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基于arduino技术的智能安防系统设计与实现
发布日期:2020-10-05 21:41:21

第1章 绪  论

迄今为止,Internet链接着全世界绝大多数人类直接使用的设备,例如计算机和手机。主要的沟通形式是建立在人与人之间的,但是在不远的将来,每一个物体都可以被联系起来。物体可以通过自身或者和Internet链接在一起的物体进行信息交换、与网络链接起来在一起的物体要远远大于人类,这也使得他们成为交流中的发送与接收机。我们把物质世界和信息世界混合在一起的物联网新时代。一个新的层面已被添加到全世界信息和同学技术当中:将任何世界任何地方,任何人进行连接,实现人类同任何东西的互联,这就是人们常说的物联网。我在此向大家简绍一种比较简单的物联网。在我们日常生活中,我们经常是是找不到既便宜又好的微控制器。随着物联网的发展我们对生活的智能要求也是越来越高。在手机智能方面我们现在完全是生活非常智能。列如我们过去乘坐出租车在价钱人不是非常实惠。而且在这个过程中我们对出租车司机也不是很实惠。而且我们还要在乘车的过程中有很多等待。列如摩拜单车。这个方便了我们城市人口的出行,而且还节约了我们了能源给城市生活的空气清新又做了一点贡献。在过去的 物联网开发中。硬件开发对于我们来说是一件很繁琐的事情。而且如果我们要开发一个物联网的智能系统需要用到很多的电路板,在此我向大家简绍Arduino开发电路板,一种简单高效的开发方式。本论文涉及到的范围就是使用Arduino模拟一个智能生活系统。通过用Arduino开发板让我们我的项目中有生活中所需要的一切功能。我通过在Arduino上直接连接传感器获取我们需要的信息,然后通过从传感器上获取的信息作出相应的回应。完成一个完美的智能系统。

1.1 论文研究主要内容

随着社会电子信息化的不断发展,人们在家居生活中使用的电子器件越来越多,由此带来的安全隐患也有了明显的提高。在这些电器中一旦出现一些异常或者我们没有预测的,便会给人们生活带来很大的损失甚至是生活安全。为了降低电子器件的不合理使用带来的异常情况,就要求在异常发生时用户能及时得到信息所有这些危险的数据,并通过实时监控采取一定的操作排除异常和隐患。因此远程监控系统的对日常生活的帮助作用是非常巨大的。本系统主要适用于家庭防盗、火灾等异常的预防,用户能够及时的得到报警并通过网络进行相应操作来降低损失成本。对本系统进行相应的处理,就可以实现对家用电器的远程控制。本系统使用性高,适合所有大众消费。

1.1.1 业务描述系统概述

安防监控系统的研究设计与实现,是一项专业性很强的实用技术。普遍认为,所谓安防监控系统,就是以安全防范为主要目的,依靠和运用各种高科技装备及手段,系统、实时、全面、不间断地对人、设备及周边环境进行监督、控制的一系列设备的总和。随着社会经济的发展进步,安防监控系统的应用普及越来越广,科技含量越来越高。先进的监控系统集中体现了现代科学技术发展的最新研究成果,是现代高科技产品和技术的一个结晶和缩影。当然,安防监控系统的研发不能一味地追求高、精、尖,其最根本的立足点还是必须回归实用性,在保障适用性的前提下追求最低的成本与价格。

1.1.2 客户系统

安防监控系统的客户系统来源主要是针对大众化的设计,本项目可以使用在一切需要监控的地方。比如在工厂里面,老板可以通过本监控系统做一些工厂安全措施。在每一个家庭里面可以通过安装安防系统防盗窃,防煤气重读,也可以实现家庭的智能开关。

1.2 国内外现状

在国内现在的客服系统中,大部分消费者都属于二层结构,客服系统向对象多半是公司或者一些企业系统客服,通过安防系统来保护公司的机密防止犯罪者的盗窃。工厂通过安装安防系统防止一些不必要的损失。(以下略)

1.论文正文(不包括参考文献和摘要)总字数8000字以上,正文总页数20以上。

2.第一章末尾,必须有组织结构

 

第2章 关键技术介绍

第二章基础技术控不超过4页。

2.1 关键性开发技术的介绍

2.1.1硬件电路设计

硬件电路设计图

传感器

引脚1

引脚2

引脚3

温度

GND

7引脚

正5V

火焰

2引脚(电阻)GND

正5V

----

光敏

(电阻)3引脚GND

正5V

----

红外线

正3.3V

GND

2引脚

LED1

(电阻)8引脚

GND

----

LED2

(电阻)9引脚

GND

 

步进电机

4,5,6,10引脚

正5V

 

(以下略)

2.1.2 传感器应用

温度传感器实时探测现场温度。

火焰传感器实时探测现场火情。

光敏传感器(或光敏电阻)实时探测现场关照情况。

红外传感器实时探测现场是否有人闯入(可用做防盗)。

通过摄像头采集现场图像。

采集相应的传感器数据,并通过所得的数据判断是否有异常的发生。

异常情况发生启动警报措施。

2.1.3 嵌入式arduino编程

Arduino是2005年有米兰交互设计学院的两位教师Davi Cuartielles和Massimo Banzi联合创建,是一块基于开发原始代码的Simple I/O平台,该平台有两部分组成:硬件(包括微处理器、电路板等)和软件(编程接口和语言)。平台的两部分都是开源。Arduino具有类似java、c语言的开发环境。可以快速使用Arduino语言与Flash或Processing等软件完成互动作品。Arduino能够使用开发完成的电子元件,如Switch、Sensors或其他控制器、LED、步进电机或其他输入/输出装置,同时,Arduino也可以成为独立于软件的沟通平台,如flash、Processing或其他互动软件。我们可以将Arduino与大家熟知的51单片机开发放在一起理解,就入计算机系统中Linux系统之与Windows系统的对照。Arduino可以用来开发能够独立运行并具备一定互动性的电子作品,也可以用来开有pc相连的外围装置,目前比较广泛地应用于欧美、日本等国家的Diaz设计及互动艺术领域。

2.1.4中断处理

当cpu(中央处理器)执行一条现行指令的时候,如果外设向cpu发出中断请求,那么cpu在满足相应的情况下,将发出中断相应信号,与此同时关闭中断,表示cpu不在受理另外一个设备的中断。这是cpu将寻找中断请求源是哪一个设备,并保存cpu自己的程序计数器(pc)的内容。然后,他将转移到处理该中断源的中断服务程序。cup在保存现场信息,设备服务(如交换数据)以后,将恢复现场信息。在这些动作完成以后,开发中断,并返回到原来的主程序的下一条指令。

2.1.5 LCD控制

本小节内容主要讲的是LED显示。本项目中用1602液晶显示器(1602 Liquid Crystal Display,后面简称1602 LCD)是一种常用的字符液晶显示器,因为其能够显示16*2个字符而得名。本项目通过模拟LCD显示来表示安防系统要提示的内容。

我们这儿用的1602 LCD中集成的字库芯片,通过LiquidCrystal类库提供的API,然后很方便的使用1602LCD来显示英文字母和一下符号。我们在使用1602LCD之前需要将它连接到Arduino上。

2.1.6 Arduino开发平台并接合硬件的调试技术

首先说明一下为什么选择Arduino平台创作。1.可以跨平台。 Arduino IDE可以在Windows、Moc OS X 和Linux三大主超作系统上运行,而其他的大多数都是在Window上开发的。2.简单清晰的开发。Arduino IDE基于Processing IDE开发,这对于初学者来说极易掌握,同时又有足够的灵活性。Arduino语言基于Wiring语言开发的,是对AVR-GCC库的二次封装,并不需要太多的单片机基础和编程基础,只要简单地学习后就可以快速地进行开发。3.开放性。Arduino的很多东西都是开源。4.社区与第三方支持。Arduino有很多的人在开发和使用,因此你可以找到很多的示列源代码。5.最主要的还是它符合全球开发的发展趋势。

调试也是非常简单,直接在我们的编译环境中就可看到我们的调剂结果。

 

第3章 系统分析

第三章需求分析,必须有,系统模块图,系统用例图,页数3-5页左右。

3.1 构架概述

 

红外红外

 

 

 

 

 

3.1.1 功能构架

 

3.1.2 模块需求描述

我本实验做的项目最主要的模块。1.有防火模块,当有火灾情况发生是会发出警报打开灭火装置并及时传递消息给手机端。2.防盗模块,当有不认识的人员进入不该进入的地方会触发红外并报警同事也会给客服端提示消息。3.关照模块,当在有关照条件下自动关闭灯光。在黑暗条件下探测到有人是自动打开灯光。4.温度传感器可以及时反映当日当时的温度情况。5.可以直接从客服端控制想要控制的东西,比如通过手机端控制门的开关。

3.2 系统开发环境 

我使用集成开发环境Arduino IDE(http://arduino.cc/en/Main/Software下载)

 

我使用的是Arduino UNO控制器,也是我学习Arduino这门课程是教材推荐使用控制器。我们的全部代码都是在UNO上实现的。

画图工具Powerdesigner

 

3.3 系统任务的可行性分析

3.3.1 技术可行性 

1.温度传感器实时探测现场温度。通过温度传感器传入的数据然后在系统中接收到传来的温度,并显示到液晶显示器上。在技术上只需要调用好Arduino接口即可。通过一个函数接收温度值,并显示。

2.火焰传感器实时探测现场火情。在有火焰靠近和没有火焰靠近两种情况下,模拟口读到的电压值是有变化的。在没有火焰靠近是,模拟口读到的电压值为0.3v左右;当有火焰靠近时,模拟口读到的电压值为1.0w左右,火焰靠近距离越近电压值越大。在程序开始是先存储一个没有火焰是的电压值为i.接着不断的循环读取模拟口的电压值j、同存储的做差值k=j-i、差值k与0.6v做比较。差值k如果大于0.6v(数字二进制之为123),则判断有火焰靠近然蜂鸣器发出声音以着报警;如果差值小于0.6v则蜂鸣器不响。

3.光敏传感器(或光敏电阻)实时探测现场关照情况。本项目中实验原理同上类似。通过光敏电阻去感知外界关照强度。随着光照强度的改变我们串口接收数据值也在改变。重而控制电压的输出与输入。我们可以通过这个来模拟电器开关中的灯亮与不亮。当有关照是灯不亮,没有关照是灯亮。

4.红外传感器实时探测现场是否有人闯入(可用做防盗)。本需求给我上面讲的内容非常类似。也是通过一个红外传感器来感知外界。通过红外传感器来改变端口电压值得改变重而控制报警器或者有提醒功能的电器。

5.通过摄像头采集现场图像。这个内容是我个人觉得做本项目的难点。而且这个成本很好。要做本实验首先我需要有一个设想头。摄像头本身就是一种高陈本的商品。对于我们这种为毕业的学生来说本身就是一个问题。但是我还是查找了很多相关的资料,对于需要用到的理论在这儿为大家讲解一下。首先我们需要的硬条件有一个摄像头,一个wifi模块或者无线通信模块或者蓝牙模块或者以太网接口,如果我们模拟项目的摄像头不带内置缓存器,还需要一个SD卡。链接好我们所需要的硬件后我们通过程序拍照,将我们保存的照片通过通信模块传送到我们的本地服务器上。作为本地服务器的电脑接收这些图片,然后通过程序函数将这些照片动态显示。而且本模块实现起来的代码也是我们的难点。

6.采集相应的传感器数据,并通过所得的数据判断是否有异常的发生。第6个是对上面5条的一个综合。并不带有什么难点。

3.3.2 系统安全性分析

(以下略)1.本系统应该在internet和手机端进行加密防止有人通过入侵手机或者网络之间短路我们的系统。在必要时候看不到我们需要的数据。2.在硬件端方面我们也应该有保护措施,可以用软件的方式实时探测硬件有没有改变。如果在长时间内我们的硬件没有变化,我们可以在移动端发送消息查看硬件是否有回应。如果有代码我们硬件正常运行,如果没有反应说明硬件有问题。3.我们在电路设计的时候需要认真的设计电路问题防止当我们模块过多之后出现电路冲突的问题。我这儿有四种安全方式。首先在软件方面我们可以采用RSA 2048/4096或椭圆曲线加密认证算法;还需要对调试端口进行保护,只允许本人pc短访问:采用器件确保超作人员只能打开某个系统,不不你使用统一的全局密码。

 

第4章 系统设计

第四章系统设计,必须有,系统架构图,业务流程图,时序图,E-R图1-3个,数据库表10个左右(没有用到数据库可不写),系统开发环境,重难点问题1-2个,页数4-10页左右

4.1 设计指导思想和原则

4.1.1 指导思想

设计原则:坚持主体展示与特色展示相结合的原则;坚持全面系统与重点突出相结合的原则;坚持气氛与互动高科技相结合的原则;坚持现代化与任性哈相结合的原则。

设计指导思想:以“快速高效 创造科技 简单开发 适用市场”为人民服务的指导精神。

4.2 构架概述

系统架构图

 

4.3 系统的功能结构设计

(以下略)

4.4 系统控制流程

(以下略)

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