【基于AT89C2051单片机控制模块的家庭安全监测系统设计9900字（论文）】

II一、绪论1.1研究背景与意义现在住宅中所有的变化都在监测之中。安全问题是现在人们最在意的，再居民小区中随处可见防盗门、消防专属通道等，因此一种新的关于家庭安全预警的系统产生，然后因为内在因素太多，能设计出一种能够实时监控家庭安的系统就成为大部分人的首要关注事件。自从当代的我国在20世纪90年代后期以来,数字化的通信技术在当代的我国已经实现了较为迅猛的进步。因为科学的进步，所以智能化的电子信息家电相关产品正在逐渐逐步走向我们的人类社会与整个家庭。现在我们的家居环境和安全监视管理系统仅仅还停留在一些理想化的设计阶段,很少有人能在实际或者现场上做生活中对其进行真实的应用。现实生活中的家居环境和安全监视管理系统的功能必须满足以下几个基本方面的技术要求:调试、安装简单方便;实用;成本低;各子模块互相独立。1.2国内外研究现状1.2.1国内研究现状自1960年以来国外就已经开始着手对安全监测和信息传递技术的应用进行了研究,起步早但是由于研究的时间较长,目前已经出现了四代以上的产品先后投入市场,从其发展过程中的实践情况来看,不同的产品所采用到的信息传递和数据处理技术都在一定的程度上也代表了当时的安全和科技水平。第一代无线监控传输体系主要指的是一种利用无线空分制度对信号进行传输的监控模式,此种传统监控传输方法于1966年左右在欧洲英国和以及日本地区得到了广泛的发展应用。其中最具代表典型的一个最具代表性技术特征之一便是来自法兰西国家医学院的t-ctt63/40体系,其中所需要测量的定位点数多至可达四十多个。而后在1972年中期的新波兰人们开始借鉴这一先进方法对其系统加以更新完善和不断改进,并自主研制开发出了集各种环境质量指标检测监控于半身一体的环境检测系统测试站点数据总量使其数目最高时可达一百二十八个的cmcmc-1系统。而第二代射频系统则把模拟信道和射频分制等的技术广泛运用融入到了其中。频分制主要原理是通过依据一个信号的传输频率而通过设定参数来对其进行精确区分各个信道,它的基本特点主要是通过采用有效地频率调节和控制传输中在信号传送过程中所可能需要同时使用的有线电缆信号芯片和参数,在较短的传输时间内就已经可以完全取代传统空分制的传输系统。1968年以后英美一些发达国家将对视频分制器的技术应用进行了广泛的研究投入使用,其中又以tstf1系统及tstf200系统最为先进具备技术典范性且在后来的视频监视器中应用影响很大。第三代通信系统技术即以标准时分制通信系统为设计理念技术基础,它的主要技术优点之处就是通信协议的使用条件十分苛刻、不容易直接遭到任何外界的直接干扰、构成简单和系统配置稳定性灵活,这两个优点方面是近数十年英国通信系统技术发展最快。1976年,英国公司开始自主研制并成功提出了一种完全采用小时钟积分制的米诺斯监测管理体系,使得该监测矿井的全面小时监测管理系统架构得以初步完成建立和基本成形。第三代监控车型的成功投入使用运行,使得我国汽车安全自动化远程监视的应用技术水平已经逐步上升到达至一个崭新的技术层次。在1980年后,美国凭借强大的高科技实力,抢先把新兴的产品变为大规模的集成电路、计算机网络和通信技术相结合,利用在新一代系统当中。第四代软件产品就这样悄然诞生,其主要技术特点之一是以现代分布式微处理器为主要技术核心基础,兼具综合研究性、集成化和移动互联网智能化于四位一体。美国的a.ddan6400系统控制软件技术便是其中最成熟并且已经具有一定大的国际性和重要技术代表性的一个典型例子,尽管其仍被广泛划分应用到了各种所谓的常规时分制应用领域,但其本身已经作为一种新兴的技术力量,己经远远完全超出了对各种常规应用时分的控制系统理解的应用范围。随着我国网络通讯领域日新月异的技术迅猛发展与进步,又逐渐出现了将集散式的模型系统作为其核心。此类架构所选择的模型均为互联标准的开放式系统模型。这种井下监测管理网络主要包括有多个节点式井下检查监控分站和井上监测分站以及井下监测管理中心总站两个大部分组成,使得各个监测系统之间的通讯和数据共享变得更加便利快捷。有鉴于此我们可知,以往仅仅能够实现简单的功能性特征的安全监控管理系统正朝着多功能整体化的方向推进和发展。1.2.2国外研究现状对于国外来说,由于各种原因造成的影响,使得在安全与生产领域的研究工作起步比较晚。在1985年左右,伴随着各个国家的科技和力量的高速发展和突破,能源消耗也在不断地持续减少,安全性也逐步受到了重视。至此,相关部门及其技术人员已针对目前全球范围内世界各个国家和地区范围内的先进技术和数据库做了更深入的研究和分析,并且从国外直接引进了tf2000、dan6400、minos等监测数据库。在我国采用购进先进系统技术阶段很多的时候,经过认真研究与分析之后总结然后依照我们这个国家当时的工厂和企业要求所生产的情况与其现实状态,陆续研究开发了kj4、kj10、kj38等一批新型产品,并在大量的市场上广泛应用。当时的一个控制系统,整体的布局基本上采用了分布式,并以采用时分制的频带进行传送。,由传感器负责通过监控网络来获取与其相关的信息,然后将其信息直接传输至各个分站,最终再上传到井上控制中心。这一时代的产品最凸显其突出优点之一便是它具有可以包装多种设备、能够实现多种功能且还可以同时进行多个点的监控。当下我们这些国家己经开始投入运营的监测和处理软件,大多数都是可以通过对信息资料进行简易分析和整理,同时还可以实现对数据的实时采集和处理功能,主要目的就是对井下各项环境指标进行采集,而后把有效的数据进行存储和综合利用,然后依据计算结果来判断是否满足超限报警的要求。但在井下智能化控制技术方面还是存在一些缺陷,比如提供了事故发生地点的准确位置和井下工作人员所处的位置,为被困者提供了正确合理的逃生途径。二、系统总体设计本论文的总体设计方案如下图所示，本次设计，笔者主要运用了包括AT89C2051单片机控制模块为核心在内的九个模块。具体板块型号详情如下表所示。表2.1具体模块型号详情模块名称型号单片机控制模块AT89C2051主机控制模块ATMEGA16无线接收模块NRF24LO1无线发射模块Nrf24LO1液晶显示模块12864语音模块ISD4004电话拨号模块MT8880传感模块电源模块主控制线路芯片设计选择了一条带有32个线的通用串口io口控制线路的aaatmega-16。这个传感器会在检测器遇到这种情况后把这个控制信号同时输出出来并发短信送到它。at89c2051单片机,它就是具有128字节整数ram,15根整数io口,两个16位的自动定时器/自动计数器的一个自动数字化编程主控制处理芯片。at89c2051再将突发性通信事件经无线主机模块atnrf24lo1传送数据到无线主机终端atmega16.nrf24lo1是一款125个模拟频道的新型通用单片机的射频模拟信号工作收发处理器件,它不仅可以实现具备多种低损耗功率的信号工作处理模式,比如主机掉电时的工作模式和也比如主机空闲时的工作模式等,使得其工作节能和结构设计更加简单。无线视频发射控制模块进行nrf24lo1再与无线视频接收控制模块进行nrf24lo1联系并直接进行视频数据无线传输。但是当一台主机通过atmega16接收器得到无线信号接收控制模块atnrf24lo1的噪声信号以后,马上就有机会自动开始实时发送和自动分散各类噪声信号,其中主要包括主机液晶12864、语音iiisd4004以及主机蜂鸣器自动噪声报警。12864是一个可以配备多种中文简体字库的128*64点阵数字液晶模块。内置功能包括一个包含8192个点阵中文简体汉字和128个16*8点阵的asci两个字符集的一个中文图形数据库,可以快速实时准确显示8*4行16*16点阵中文汉字及其他中文图形。isd四0系列数字语音图像处理器音频芯片介绍isd4004是一款能够具有很强的音频放音处理性能和发声效果非常真实、自然的语音芯片,它可以支持每个语音单片8-16分钟的数字音频实时录制。蜂鸣器在射频工业中已经是广泛地被使用的射频元器件,如射频报警、音乐等,它经常被广泛地用来应用于多种不同工作用的场合,但是它通常需要一个驱动电流较大而且两个能够同时进行电流驱动的连接电路,所以本次产品设计中我们采用了通过与三极管电路相连的连接方式使用来大大减少驱动电流。30秒后无人接话处理,系统立即将已经在您的手机上自动输入的电话数据和手机预存电话编号直接通过您的手机电话模块自动拨打。图2.1系统总体设计框图

三、家庭安全监测系统硬件电路设计3.1总电路图总电路图如下图所示：图3.1总电路图3.2语音模块下图为关于该模块的控制电路原理图：图3.2语音处理模块音频信号功率控制信号输出放大器的主要工作电路原理及主框图结构如下图右表所示。外部电源连接备用电源的额定工作电压一般应该至少是5v。图3.3语音录制模块上图为语音录制模块。其中主要的微控制器开关是用于录音和继续播放的按键,stopot是以泛指用于录制或者继续播放一个音节或曲目的一个终止初始按键,anon是以泛指一个用于控制扩展外部网络应用程序中的内容器的初始按键。操作功能为：（1）录音“rec”侧固定有条线插入时，这是播放器格式录制的开始状态。当按下并按住“an”按钮时，指示灯会自动熄灭，玩家可以在板上的麦克风按钮中记录自己的说唱和别人的讲话。当按钮被释放时，这种格式的记录文本将自动停止，那时就已经把它进行记录后变成一段录音文字的格式录音,再次依照板上规定顺序按则进行记录直到下一段。按"stop"复位键为整个单片机的自动复位,再次进行录音时又由第一段的两个单片的停机复位开始。（2）放音然后将插入"play"一侧的跳线。根据"an"顺序播放视频录音。它会在一个路口后会自动地停止。然后按"an"顺序播放下一段。按"stop"的按钮由第一个段开始进行复位并重新启动。图3.4音频功率放大模块音频电路信号控制功率放大电路模块基本结构如上图图2所示,其中,lm386为主要信号控制电路芯片。3.3电话拨号模块NNMT1230，MT9990是该模块核心元件。MT9990芯片使电路器件直接驱动射频芯片。MT3400芯片只联合设置了20个引脚。gs为一个增益的脉冲选取输入点;引脚0sr/w为一个读取和输入控制输出信号的脉冲输入;引脚0scs为一个高电平脉冲输入片上的选定脉冲信号;引脚0sirq/call为微处理器为开漏中断请求输出信号,为一个中断请求输出。图3.5电话拨号中心控制模块下图为为将音频数据传输给移动电话信号接收机系统的音频数据信号录制。由mk2输入的音频信号,利用一个带有音频极性的滤波电容对其中的音频信号进行滤波,使得其中的音频信号变得更加清楚和稳定,随后由一个放大控制模块对其中的信号进行放大,从一个音频的输入信号端口中对其进行in+的输入,vout+端口的一个音频的输出信号将会进入一个专门的用于加工和电话信号接线器的音频加工控制模块。图3.6电话拨号语音录制模块如图。之所以用三极管将信号放大是因为该模块信号弱,并且它们可以由桥式整流把一个交流电变换成一个直流电。图3.7电话线路传输模块3.4液晶显示模块12864液晶为主要芯片,vssv为接地,vdd为一个驱动电源5v,v0为一个光源电视机的物体颜色和其对比度和物体光芒的明暗亮度都由它进行了自动控制调节,所以它在v0口外部只要连接一个滑动变阻器后就可以进行手动控制。复位按钮reset为高电平的复位终端,高电平有效,因此连上了电源。psb的接低电平的含义表现为该芯片是否属于串口的方式,接高电平的含义则可以表现为该芯片在串口中是否处于8位或4位的并口。具体使用芯片atmega16如下图所示图3.812864连接电路3.5无线接收发出模块作为无线收发模块的主要核心芯片，nRF24L01的最基础引脚连接如下所述：微处理器可通过该引脚配置NRF24L01;引脚2CE实现发送或接收;引脚csn、sck、MoSi、miso为SPI引脚；VSS接地;XC2、XC1为晶体振荡器引脚;VDD为电源输入端；IRQ是中断标志位；XC1为晶体振荡器引脚;ANT1、ANT2为天线接口;VDD_PA为功放供电，输出为1.8V；而参考电流的主要流入口则为IREF。最终，成功的接收时，如果aacee的值逐渐减小，nnnrf24l01进入新的空闲接收模式1。若自动模式开启，数据在被芯片发出后立即接收信号，完成或晚响应确认本地通信成功,tx_ds将被设高,响应时tx_pld将从本地的txfifo中删除,自动进行清除;如果接收不完整或发送延迟,本地响应的数据将自动再次发送(自动再次启用发射己经自动打开),最后,当传输ce低时,传输模式可以成功,如果传输ce低,则通过空闲传输模式nrf24l01进入空闲传输模式1;如果第二个空闲传输的第一栈中的数据传输包含所有的传输数据并且只有ce值为高,则第二个传输数据可以直接通过栈进行到下一个空闲的传输;另外还有一个情况是第二传输的堆栈没有接收到信号进行传输,在ce较高时,那么直接转入空闲传输模式2。在整个等待器开机工作模式下的i下晶振正常快速运行,在整个等待器开机工作模式下的ii下控制部分的一个时钟信号缓冲器仍然一直处在整个等待机进入工作状态模式,当时钟信号重新发送到终端txfifo在该寄存器被自动设定的值为空并且在cce被自动设定为一个高电平时才有机会自动进入整个等待机工作模式下的ii在自动模式下,芯片所有功能关闭,保持各种输出工作电流最小,该模式下位于存储器中的pwr_up位来对它进行输出控制。图3.9无线接收模块3.6蜂鸣器报警模块图3.10蜂鸣器电路本次工程设计中所有需要进行设计的射频蜂鸣传感器控制电路基本结构如上图图表所示。所述三极管极板和所述三极体导管的电池基级通过连接电阻组连接成连接在一个用于单片机的一个pd4管路引脚上,当这个pd4管脚的工作频率通常为低时,输出一个新的高电平,三极板导管就有机会导向接通,这样就就具有了降低蜂鸣器的工作频率。当其在引脚上的位置为高，输出的电平低电平，三极管导管不会导向接通，蜂鸣器无变化。可以通过一个编译器对它的pd4管脚地址进行控制程序地址的置低或者也就是程序置高,从而用来控制一个蜂鸣器的输出声音是否发出或者也就是声音关闭。蜂鸣器的工作频率及其温度调节方式可以应用于测量程序设计中的adpd4口输出电压水平设定值的频率高低。3.7电源模块本设计中电源分为两块。一块元件是指被设计成为由5v直接输出到3.3v的交流直接输入电源模块,结构设计如下面框图。其引脚也就是具有一个引脚可以直接用于与其他三端子的scsi稳压器。已经有多种方法表明可以广泛地将其应用在我国移动电话,无绳电话等各个领域图3.11由5V转化为3.3V电源模块mc78l00aa本系列产品的主要技术特点之一是无须任何铅包保护即可正常使用,适合在电动汽车和其他应用情况下,需要现场控制应用的具有神经网络传导和加速度的固定前缀和自动控制。图3.12由12V转化为5V的电源模块3.8传感器模块在本文的设计中,该传感器一共被采用了三种,即人体热释放式传感器、煤气式传感器和烟雾式传感器。首先,热释放放电辐射传感器元件亦即热释放放电式远红外线辐射传感器,由具有高热释放电变化系数的新型复合磁性材料元件组成。它在每个新的检测温度感应器内部分别需要安装和嵌入一两个新的检测感应元件,并将这两个新的检测感应元件的逆变电极性相互进行串联,这样,可以有效率地抑制和同时抵消由于自己的检测温度而对每个检测感应元件内部产生的电磁干扰。由微波检测装置元件把微波接受器收到的微波红外线电磁辐射滤波信号转变成微弱的微波无线电辐射信号,经检测装置在滤波探头内的电磁场效应管进行放大后再向外滤波输出。前方的微波红外发射探测器还会继续围绕着不断变化的“盲点”和“高敏感区”产生交替运动，由于其中一个年轻人从激光镜头前慢慢走过，由人体内部反射的微波红外不断地从“盲点”开始交替并逐渐进入“高敏感区”，所以它必须不断地使激光接收器接收到的红外发射信号或通过身体以微波脉冲的形式馈入镜头，从而明显加大了其内部能量的波动幅度。煤气浓度传感器通过对气体浓度传感器的各个功能模块的控制来自动检测出周围环境中浓度较高并不具有稳定可燃性的气体。检测可燃物和气体的电子传感器主要有惰性氧化物型和半导电气体型等。传感器主要通过放射性化学物质材料化学吸附,在使用传感器表面可能发生化学反应,引起各种化学电子传感器和一个巨大的变化的化学和物理性质。气体压力传感器已广泛应用于各个城市、住宅、工业等不同行业。粒子式烟雾传感器中电离物所放射产生的正、负两个中性离子分别在内外电场的相互作用下各自朝着正、负两个离子电极点的方向进行移动。

四、家庭安全监测软件设计4.1主程序流程图一般在测试开始时由一台atmega16单片机核查联系地址,并通过各模块间协作展示一个相应的语音警告,30s后若声音无法被他人进行处理,马上就有机会通过一台手机进行拨号语音模块,imt3400拨打一个预存编号。如图4-1所示：图4.1主程序流程图4.2语音模块子程序流程图关于语音程序流程：监控系统通过主处理程序将所有变量参数进行初始值优化后并赋值,关闭变量led指示灯,就可以自动实现掉电。启动时,先需要判断一下启动键是否在开始或停止。原因是在执行录音时按住那个anbn不放的录音指示灯板在点亮之后就已经可以直接对着板上一根线在话筒上所说要讲出来的各种谈话进行录音。这个场景下,又可以大致地划分为两种场景。例如,当pr=1时,程序马上打开一个指示灯并提供准备好的录音,然后在进行录音的过程中需要判断系统是否发生了溢出,如果发生了溢出就需要重新启动一个程序,如果不是,就需要判断系统的an文件是否已经被解除和释放。释放的含义意为暂时停止录音,因此我们需要暂时停止当前的工作,检查到底是溢出的原因或者是stop被按下,若是溢出,则会返回一个重新启动的程序,若是stop,就要暂时判断an或者是否再次按住了不放,是就要继续进行录音。如图4.2所示：图4.2语音模块子程序流程图4.3电话拨号模块子程序流程图电话拨号发送模块：拨号发送和电话接收是此模块的主要方面。两个程序再次发送的接收程序首先工作目标也就是将一个mt3400进行数据初始化,对每个地址数据作一个分别赋初化的值,然后把所有同时需要再次发送的接收数据都分别赋初值给一个输入寄存器,数据再次分别送入一个mt3400;再次接收的的程序首先也就是将一个mt3400初始化,作一个关于相同数据的初始化值,然后将再次接受的发送数据都分别作为一个输入寄存器后再输出数据即可。图4.3发送程序流程图图4.4接收程序流程图4.4无线收发模块子程序流程图4.5无线收发模块子程序

五、家庭安全监测系统仿真依据搭建好的实验平台，按照如下步骤操作：1、首先将四个新的定位参考环境监测节点同时放置在某个监测区域，构建一个用户可以提供他的参考来定位多个参考环境活动的监测区域，并将许多不同用途的定位传感器监测模块分别同时放置在每个新的定位参考节点上，用于实时监测环境信息收集中的参考;2、根据自动上位机的位置参考机和定位坐标系节点的实际位置，在自动上位机的管理软件中学习调整定位参考机的节点位置，建立新的实时二维定位坐标系;完成上述操作后，结合上位机定位软件，可以观察到定位结果。使用手持式移动定位节点,不断地改变自己在定位范围内的地理位置,并将检测到的定位信息和实际地理位置的信息进行比对。为了检验每个定位范围的数量和大小是否会对我们实验结果的准确性产生重要的影响，我们可以设置两个不同区域和区域的定位范围，并将每个定位的节点依次放置在这两个区域。下面我们分别从每个监测区域的面积上选取出10m10m,5m5m的分别对两块监控区域进行实验，然后将其真实的实际坐标和位置进行对比，根据系统内不同区域和大小的数据进行测试，我们可以清楚地知道，要在每个监控节点设备上保持一致，在监测区域面积较大的情况下，定位精度相对于监测区域所占面积较小的情况较好，且定位精度较低。这也充分地证明了前面的几个章节中已经有我们提到过的影响各种干扰定位结果精度和准确性的主要影响因素:在每个定位节点的时间和区域内,各种干扰定位结果的节点之间所分布的空间和距离越是紧凑而且密集,得到的各种定位结果的精度和时间准确性就可能会随之变得更高,同时，整个系统的成本也会增加。此外，实际定位精度也与监测范围内屏蔽物体的外部条件密切相关。因此，在系统的实际使用中，应根据实际使用环境、所需的定位精度和系统设备的制造成本，考虑无线传感器的紧凑布局。环境监控系统的测试主要目标之一就是为了确定各个环境监控传感器之间的路径能够正常地进行通讯和对环境参数的分析,发送后的路径能够满足整个系统的基础设施需求。由于目前技术运行状态相对较差,缺少现场和现场检测的有效条件，所以我们可以检测出整个系统在一个理想的工作环境下的运行状态，即我们可以确定其应用的可行性。结语本毕设下的安防系统不论是从操作方面还是功能方面都可以经得住任何突发事件的考验，使家庭成员在不仅可以实时精准的监测到家庭安全等信息。该家庭监控系统在设计上具有网络容量大、易于维护、可扩充和稳定、成本高、安装简单和方便的特点,系统设计上已经达到了对家庭监控的基本技术要求。智能化的家庭安全监控系统将有效地改善人们的生活品质和更好的生活方式形态,此次课题所研究出来的主要产品将被广泛应用到家庭之中。由于我国人民群众物质安全和精神生活条件日渐改善和好转,以及实现人们大家都追求安全健康生活的愿景,这是大家日常生活物质的改善和提升所取得的非凡物质成果,特别对于那些平常生活的年轻人来说都是一件事,而且也是一件有意义和重要价值非凡的事。此次课题所研究的智能家居涉及到全局范围内的遥感器、保安监控系统,并且它们作为最重要的组成环节。保安系统能够根据泄漏有害气体、火灾等状态自动给出报警,还能对闯人或者进行入室抢夺等违法犯罪行为自动给出报警;遥感器的远程监控可以实现到用户利用电话模型去控制家电。此次课题研究把各种电信系统数据资源、公共电话互联网有效整合了起来成为一个统一的系统整体,合理利用各种电信系统数据资源,该系统的数据资源简洁便捷、覆盖范围十分广,因此我们可通过at89s51等各种单片机来充分落实其对遥感器进行远程监测及自动报警的特点。而且我们的智能家居是在其实际应用过程中是按照时间、各阶段来进行划分功能操作也就是反映了出来国家对于节约资源低碳减排政策要求。每个新的中国年轻人每日的家具和