家庭安防巡逻定位系统的设计(硬件部分)毕业设计(编辑修改稿)

家庭安防巡逻定位系统的设计(硬件部分)毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

，实现规模效应 进而发展壮 大整个行业。 大到政府、企业办公写字楼，小到别墅、公寓、仓库，甚至街头小店， 这些 几乎都与当地警局或安防公司联网。 一旦发生 了危险情况 ，警局或 者 安防公司 就 会 在 第一时间 获取到警情，并采取 相应 的 行动，真正做到了安防 的 规模化、一体化 [4],大部分 的 安防监测信息是通过无线网络进行传输 的 ，所以无线网络在安防系统中也起到关键性的作用 ，无线网络也是一个重点。 课题在国内的研究现状 在国内，我国的智能安防 行业相对来说 起步 是 比较晚 的 ，但是 不容置疑，我们的 发展速度确实 是 十分迅猛的。 随着近些年来人们热衷于高度自动化的热潮，安 防报警系统也在向着集成化、智能化的方向发展了。 在北京、东南沿海等地区智能报警系统已经发展了一定的规模。 目前 而言 ，建设部、公安部 等部委， 均要求智能 家庭 住宅小区 都 必须 要 配备安防系统 作为基本的公共的配置设施。 尤其伴随我国经济、社会的不断发展，人们生活水平的不断提高，住宅小区是否具备智能化， 安全化 将成为评价住宅小区的重要 的 指标 [2]。 目前中国 的 安防企业和产业发展的主要特点是：一是发展速度快，营业收入 高。 二是行业的企业规模大，产业高度集中。 三是企业重视科技创新。 四是产品质量稳步提高。 五是市场需求旺盛。 智能 安防 的 产品 应用领域 逐渐变广 ，人们收入 也不断在 提高， 人们 对安防产品的需求量 也在 不断 地 增加。 智能 化的 家居 、 建筑 等 迅速兴起 也 势必会刺激安防产品的迅速发展 壮大 [5]。 课题研究的意义 本课题 是 根据目前安防系统的发展现状及其发展趋势，研究并设计了一个相对比较完整的安防系统，其中重点设计是基于 STC12C5A60S2 的 单片机和 RFID 无线射频技术对位置定位 的安防系统。 本课题安防系统是依托智能小车为平台，又包括 各种 传感器模块、 GSM模块、 RFID 定位模块、循迹模块、电机驱动模块等组成部分。 本设计在程序设计中又 引入 了 模块化 的 设计 思想，从而使 整个的 系统整体更简洁、完善。 本课题重点设计了 温湿度采集 部分 、 GSM 发送短信模块部分 和 RFID 无线射频 定位 的 部分，其中 利用 RFID 无线射频技术对房屋的 定位的工作原理作了详细分析 和设计。 本 设计的 内容 是 属于软件和硬件电路的设计 和 应用方面 的 ，实现过程包括 了 元器件 的 选择 和 特性 的 测试 、 电路原理 的 设计、编写程序及软件调试、 以及 系统 的 整体调试 等 等。 住宅智能安防系统是我国未来智能住宅建筑的重点发展方向，需求量大，应用更是十分广泛，因此，开发功能和结构 都趋于 合理 ，并且 包含多技术和高性价比 功能 的新型安防巡逻 定位 系统是具有 十分 重要的现实意义 的。 设计的主要任务 设计的主要任务包括： 家庭安防巡逻定位系统的 设计 （硬件部分） 3 （ 1） 选用 STC12C5A60S2 单片机作为 整个系统的 主控芯片 对数据进行 快速处理。 （ 2） 选用合适的传感器，采集温度、湿度、烟雾以及门口开关状态。 （ 3） 使用 RFID 对房屋需要监测的每一个位置精确定位。 （ 4） 实现单片机与 GSM 模块之间的连接控制 ，工作过程中保证数据不丢失。 （ 5）使用四路光电循迹模块对房屋巡逻路线精确循迹。 （ 6）系统的布局合理、规范，体积小，成本低，可靠性强。 福州大学本科生毕业设计（论文） 4 第 2 章 系统方案的提出 系统 设计思想 本系统主要应用于寻常百姓家中、大型无人值守仓库等地方，对于住户而言，最为关心的一点就是家中是否安全，这也是从一开始家庭安防巡逻定位系统时的初衷。 所以，如何有效精确监控家中各个方位的安全状况 并且让用户知道 成为了我们设计这个系统的唯一目的。 我们需要这个系统能够准确的采集我们想要的环境参数，并且能够将采集到的信息反馈给住户，最重要的一点在于用户可以不在家中就能了解到各个方位的安全情况，即系统的使用不受到时间和空间的限制。 经过总结，系统设计的重点包括以下几个方面： （ 1）信息采集准确 确保能够准确的采集到指定地点的环境参数，并能将采集到的数据反馈给单片机进行处理。 （ 2）实现远程监控 系统监控信息不受时间和空间的限制，即便观察者身处外地也能够很方便的了解家中安全情况。 （ 3）人机交互良好 系统使用方便简单，用户仅需要通过对手机就能接收到所需要的安全信息。 （ 4）提高可靠性 在系统功能完善的基础上，尽可能的提高系统的可靠性，稳定性。 系统方案概述 在本系统中， 我们需要得到房屋内设定好位置的温度、湿度、烟雾等信息 ， 还要检测门是否关上。 所以需要采用 各种 相关的 传感器来实现采 集并传输信息的目的。 本设计 依托智能 小车 作 为 系统的 平台， 利用单片机 STC12C5A60S2 作为主控芯片 对数字信号的敏感可控性，以及温 湿 度传感器 DHT11 和光 电开关 对环境变量的数字式采集传输， 并利用 RFID无线射频 技术对地点进行 了 精确定位， 再加上单片机对 GSM 模块的指令控制实现了对 房屋 内部的空气湿度、温度信息 、烟雾信息 以及大门的开关状态 进行实时采集，并能够发送到 客户 手机上 供远程查看监控。 本设计的核心是 STC12C5A60S2 单片机，亮点在于利用RFID 无线射频技术 对位置进行 精确 定位，以及 通过 GSM 模块实现远程 的 传输信息。 系统方案框图 本系统包括单片机、温湿度检测、 RFID 模块 、 GSM 模块、 电机驱动模块 ， 四路循迹模块、光电开关、烟雾检测模块。 系统的整体框图如图 21 所示： 家庭安防巡逻定位系统的 设计 （硬件部分） 5 图 21 系统方案框图 系统 模块化设计 系统整体是以单片机为核心的控制系统，传感器为采集端，利用 GSM 模块实现远程消息推送，根据系统的设计需求，分为了以下几个模块进行设计： （ 1）最小系统模块 （ 2） RFID 定位模块 （ 3）温湿度采集模块 （ 4）烟雾采集模块 （ 5） GSM 控制模块 （ 6）电机驱动模块 （ 7）多路循迹模块 （ 8）光电开关模块 福州大学本科生毕业设计（论文） 6 第 3 章 硬件电路 硬件电路概述 本 系统的硬件电路主要可以分为 以下的 六 个部分，分别是： （ 1）核心控制部分 STC12C5A60S2 单片机：是整个系统的心脏部分，负责控制各个传感器， 控制 RFID 读写器，利用 RFID 无线射频识别技术对房间内的位置进行定位，负责控制电机的转向，并 接收传感器采集到的信息并处理，控制 GSM 模块的远程传输等工作。 （ 2）传感器 部分 ：是系统电路的关键组成部分，可以实现对 家庭 内部的温度、湿度以及 烟雾 的监控， 还可以对大门开关状态进行检测。 其中 利用 DHT11 温湿度传感器模块是 可以将采集到的温度和湿度信息直接转换成数字信号后 ，进而能 反馈给单片机， 且烟雾传感器 采集 到的数字信号也能发送给单片机 ， 并用光电开关采集到的数字信号反馈给单片机来达到检测大门开关状态的目的。 各个 传感器的工作过程 都 是由单片机采用软件代码 的方式来 控制实现的。 （ 3） RFID 定位 ： 利用 RFID 无线 射频识别技术，通过使用 MFRC522 读卡器对非接触式 IC 卡 M1 卡进行读取 信息 ，由于 每一张 M1 卡 都 具有唯一的 标识 编号，继而根据不同的编号对应不同的位置这一原理，对我们所需要定位的地点进行精确的管理定位， 工作过程 是 “ 寻卡 ， 防冲突 ， 选卡 ， 读 /写卡”操作，如果成功，则返回 M1 卡的 卡号信息。 （ 4） GSM 模块： 单片机 接收各个传感器的信息，并 将 所收集到的 传感器的信息处理后，利用 GSM 技术，将单片机 与客户端 手机 之间 进行 通讯， 并将 在不同地点采集相应的信息发送 给 客户端 ，工作过程 是 由单片机发 出 的 AT 指令实现。 （ 5） 多路循迹模块 ： 采用四个红外对管，分别置于小车 的 车 头部分，并让四个红外对管分布在 前轨道的两侧，根据四只光电开关接受到白线与黑线的 不同 情况 做出判断，根据判断进而 来控制小车转向来调整 小车前进的方向。 （ 6） 电机驱动模 块 ： 模块 采用 了 功率三极管作为功率放大器的输出 ，去 控制 两个 直流 减速 电机。 线性型驱动的电路结构和原理简单，采用由达林顿管组成的 H 型桥式电路。 并使 用单片机 去 控制达林顿管 ，让达林顿管 工作在占空比可调的开关状态下， 并调整占空比，继而可以 精确调整 了直流减速 电动机 的 转速。 STC12C5A60S2 单片机 STC12C5A60S2 的简介 单片机即是 一种 嵌入式的微控制器，它将一个计算机系统集成到一块芯片上 ，集成度家庭安防巡逻定位系统的 设计 （硬件部分） 7 高，速度快。 单片机的组成包括存储器、运算器、控制器、输入设备与输出设备，除了缺少外围设备，单片 机就是相当于一个微型的计算机 [6]。 单片机具有体积小、功耗低、成本比较 便宜、操作 相对 可靠、环境适应能力 很 强等优点， 非常 适合用于工业 的 控制领域和智能产品 的 领域。 在本 系统的 设计中， 是 采用 了 宏晶公司的 STC12C5A60S2 这一款 单片机来做 为系统的核心 的 控制部分。 STC12C5A60S2 是一种 单时钟 /机器周期 (1T)的单片机，与 51 系列微处理器兼容，但比普通 8051 处理速度 快 到 8 倍 以上 ，具有高速、低功耗、超强抗干扰 等 的特点的新一代8051 单片机。 STC12C5A60S2 的功能特性包括以下几点 [7]： （ 1）兼容 MCS51 指令系统 （ 2） 宽工作电压范围： （ 3） 工作频率范围： 035MHz （ 4） 片上集成 1280 字节 RAM （ 5） 片内集成 2 路 PWM， 8 路 10 位 AD （ 6） 60K 大容量 可反复擦写 (10 万 次） Flash ROM （ 7） 40 个具有准双向，强推挽，高阻和开漏四种状态的可编程 I/O 口 （ 8） 具有 全双工异步串行口（ UART） （ 9） 共 4 个 16 位定时器 （ 10） 单片机 片内集成看门狗电路 STC12C5A60S2 引脚说明 STC12C5A60S2 的具体引脚如图 31 所示： 图 31 STC12C5A60S2 引脚图 福州大学本科生毕业设计（论文） 8 各个引脚的对应功能为： （ 1） ~: 一组 8 位漏极开路型双向 I/O 口 ，能够 用作地址 /数据总线 复用口。 （ 2） ~：一组带有上拉电阻的 I/O 口， 管脚复用成 8 路 ADC 输入通道。 （ 3） ~：一组带有上拉电阻的 I/O 口，在代码编译或者校验时可接受高位地址或者控制信号。 （ 4） ~：一组带有 上拉电阻的 I/O 口，但其部分引脚的第二功能更常被使用到，如表 31 所示： 表 31 P3 口引脚的第二功能 引脚号 引脚名称 第二功能 RXD 串行输入 TXD 串行输出 INT0 外部中断 0 INT1 外部中断 1 T0/INT 定时器 0 外部输入 T1/INT 定时器 1 外部输入 WR 外部数据存储器允许写 RD 外部数据存储器允许读 （ 5） RST：复位引脚，通过检测按键是否按下控制单片机的复位， RST 引脚上 连续出现两个机器周期或以上的高电平将使得单片机复位。 （ 6） ALE：当访问外部的程序存储器时，地址锁存信号 ALE 可以锁存地址的低 8 位 （ 7） SS： SPI 同步串行并接口的从机选择信号 ，片选信号。 （ 8） ECI/MOSI： ECI 是 PCA 计数 器的外部脉冲输入 管 脚。 MOSI 是 SPI 同步串行接口的主出从入。 （ 9） MISO： SPI 同步串行接口的主入从出。 （ 10） XLAT XLAT2：分别为 晶体 振荡器 的 反相放大器 以 及 其 内部时钟发生器的输入端和输出端。 STC12C5A60S2 在本系统中的具体应用 在本系 统中， STC12C5A60S2 的 XLAT XLAT2 引脚外接 的晶振； P1_3和 P1_4 控制左右车轮速度， P1_5 和 P1_6 控制左右车轮方向； P2_4 到 P2_7 分配给四路光电循迹； P2_0、 P2_2 和 P3_2 分别作为温湿度、烟雾和大门开关状态检测； P3_0 和 P3_1分别和 GSM 模块的 TXD、 RXD 相连用于串口通信，控制 GSM 模块的工作状态； P3_3P3_7家庭安防巡逻定位系统的 设计 （硬件部分） 9 控制 RFID 无线射频 RC522 读卡器，将读取到的 M1 卡号发送给单片机。