流全橋式驅(qū)動(dòng)器，可驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 等等。單片機(jī) 是 通過 對(duì) 每個(gè)紅外接收管 采集到 的輸出端電壓 的狀態(tài) ， 就能夠判斷到 軌道 目前的 位置， 進(jìn)而能夠 控制小車的轉(zhuǎn)向，使小車 能夠 一直 正常的 沿 著 軌道 行走 。其中 物體不 僅僅 限于金屬，所有 的 能 夠 反射光線的物體 都可以 被檢測(cè) 出來 。在電路板正常上電無異樣情況出現(xiàn)后觀察指示燈是否被點(diǎn)亮。將 RFID、電機(jī)模塊、循跡模塊、傳感器（溫濕度、煙霧、光電開關(guān)）和 GSM 模塊的測(cè)試代碼分別下載到單片機(jī)中進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試記錄如表 41 所示： 表 41 硬件調(diào)試記錄 測(cè)試模塊 測(cè)試結(jié)果 RFID 串口調(diào)試界面上顯示卡號(hào)正確 電機(jī)模塊 電機(jī)各種動(dòng)作均正常 循跡模塊 四個(gè)紅外開關(guān)均能正確辨別黑線 DHT11 溫濕度符合溫濕度計(jì)上顯示的數(shù)值 MQ2 檢測(cè)到煙霧，指示燈亮起 光電開關(guān) 接近門時(shí)候指示燈亮起 GSM 當(dāng)模塊收到指令時(shí)，蜂鳴器響起 代碼調(diào)試 代碼采用的是分模塊編寫的方式，系統(tǒng)的每個(gè)小工作模塊都有自己獨(dú)立的工作代碼和頭文件，通過子函數(shù)的相互調(diào)用和主函數(shù)的調(diào)用實(shí)現(xiàn)功能。我們將 DHT11 測(cè)得的溫濕度與溫濕度計(jì)相比較來判斷其測(cè)得結(jié)果是否準(zhǔn)確可靠，測(cè)試數(shù)據(jù)記錄如表 4 44 所示 ： 表 43 溫度調(diào)試記錄 DHT11 測(cè)溫值（ ℃ ） 溫度計(jì)測(cè)溫值（ ℃ ） 19 23 28 30 表 44 濕度調(diào)試記錄 DHT11 測(cè)濕值（ %） 濕度計(jì)測(cè)量值（ %） 48 48 53 54 57 57 61 60 經(jīng)與溫濕度計(jì)的比較后可以看出， DHT11 采集到的溫濕度值數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，并且會(huì)隨著測(cè)量濕度的改變而變化。 家庭安防巡邏定位系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) （硬件部分） 23 第 5 章 調(diào)試結(jié)果 經(jīng)過對(duì)各個(gè)模塊反復(fù)調(diào)試和代碼修改，系統(tǒng)已基本達(dá)到預(yù)定的要求： 安防巡邏 小車能夠 按照 事先設(shè)定 的路線 前進(jìn) 。 （ 4）由于時(shí)間和經(jīng)費(fèi)的限制，小車電機(jī)部分轉(zhuǎn)速不能調(diào)到完全一致，只能靠軟件盡量的確調(diào)節(jié)，使兩個(gè) 輪子能盡量轉(zhuǎn)速一致。 首先，在硬件方面我們從六個(gè)模塊入手。