【基于Arduino uno的智能安全检测报警系统的设计与实现10000字（论文）】

I基于Arduinouno的智能安全检测报警系统的设计与实最近几年信息科技飞速发展，物联网的发展势头很猛，智能家居系统已经开始慢慢走入各户各家，为人们带来新科技的快乐。本系统采用Arduinouno作为控制器，整个系统由硬件和软件组成。硬件部分使用了Arduinouno单片机，WIFI通信模块，多种传感器，例如：温湿度传感器，烟雾传感器，火焰传感器，软件部分是基于Androidstudio平台，利用Java语言开发的手机App软件，它能与底层的硬件相互通信，上传数据和下达指令，实现智能检测与报警功能。本课题完成了智能家居安防检测系统的总体设计、硬件设计、软件设计和系统综合调试，它是一个软件硬件的综合体，实现了家居环境的智能检测与报警功能。1绪论 11.1系统的背景和研究意义 1 2 3 52.1软件的功能需求 52.1.1监控功能 52.1.2智能服务器 52.1.3智能客户端 62.2软件的性能需求 6 73.1硬件结构概述 73.1.1系统硬件框图 73.1.2硬件接口描述 73.2软件功能划分 83.2.1软件层次架构 83.2.2软件子系统划分 83.3软件运行环境和开发平台 83.3.1嵌入式软件 93.3.2智能客户端 9 104.1PC软件设计 4.1.2智能客户端软件功能设计 4.2嵌入式软件(MAIN)设计 4.2.1Main软件功能设计 15系统主要流程描述 5.1初始化流程 5.3.1Main子系统流程描述 5.3.2智能客户端子系统流程描述 6软件和硬件系统代码设计 6.2硬件代码设计 6.2.1WiFi模块的通信设置 6.2.2传感器的代码设计 6.2.3硬件与软件通信设计 6.3软件代码设计 6.3.1软件的配置文件 216.3.2软件主要功能代码设计 27总结 251安全防卫工程是一个国家和企业赖以生存、健康地发展的重要技术基础，尤其特别是在我国经济现代化建设和技术迅速高度进步的今天，犯罪行为越来越趋向于智能化，手段也越来越隐蔽，加强现代化的建筑安防技术就越来越显得更为重要。安全风险防范技术正是在这一意义上进行发展而成的，它也是与电子技术、传感器技术、计算机技术和现代通讯技术等各种高科技设备相结合的产物。它在有效地预防财产和危及人民健康的生命安全等各个方面都起到了普遍防范措施难以或者不最有可能地起到的功效。安全风险防范的技术体系和产品是预防和打击恐怖主义犯罪以及有效地预防自然灾害事件再次发生的尖锐武器，是对社会治安整体综合管理的一项重要组成部分，它将促进我们逐渐告别一把守住锁头确保平安的时代。运用安全风险防范技术来实施安全风险防范首先会给犯罪分子带来一定的威胁，使之不敢轻易受到制裁。例如安防系统可以及时地发现各类犯罪嫌疑人的作案时间与市场中出现了非法入侵、盗窃等违法犯罪活动，安全科学的技术性防范系统就会能够被及时发现，及时进行报警，电视监测系统就会能够准确地记录下每个犯罪现场和每个犯罪分子在现场和市场上的犯罪情况，以便于及时打击和破案，节约了大量的人力、物力。重要的事业单位，要害事件处理作业部门等在建立了多功能、多层次安防巡逻监测安全管理信息系统后，大大降低了消防巡逻值班人员的基本劳动性，增加了工作效率，减少了经营开支。摄像头安全监测监控系统建设是安全工业生产信息技术安全防范控制系统建设中的重要几个组成环节部分，它们本身是一种先进、防范控制性能极强的工业综合性监控系统。随着现代信息电子科技的不断进步和产业飞速发展，ccd移动摄像机的监测技术日益成熟和走向商品化，在移动监测监控系统中，可以把被接入监测物体场所的所有图像状态信息内容直接通过传送提供给监测用户的移动终端监测设备，使被接入监测物体场所的图像状态信息变化一目了然。同时，监视终端还能够与防盗报警等其他安全技术的防范系统进行联动和运作，使得防范功能更加完善。监视终端的另一个主要特点之一就是它已经可以把被监视现象和场所的图像及其声音完整或者部分记录在案，这样就给日后对于某些情况进行的2处理工作带来了方便的条件和重要基础。在我国微电子计算机信息技术高速进步的今天，应用在监视电视系统领域中的信息技术也愈来越多，各类设备也愈益先进、更加完善。对于系统的设计人员来说最重要的一点就是如何将先进的技术和设备有机结合起来，根据企业和用户的具体情况才能切实地充分发挥其在安全风险防范中的作用。1.2智能家居系统概述随着社会信息化的飞速加快，人们的工作、生活、信息的关系变得日益紧密。现代社会在不断改变着人们现代化对人们的日常生活工作方式和人们工作生活习惯的普遍需要同时，传统的老旧房子也应需要有所改变，社会、技术以及社会经济发展的进一步提高更让我们的思想观念发生了很大的改变。人们对于家居的生活条件要求早已不仅仅只是一个居住地方，我们更加十分重视的让它是一个健康、安全、舒适的起居家。家居产品智能化制造技术最早据说起源于1950年美国，它就是以家为平台进行设计的。智能家居系统主要构成是以gsm、hfc、以太网、现场监控总线、公共网络电话网、无线网的网络数据信息传输处理网络和利用计算机网的网络数据处理系统为技术基础和系统物理控制平台，计算机上的网络通讯技术和系统数据处理系统为主要的网络技术应用平台，现场监控总线和网络数据处理系统为主要的技术应用和系统操作管理平台，构成一个完整的集智慧家庭网络通讯、家居电子设备的安全自动控制、家庭安全隐患风险监测防范等多种主要功能的智慧家居安全控制管理系统。智能家居系统的整个总体目标就是通过应用计算机技术、互联网技术、控制等技术及其集成技术是建立一个从家庭到住房小区甚至于整个城市的综合性信息服务和管理系统，以此为基础建设和发展一个能够大幅度地提高房屋<br>中的高新技术含量及其对于居民生活和居住环境的影响程度。大型家庭智能家居温度控制管理系统一般由监控系统中的伺服器、家庭专用控制器(不同的控制模块)、多个无线路由器、电缆以及调制解调器的头端控制设备cccmts、3兴信息技术以及现代电子网与计算机和通信网络等新兴信息技术的不断进步发展，家居也首先从我们以前传统的毫无一定安全性和功能可言的普通中庭家居逐渐逐4软件设计的组成部分主要有三大部分：即底层驱动程序接口函数、监控器、上层操作和维护。52软件的功能和性能描述1.监控室内温度通过温湿度传感器定时对室内温度和湿度进行数据采集并将采集到的数据显示到屏设定的温度阀值，系统自动对室内温度异常进行处理比如蜂鸣器报警或者led灯闪烁，也2.水银开关传感器该传感器是属于管型电路式控制开关的一种，以一小滴是示警装置就会启动，比如蜂鸣器报警或者led灯闪烁，这样主人就会知道发生什么事。3.监控室内火焰温度会产生火灾的各种可能性，当被发现之时，火焰传感器就会阻值变小，这时就会引起led1.获取室内参数61.故障报警2.性能管理将与用户系统内部工作有关的系统工作管理参数数据进行分析上报发送到用户操作73软件总体结构设计智能家居系统由Androidphone,arduinouno,PC三个单元组成。各单元的电源目前板卡都是单机供电，没有采用pmic来对其进行有效的管理。Androidphone是整个家庭住宅系统的控制中心和处理单元，主要对温度，火焰，湿WiFi无线通信模块进行控制命令的处理。系统正在运行的文件状态(主要含义是说泛指整个系统中已经正常存活的正在运行系系统上电后，启动监控软件，监测温度传感器，火焰传感器，红外传感器的信息，同时.监听和处理上位机的请求.并作相应的处理.其硬件接口如图3-1所示.因8图3-1控制硬件示意图图3-1各个控制接口如下：分别装上了蜂鸣器，led灯，水银开关传感器，温湿度传感器，火焰传感器，雨滴传感器，人体触碰传感器以及WiFi通信模块，各个传感器的作用都是为了安全做出应急方智能家居系统上的软件包括PC软件和嵌入式软件PC机软件基于windows操作系统，ARM上运行的软件基于arduinouno单片机，从3.2.2软件子系统划分1.手机应用软件(智能客户端)2)智能服务器终端：实时显示和配置系统信息；3.3软件运行环境和开发平台9S5PV210搭载arduinouno单片机，调试软件环境arduino。软件主要用Androidstudio开发，操作系统是window10,运行在Androidphone上。1.控制2)自检3)校准4)系统重新复位5)开关报警器6)配置LED灯工作状态7)配置设备信息2.显示1)可以实时显示室内温度，采样电压及软件版本重要告警的记录和显示4.嵌入式软件的上传和下载4.2.1Main软件功能设计1.功能1)通过监控室内的温湿度，监测是否超过预先设定值，如果超过，表示发生异常，2)通过自动监控室内的燃气火焰燃烧温度，监视火焰是否没有超出预先的温度设向智能用户主机发送的相关数据和服务请求，作出其相对应的请求处理，将这些数据和请求处理过程结构的实时反馈信息传递发送到其他一个智能系统客户端，通过以太网与智能用户端之间进行远程无线通信智能家居系统工程应用中的系统软件处理子系统一般可以将其划分成成为不同的系统处理器和软件相应的系统处理器两种应用场景，不同的系统处理器之间的处理软件相互接□通常是由系统相应的处理硬件组成接口层来进行相互实现；同一个系统处理器的硬件接口通常是通过系统内部消息或系统共享全局变量而直接形成的。源子管理系统中不仅只有一个系统客户端才完全能够通过以太网和一个目标的源子系统进行main之间的各种通讯传输方式，而且在一个智能化的系统客户端中也是完全可以自动管理配置系统的所有设备运行资料，查询系统信息。源子通信系统放在main中的用户不仅可以放在使用以太网和其他的作为目标的源子系统进行通信，而且放在智能通信客户端中的用户也同样可以向main用户发送系统的相关信息。源子消息系统配置智能源子服务器的每个终端用户功能可以直接通过智能手机操作系统内部的源子消息系统来与其进行实时通讯，智能源子服务器的每个终端用户也可能就是可以查询源子系统所有源子设备的相关信息。5.1初始化流程(1)系统上电；(2)启动软件实现硬件初始化，加载logo,初始化组合按键，通过启动参数加(3)启动内核，主要完成驱动初始化工作；智能家居系统业务流程包括手机软件智能客户端跟Main的业务交互，同时Main本智能客户端与Main:1.客户端通过以太网接口向Main发送配置设备请求，配置项包括配置硬件寄存器，2.客户端通过以太网接口向Main发送软件在线升级请求，最后上报升级结果；3.客户端通过以太网接口向Main发送设备自检请求，最后上报自检结果；4.客户端通过以太网接口向Main发送时钟校准请求，最后上报校准结果。1.启动监控室内温度的线程，定时的采集室内的空气温度，并对其温度进行有关数5.3系统子模块流程描述5.3.1Main子系统流程描述(2)初始化设备：打开会被使用到的设备，如串□,报警器，LED等设备；(3)创建三个任务，分别用于监控温度，监控湿度，并出去请求；(4)创建Socket,用于监听客户端请求，并出去相应的请求；在Androidphone上启动一个智能客户端的软件，具体文字描述如下：(1)打开智能客户端软件；(2)启动智能客户端软件登录界面；(3)启动主界面，初始化界面信息；温湿度传感器对应的arduino板子上的4号接口，火焰传感器对应的A0号接□,为模拟信号，雨滴传感器对应的A1号接口，触摸传感器对应的A2号接□,水银开关传感器对应的8号传感器，触摸式led灯则对应的6号接口，遥控式led灯对应的13号接口，WiFi通信模块对应的2和3号接口。软件方面的接□主要对应着传感器，tv_wen传感器；tv_yudi对应着A1号接□,既雨滴传感器。WiFi模块体积小，板载PCB天线，功耗低，数据传输快，模块可使用串口进行数据收发以及AT指令相关参数设置，对于该硬件很合适。WiFi模块的初始化设置：将引脚线连接完毕后，在透传模式下，将WiFi模块的波特率设置为9600,对应着自己pc端的端□,在用该代码测试是否修改成功：SoftwareSerialmySerial(3,2);//Serial.begin(9600);//这里使用波特率9Serial.println("GoodnightmoonmySerial.begin(9600);//本模块的通信波特率最好9600,不然接收数据会出现错误数据有回显6.2.2传感器的代码设计水银开关部件：这个部分就是防止盗窃的一个功能，相关的功能介绍在上面已经介绍就不做重复；要触发这个部件，需要其中的水银球同时触碰到两个电极从而接通电源，水银球的流动和水平角度有关，打破这个平衡就会接通电源，从而做到一个防止盗窃的作用；但是这时盗窃者已经进入，这时就需要设置一个警报，我想到的便是蜂鸣器和亮灯，触发代码的思路就是，当水银开关电源接通时，便触发警报，既蜂鸣器鸣叫和亮灯。水银开关传感器代码图：intbuttonpin1=8;//定义倾斜开关传感器接口↵intval1;//定义数字变量yal//水银开关引脚设置↵RinMode(Led1,OUTPUT);//定义LED为输出接口|↵RinMode(BuzzerpinRinMode(buttonpin1,INPUT);//用于确定一个温度倾斜的双向开关式温度传感器可以作为图6-1水银开关的接口引脚设置图当水银开关被异常触发时，会触发led灯亮和蜂鸣器鸣叫，拍照效果不是很好，实地演示效果会更好，效果如图6-2。图6-2水银开关被触发效果图#include"dht11.h"//另外一个头文件↵Serialprintln("Type,tstatus,\tHumiditz(9图6-3温湿度传感器的引脚设置图为了防止传感器出现问题，做了一个测试代码，防止在制作软件时出现大的问题，其成功图不放出，具体效果就放在结尾的效果图里，其主要代码如图。chk=DHT,read(DHT11_PIN)caseDHTLISerialuprint("Checksumerror,\tcaseDHTLIB_ERROR_TIMEOUT:↵Serialprintln(DHT.t↵图6-4温湿度传感器的测试代码图触摸部件：这个部件设计思路主要是看见网上许多人晚上起床迷糊导致受伤，触摸部件经过感应后就会打开指定位置的灯，这样主人家会受伤的概率就会小很多。人体触摸传感器代码图：intbuttonpin=A2;↵xal=analogRead(butto图6-5人体触摸传感器的接口引脚设置图就是传感器感应到人触碰，然后使得灯亮起，效果如图6-6;图6-6触摸传感器被触发使得灯亮效果图intj=0;↵e图6-7火焰传感器及雨滴传感器的引脚设置图intdata=analogRead(analosPin);↵j=1023-data;↵//将光标设置为第0列，第1行delay(200);//雨滴传感器↵Serialprintln(analogRead(A0));//向串口发出的模拟输入电压数值delay(500);77火焰传图6-8工作原理代码图6.2.3硬件与软件通信设计Arduino上的通信函数：StringcipSend="AT+CIPSEND=";//WIFI模块准备进入透传模式，cipSend+=connectedID;cipSend+=Data.length();//AT指令构造完成，准备发送指令AT指令模式退出，AT指令暂时失效块系统会自动点击退出一个简单透传指令模式，再次手动点击即可进入at的一个简单指令透传模式硬件既需要发送数据，也需要接收数据，其具体的功能代码如下图。while(WIFLSerial.available())↵QlientData+=char(WIELSerialread());↵图6-9硬件接收数据的函数代码图因为硬件和软件之间并不相通，想让他们能够互相辨识，需要将采集的数据规范法，想到的办法便是将采集的数据弄成一段字符串，这样软件也能准备的接收到数据，其主要的代码图如下；SensorDatas=SensorDatas+DHTSensorDatas=SensorDaSensorDatas=SensorDatas+"F";↵图6-10硬件数据采集功能代码图6.3软件代码设计6.3.1软件的配置文件其主要的配置文件如下图。"<uses-permissionandroid:name="android.permission.INTERNET" </manifest>图6-11软件的主要配置文件代码6.3.2软件主要功能代码设计软件中通过wifi通信接收硬件传过来的数据的主要代码，既监听并获得从单片机发过来的传感器数据；这个部分主要是通过wifi通信接收数据并更新数据。其主要代码图如下：byte[]buf=newbyte[1024]byte[]packetBxtes=newbyte[1024while((line=in,read(buf))!图6-11软件通信功能代码图接收的数据并不相通，需要将接收的数据解码，然后才能显示到Androidphone上，解码的函数主要代码图如下：intH=text.indexof("H",0);↓templ=text.substring(h+1Messagemag1=newMessage(图6-12软件解码功能的主要功能代码图其中主要代码就到这。经过一段时间的代码编写，在反复修改硬件和软件之间的问题之后，智能家居安防检测系统也就完成了，系统效果图如下：试成功图请求连接清空数据品度28度路温度734水画18图6-4软件测经过这段时间的学习和毕业设计，我了解和掌握了一些嵌入式软件开发的基础和流程，这段时间虽然很短，中间还遇到了很多困难和问题，然后去网上也查了一些有效解决的方法，虽然这个过程很困难，感觉还是在实践中学到了许多实用的知识，通过自己编写这些应用程序，也增强了自己的软件编程技术和能力，加深了对嵌入式方向的理解和AndroidJava的一些比较浅的内容。但是这段时间没有充足的资金和精力，智能家居系统的整体功能设计也还不是很完备，希望可以在未来时间充裕、技术更成熟的情况下，能将它的功能设计可以更加全面和完善，没有什么漏洞，虽然目前知识储备不是很足，但是有很多想要改善的地方如：(1)希望能加入一个服务器，让它能够储存更多的信息，这样既可以在众多的信息里得出不足，然后完善它，让这个设计能够一步步走向完美。(2)希望能够加入短信的警告，这样即使主人出去出差了，当家里出了安全隐患，或者有外人擅自闯入，这样系统会向主人手机发送某个警告短信，这样主人可以及时做出反应，报警或者其他方法，让损失降到最低。(3)也希望自己能够使用一些更棒的传感器，让系统更加的贴心，能够更好的帮助别人。[1]秦勃，王琳，邵峰晶.无线嵌入式智能家居环境网关.计算机应用研究，2006.06: