【導讀】主要的保證，更是我們普通百姓安居樂業(yè)的基礎保障。國民經濟的快速增長更是離不開對。安全的重視，并且穩(wěn)定是發(fā)展的重要的前提要素，是構建和諧社會的重要的基礎。20xx年我國的國內生產總值已經躍居。人們對于保障人身財產安全有了迫切的需求，安防的需求越來越多，并且也越來越。家庭安防巡邏定位系統在這種環(huán)境下應運而生，解放了勞動力，使得安防管理向著科。學化，無人化，自動化的趨勢發(fā)展。該系統使用STC12C5A60S2高速低功耗單片機作為主控核。該系統運行可靠，成本較低，硬件電路僅需若干傳感器和單片機即可實現。房間的實時狀態(tài)，實現了家庭環(huán)境實時監(jiān)控，幫助在外的屋主能夠了解家中的安全狀況。

　　

【正文】 白色的地板對光線的發(fā)射程度是不同的。所以小車 是 可以根據光電傳感器接收到的反射光的強弱 不同，進而 來判斷 行進的 道路。單片機 是 通過 對 每個紅外接收管 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， 進而能夠 控制小車的轉向，使小車 能夠 一直 正常的 沿 著 軌道 行走 。 使用的 這種方法 叫作 紅外探測法。即 是 利用紅外 線 在不同顏色的物體表面 ，其 反射 的程度是不同 的特點。在小車行駛過程中 紅外對管 不斷地向地面發(fā)射 出 紅外光，當紅外光遇到白色紙質地板時發(fā)生漫反射，反射光 則會 被裝在小車上的接收管接收 。 如果 紅外線是 遇到黑線則紅外光 就 被吸收 了。 小車上的 紅外 接收管 也就 接收不到紅外光 了 [17]。 所以 單片機就是 以 否收到反射回來的紅外光 作 為 判斷路線的位置，也就是 來確定黑線 所在 的位置和 巡邏 小車 前進的 路線。光電循跡的原理圖 如圖 311 所示： 圖 311 光電循跡電路圖 多路循跡模塊 光電開關 光電開關 又稱為 光電傳感器，是光電接近開關的 一種 簡稱，它利用 的原理是 被檢測物對光束的遮擋或 者 反射， 并且 由 同步回路 對相應電路進行 選通，從而檢測 是否存在 物體。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 出來 。光電開關將輸入電流在發(fā)射器上轉換為光信號 并且 射出，接收器再根據接收到的光線的強弱 ， 或 者 有無對目標物體進行探測 [18]，從而可以達到檢測物體的功能。 本系統設計 正是 利用光電開關的特性 ，進而 對 大 門的開關狀態(tài)進行 相應的 檢測 。 福州大學本科生畢業(yè)設計（論文） 18 第 4 章 系統調試 硬件電路調試 電路調試步驟 檢查電路 電路板制作電路板，當覆銅板腐蝕完成后，應當需要檢查每條線路是否清晰，對照電路圖檢查有沒有存在 走線被誤腐蝕掉的情況。尤其是電源線和地線是否有接錯或者短路 的現象。 核對元件 檢查各個元件的位置是否準確，以及元件的型號是否正確，特別是二極管和電解電容的方向是否正確。 通電觀察 確定電源沒有短路現象存在后，給系統上電后觀察電路板是否有異樣情況出現，比如味道異常，元器件發(fā)燙等等。若有則需排除故障。在電路板正常上電無異樣情況出現后觀察指示燈是否被點亮。 檢查 RFID 模塊 將示例程序燒錄到單片機中，將單片機與 RFID 模塊連接好，使用串口調試工具測試是否將 M1 卡號讀出，卡號是否正確。 檢查電機模塊 使用示例程序控制電機模塊，使其輸出不同的電平讓直流電機根據軟件設置進行轉動。 檢查循跡模塊 分別讓四個紅外開關去檢測黑線，根據電平的高低，觀測是否能分辨白色地板和黑線。 檢查傳感器模塊 傳感器 包含有 煙霧 模塊 、溫濕度 模塊和 光電傳感器。分別測試每個傳感器是否能將數據傳遞給單片機，最后再將三個傳感器整合在一起檢測 檢查 GSM 模塊 將 GSM 模塊中放入移動的 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，則利用串口調試工具測試 GSM 模塊能否接收和發(fā)送短信。 功能檢查 將各部分的測試代碼燒 寫到單片機中，觀察系統各部分能否正常工作。 家庭安防巡邏定位系統的 設計 （硬件部分） 19 調試數據記錄 認真檢查了電路板確認走線正確并且元器件焊接無誤，給系統接上電源后信號指示燈也能夠正常點亮。將 RFID、電機模塊、循跡模塊、傳感器（溫濕度、煙霧、光電開關）和 GSM 模塊的測試代碼分別下載到單片機中進行調試，調試記錄如表 41 所示： 表 41 硬件調試記錄 測試模塊 測試結果 RFID 串口調試界面上顯示卡號正確 電機模塊 電機各種動作均正常 循跡模塊 四個紅外開關均能正確辨別黑線 DHT11 溫濕度符合溫濕度計上顯示的數值 MQ2 檢測到煙霧，指示燈亮起 光電開關 接近門時候指示燈亮起 GSM 當模塊收到指令時，蜂鳴器響起 代碼調試 代碼采用的是分模塊編寫的方式，系統的每個小工作模塊都有自己獨立的工作代碼和頭文件，通過子函數的相互調用和主函數的調用實現功能。在編寫代碼的時，需遵循一定的規(guī)則： （ 1）首先編寫頭文件和模塊代碼，將需要被外部其他函數調用到的子函數在頭文件中聲明。 （ 2）每當一個模塊的代碼編寫完成后，就在主函數中將這部分的功能調用一下，并且進行編譯，檢查代碼是否編寫錯誤。 （ 3）軟件部分全部寫完后，對整體 進行編譯與鏈接，檢查代碼中所有的定義是否符合單片機的內存要求，以及函數的聲明和定義調用是否準確無誤。 系統綜合調試 軟硬件綜合調試的時候也是采用了分模塊調試的方式，對軟件代碼中的各個模塊進行分部獨立的調試，出現與預期不吻合的情況時再對代碼部分進行修改后繼續(xù)調試。 小車平臺調試 由于小車是所有的基礎，所有的工作都需要在小車平臺上工作，所以首先調試的是小車的平臺，平臺包括單片機主控模塊、電機驅動模塊和循跡模塊。 在測試路面上貼上一定的黑線作為測試路段，將小車放在測試路段上循跡。 小車循跡調試記 錄如表 42 所示： 福州大學本科生畢業(yè)設計（論文） 20 表 42 小車調試記錄 方向 狀態(tài) 直行 正常 小角度左轉 正常 大角度左轉 正常 小角度右轉 正常 大角度右轉 正常 溫濕度采集調試 將代碼的溫濕度在主函數中進行調用后燒寫到單片機中，對系統上電，等待系統啟動完畢后在串口調試工具上顯示出了當前的溫度值，嘗試將 DHT11 放在筆記本散熱出風口上顯示的溫度數值在不斷增大，濕度數值在不斷減小。我們將 DHT11 測得的溫濕度與溫濕度計相比較來判斷其測得結果是否準確可靠，測試數據記錄如表 4 44 所示 ： 表 43 溫度調試記錄 DHT11 測溫值（ ℃ ） 溫度計測溫值（ ℃ ） 19 23 28 30 表 44 濕度調試記錄 DHT11 測濕值（ %） 濕度計測量值（ %） 48 48 53 54 57 57 61 60 經與溫濕度計的比較后可以看出， DHT11 采集到的溫濕度值數據準確可靠，并且會隨著測量濕度的改變而變化。 RFID 定位調試 將 RFID 定位的代碼的在主函數中進行調用后燒寫到單片機中，連接好單片機和 RFID讀卡器，使用串 口調試工具分別對各個位置的 M1 卡進行讀取，測試數據記錄如表 45 所示： 家庭安防巡邏定位系統的 設計 （硬件部分） 21 表 45 RFID 調試記錄 位置 卡號 是否正確 Room1 F2722965 是 Room2 70A24E55 是 Kitchen 667E4E55 是 Washroom B7A4F55 是 Door 83F7BEA9 是 煙霧和光電開關調試 煙霧檢測是使用 MQ2 傳感器，配合開發(fā)板上的 LED 燈和蜂鳴器進行測試，可根據模塊上的電位器對靈敏度進行調節(jié)。光電開關測試是利用光電傳感器對物體距離進行檢測，配合開發(fā) 板上的 LED 燈和蜂鳴器，測試數據如表 46 所示： 表 46 煙霧和光電開關調試記錄 傳感器 是否正常 煙霧 是 光電開關 是 煙霧傳感器能在環(huán)境中出現液化氣、煙霧等氣體時做出相應的反應。光電開關在測試大門開關狀態(tài)時也能根據預先設定的要求一樣，所以說明兩傳感器其工作狀態(tài)良好，實現了預期的功能。 GSM 模塊調試 首先使用 PC 和 GSM 模塊的進行調試，打開 GSM 調試工具，測試打電話、發(fā)短信、接收短信等功能，確保 GSM 是工作正常的。接著編寫單元測試代碼燒錄到單片機中，發(fā)送相應的短信到目標手機中。 GSM 測試數據如表 47 所示： 表 47 GSM 調試記錄 手機客戶端 收到內容 與 顯示器 上顯示是否一致 This is Room1 RH=67g/kg,Temp=27C,everything is fine! 一致 This is Room2 RH=68g/kg,Temp=37C,temperature warning! 一致 This is Washroom RH=68g/kg,Temp=28C,everything is fine! 一致 This is Kitchen\n,RH=70g/kg,Temp=28C,everything is fine! 一致 Door is closed,home is safe. 一致 福州大學本科生畢業(yè)設計（論文） 22 經調試后發(fā)現 GSM 模塊能夠正常發(fā)送短信，發(fā)送的內容與 PC 機上顯示的內容一致，說明 GSM 能夠響應客戶端的采集信息。經過對客戶端的依次操作后證明 GSM 模塊工作良好，工作穩(wěn)定可靠。 家庭安防巡邏定位系統的 設計 （硬件部分） 23 第 5 章 調試結果 經過對各個模塊反復調試和代碼修改，系統已基本達到預定的要求： 安防巡邏 小車能夠 按照 事先設定 的路線 前進 。并且利用 RFID 無線射頻 技術， 對 固定位置 進行了 精確定位。還可以在精確的位置對 溫濕度、煙霧 傳感器 進行 數據 的采集 并 且通過 GSM 模塊發(fā)送給客戶端。 在調試的過程中，選用了不同的手機作為客戶端來進行驗證，客戶端的號碼有移動的號碼也有聯通的號碼，經過驗證后 GSM 模塊 發(fā)送 短信 基本穩(wěn)定 ，整個系統能夠滿足預先設定的要求，設計性能良好，測試過程中沒有出現數據丟失的現象，整個系統的 功能 設計也 基本 上 有效 地 完成 了 。 系統調試工作如圖 51 所示： 圖 51 系統調試圖 福州大學本科生畢業(yè)設計（論文） 24 第 6 章 系統設計的不足 任何設計都有其不足之處，該設計也不例外。由于受到了設計時間，經費和個人能力等因素的限制，系統也存在著以下幾點 不足之處： （ 1）系統目前只能實現對家庭中固定地點進行數據的采集和反饋，還沒做到任何地點的數據采集。 （ 2）系統僅對溫室內的溫度、濕度和煙霧這三個因素進行監(jiān)控，對于人體紅外部分，本設計暫時沒有添加上去，也是由于硬件電路電源供電的考慮。 （ 3）客戶端與 GSM 模塊之間的通訊存在一定的延時，由于客戶端與 GSM 模塊之間的通訊是利用 GSM 網絡實現的，所以存在些許的延時，還可能會因為基站信號的影響也會對信息接收產生一定的影響。 （ 4）由于時間和經費的限制，小車電機部分轉速不能調到完全一致，只能靠軟件盡量的確調節(jié)，使兩個 輪子能盡量轉速一致。 （ 5）工作模式暫時只有一種，定時檢測環(huán)境中的參數。時間充足情況下，可以再設置小車通過 GSM 接收指令來達到控制巡邏小車運行模式的選擇。 雖然這個 家庭安防巡邏定位 系統存在著種種不足之處，但是其已基本達到了畢設前對畢設作品的要求。該設計在日常生活中具有一定的實用性，結合了目前 安防產品 ， 本系統相對來說 數據的可信性高，系統工作穩(wěn)定可靠，只需要 將巡邏小車啟動后，在 客戶端 手機接收所采集到的信息便可 ，具有容易操作、可靠、成本低，實用性強的優(yōu)點。 家庭安防巡邏定位系統的 設計 （硬件部分） 25 結 論 本設計是依托智能小車為平臺，使用 RFID 了射頻識別技術對房屋地點進行精確的地位。并且利用目前成熟可靠的 GSM 移動網絡，將傳感器檢測到的信號傳送至控制中心，根據一系列轉化后以短信的形式把數據發(fā)送到手機上的客戶端中。使用戶不在家便能查看到房屋內的安全狀況。 首先，在硬件方面我們從六個模塊入手。最重要的是小車平臺，利用 STC12C5A60S2作為主控芯片控制各大模塊的正常運作。小車電機的驅動是利用 L298N 芯片組成的模塊來使直流電機正常的運轉。小車行進的路線是固定的，主要是利用四路循跡模塊檢測黑線使智能小車能夠按照規(guī)定的路線進行循跡。定位技術我 們使用的是 RFID 射頻識別技術，利用 M1 卡具有全球唯一的編號的特性，將 M1 放置于不同的地點作為識別不同地點的標志。在規(guī)定監(jiān)測點，先是利用溫濕度傳感器和煙霧傳感器對家庭環(huán)境內部的環(huán)境數據進行采集，然后將采集到的數據給微處理器進行數據處理，由控制核心單片機 STC12C5A60S2 處理完畢后通過 GSM 模塊發(fā)送至上用戶手機終端上進行顯示，這樣我們就可以從客戶端手機上獲取到此時刻家庭內部的環(huán)境狀況了。 其次，在對直流電機控制、 RFID、各個傳感器、芯片的管腳名稱和接法用法以及 GSM模塊的操作使用方法有了大致的了解后， 根據事先設定的功能要求編寫代碼，包括電機的驅動代碼、 RFID 讀取代碼，各個傳感器的信息采集代碼，單片機的控制主代碼和 GSM 模塊的代碼，通過對各部分的軟件代碼的編寫實現了家庭安防巡邏定位系統的設計。 從總體來說，該系統實現了預期的目標，資源利用合理，使用起來方便簡單，實用性強，而且成本也很低廉，是一個性價比較高的系統。