【正文】 從總體來說，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的目標(biāo)，資源利用合理，使用起來方便簡單，實(shí)用性強(qiáng)，而且成本也很低廉，是一個(gè)性價(jià)比較高的系統(tǒng)。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。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。最重要的是小車平臺(tái)，利用 STC12C5A60S2作為主控芯片控制各大模塊的正常運(yùn)作。使用戶不在家便能查看到房屋內(nèi)的安全狀況。 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。 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。 （ 5）工作模式暫時(shí)只有一種，定時(shí)檢測(cè)環(huán)境中的參數(shù)。 （ 3）客戶端與 GSM 模塊之間的通訊存在一定的延時(shí)，由于客戶端與 GSM 模塊之間的通訊是利用 GSM 網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的，所以存在些許的延時(shí)，還可能會(huì)因?yàn)榛拘盘?hào)的影響也會(huì)對(duì)信息接收產(chǎn)生一定的影響。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。 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 。并且利用 RFID 無線射頻 技術(shù)， 對(duì) 固定位置 進(jìn)行了 精確定位。經(jīng)過對(duì)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。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。光電開關(guān)在測(cè)試大門開關(guān)狀態(tài)時(shí)也能根據(jù)預(yù)先設(shè)定的要求一樣，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。 RFID 定位調(diào)試 將 RFID 定位的代碼的在主函數(shù)中進(jìn)行調(diào)用后燒寫到單片機(jī)中，連接好單片機(jī)和 RFID讀卡器，使用串 口調(diào)試工具分別對(duì)各個(gè)位置的 M1 卡進(jìn)行讀取，測(cè)試數(shù)據(jù)記錄如表 45 所示： 家庭安防巡邏定位系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) （硬件部分） 21 表 45 RFID 調(diào)試記錄 位置 卡號(hào) 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(guān)調(diào)試 煙霧檢測(cè)是使用 MQ2 傳感器，配合開發(fā)板上的 LED 燈和蜂鳴器進(jìn)行測(cè)試，可根據(jù)模塊上的電位器對(duì)靈敏度進(jìn)行調(diào)節(jié)。 小車循跡調(diào)試記 錄如表 42 所示： 福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 表 42 小車調(diào)試記錄 方向 狀態(tài) 直行 正常 小角度左轉(zhuǎn) 正常 大角度左轉(zhuǎn) 正常 小角度右轉(zhuǎn) 正常 大角度右轉(zhuǎn) 正常 溫濕度采集調(diào)試 將代碼的溫濕度在主函數(shù)中進(jìn)行調(diào)用后燒寫到單片機(jī)中，對(duì)系統(tǒng)上電，等待系統(tǒng)啟動(dòng)完畢后在串口調(diào)試工具上顯示出了當(dāng)前的溫度值，嘗試將 DHT11 放在筆記本散熱出風(fēng)口上顯示的溫度數(shù)值在不斷增大，濕度數(shù)值在不斷減小。 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。 （ 3）軟件部分全部寫完后，對(duì)整體 進(jìn)行編譯與鏈接，檢查代碼中所有的定義是否符合單片機(jī)的內(nèi)存要求，以及函數(shù)的聲明和定義調(diào)用是否準(zhǔn)確無誤。在編寫代碼的時(shí)，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(shù)調(diào)用到的子函數(shù)在頭文件中聲明。 家庭安防巡邏定位系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) （硬件部分） 19 調(diào)試數(shù)據(jù)記錄 認(rèn)真檢查了電路板確認(rèn)走線正確并且元器件焊接無誤，給系統(tǒng)接上電源后信號(hào)指示燈也能夠正常點(diǎn)亮。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。 檢查循跡模塊 分別讓四個(gè)紅外開關(guān)去檢測(cè)黑線，根據(jù)電平的高低，觀測(cè)是否能分辨白色地板和黑線。 檢查 RFID 模塊 將示例程序燒錄到單片機(jī)中，將單片機(jī)與 RFID 模塊連接好，使用串口調(diào)試工具測(cè)試是否將 M1 卡號(hào)讀出，卡號(hào)是否正確。若有則需排除故障。 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。 福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 第 4 章 系統(tǒng)調(diào)試 硬件電路調(diào)試 電路調(diào)試步驟 檢查電路 電路板制作電路板，當(dāng)覆銅板腐蝕完成后，應(yīng)當(dāng)需要檢查每條線路是否清晰，對(duì)照電路圖檢查有沒有存在 走線被誤腐蝕掉的情況。光電開關(guān)將輸入電流在發(fā)射器上轉(zhuǎn)換為光信號(hào) 并且 射出，接收器再根據(jù)接收到的光線的強(qiáng)弱 ， 或 者 有無對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行探測(cè) [18]，從而可以達(dá)到檢測(cè)物體的功能。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(guān) 光電開關(guān) 又稱為 光電傳感器，是光電接近開關(guān)的 一種 簡稱，它利用 的原理是 被檢測(cè)物對(duì)光束的遮擋或 者 反射， 并且 由 同步回路 對(duì)相應(yīng)電路進(jìn)行 選通，從而檢測(cè) 是否存在 物體。 小車上的 紅外 接收管 也就 接收不到紅外光 了 [17]。在小車行駛過程中 紅外對(duì)管 不斷地向地面發(fā)射 出 紅外光，當(dāng)紅外光遇到白色紙質(zhì)地板時(shí)發(fā)生漫反射，反射光 則會(huì) 被裝在小車上的接收管接收 。 使用的 這種方法 叫作 紅外探測(cè)法。所以小車 是 可以根據(jù)光電傳感器接收到的反射光的強(qiáng)弱 不同，進(jìn)而 來判斷 行進(jìn)的 道路。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。 可以外接檢測(cè)電阻，將變化 的信號(hào) 量反饋給控制電路 單元 。使 用 了 標(biāo)準(zhǔn) 的 邏輯電平信號(hào) 進(jìn)行 控制 。 額定功率 25W。主要特點(diǎn)是：工作電壓高， 且最高 可達(dá) 到 46V。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 L298N 的特點(diǎn) L298N 芯片 是一種高電壓、大電流 的 電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片。 （ 3） AT+CSCA， 設(shè)置運(yùn)營商 （聯(lián)通、移動(dòng)、電信） 短信中心號(hào)碼 。 TC35 的管腳連接如圖 39 所示： 圖 39 TC35 的管腳連接 圖 AT 指令 單片機(jī)對(duì) GSM 模塊的控制是通過 AT 指令實(shí)現(xiàn)的， 本系統(tǒng)設(shè)計(jì) 用到的 AT 指令有以下幾條： （ 1） AT：握手指令，是進(jìn)行所有操作前的第一步，握手成功后才可以進(jìn)行其他的操作。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。本設(shè)計(jì)使用的是西門子 TC35 系列的 TC35，工作在 EGSM900 和 EGSM1800雙頻段 [15]。 GSM模塊可以進(jìn)行語音通話，發(fā)送接收短信， GPRS 數(shù)據(jù)傳輸功能，即只要基于 GSM 網(wǎng)絡(luò)的基本通信功能都能夠?qū)崿F(xiàn)，加上顯示屏、按鍵和電池的 GSM 模塊即是一部可以正常工作的手機(jī)。截止 到 1997 年底已在 100多個(gè)國家 進(jìn)行了 運(yùn)營，并 且 亞 洲和歐洲地區(qū) 是 擁有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，到 20xx 年 止， 全世界 162個(gè)國家 都 已經(jīng)建設(shè)了 四百 多個(gè) 的 GSM 通信網(wǎng)絡(luò) [14]。 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]。 其 具有探測(cè)范圍 十分 廣泛、靈敏度 較 高、響應(yīng)恢復(fù) 十分 快、優(yōu)異的穩(wěn)定性、 以及 驅(qū)動(dòng)電路 相對(duì) 簡單等 這些 特點(diǎn)。當(dāng) 可燃?xì)怏w、煙霧等出現(xiàn)在 傳感器所處環(huán)境中 時(shí) ， MQ2 傳感器的電導(dǎo)率 也會(huì) 隨空氣中可燃?xì)怏w 或者煙霧的 濃度的增加而增大。 （ 5） DHT11 輸出全部 40 位 數(shù) 據(jù)后， DATA 引腳由上拉電阻變?yōu)楦唠娖?，等待下一次外部信?hào)的到來。 （ 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)。 DHT11 的典型應(yīng)用如圖 36 所示： 家庭安防巡邏定位系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) （硬件部分） 13 圖 36 DHT11 的典型應(yīng)用 圖 DHT11 的工作過程 DHT11 傳感器是通過單總線協(xié)議和上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，它需要嚴(yán)格的讀寫協(xié)議來確保數(shù)據(jù)的完整性 [12]，具體的工作步驟如下： （ 1） DHT11 上 電穩(wěn)定后測(cè)試環(huán)境中的濕度數(shù)據(jù)并記錄，此時(shí) DATA 數(shù)據(jù)線有上拉電阻拉高并一直保持高電平，此引腳處于時(shí)刻檢測(cè)外部信號(hào)的狀態(tài)中。 1℃ 。5%RH，測(cè)量精度 十分 高。 （ 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。 （ 2）響應(yīng)速度 較 快，工作 相對(duì) 穩(wěn)定，抗干擾能力 比較 強(qiáng)。 本系統(tǒng)使用DHT11 對(duì) 房間、廚房、衛(wèi)生間等地方的 溫度和濕度進(jìn)行采集。 DHT11 在測(cè)量的過程中同時(shí)也 會(huì) 進(jìn)行精確的校準(zhǔn) 校驗(yàn) ，校準(zhǔn)系數(shù) 就 存儲(chǔ)在 OTP 內(nèi)存中。 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]。但由于每張 M1 卡的卡號(hào) 都 是惟 一的， MCM 接收到 卡號(hào)的信息 至少有 一 位既是 0 又是 1， MCM 找到第 一 個(gè)沖突位將其置 1，然后 再接著 查第 二 個(gè) ，依次排除 后 ，最后 將 不再有沖突的 卡 即為被選中的卡 。 讀卡器 具體結(jié)構(gòu)如圖 34 所示： 圖 34 基于 MFRC522 讀寫器的 結(jié)構(gòu) 框 圖 讀卡器 的工作過程 MFRC522 在系統(tǒng)中的接法如圖 35 所示： 圖 35 MFRC522 讀寫器的電路 圖 根據(jù) 讀寫器 的 的 要求，單片機(jī)控制 MFRC522 完成 讀卡 需經(jīng)過以下幾個(gè)步驟： （ 1） 尋卡：尋找卡，將卡放在天線的作用范圍內(nèi)，若有卡在天線作用的范圍內(nèi)則讀福州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 取卡的類型 。讀寫器要通過天線來發(fā)射電波 來 形成了電磁場(chǎng)， 并且 通過電磁場(chǎng)來對(duì) M1 卡 進(jìn)行識(shí)別，天線所形成的電磁場(chǎng)范圍 ，也 就是射頻識(shí)別的 有效 區(qū)域。 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]。它 也 是 工作在 的 非接觸式通信讀卡 IC 系列中的 成員 。 即讀卡器讀取 M1 卡的卡號(hào)，返回給單片機(jī)，因?yàn)?M1 卡卡號(hào)具有唯 一性，所以作為地點(diǎn)的識(shí)別。被選中的卡將卡上 的 存儲(chǔ)在 塊 0 中的卡容量 的大小發(fā)送給 讀寫器。 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) 。 而 其他 未被選中的卡 一直 處于等待， 時(shí)刻準(zhǔn)備著 和 讀寫器進(jìn)行通信。由于每張 MIFARE ONE 卡的 卡 號(hào) 是全球惟一的 ，因此 可以利用AntiCollision 防重疊功能 和 卡上的防重疊功能模塊， 進(jìn)而 來選定其中 的 一張卡。 （ 2） AntiCollision 模塊：防 (卡片 )沖突功能 當(dāng) 多張 MIFARE ONE 卡 同時(shí) 處在讀寫器的天線工作范圍之內(nèi) 時(shí) ， MIFARE ONE 卡 的AntiCollision 模塊的防沖突功能 就會(huì) 被啟動(dòng) ，開始工作 。 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