《醫(yī)院病房樓智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)【10000字】》

醫(yī)院病房樓智能監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-3"\h\u66691緒論 55141.1研究背景及意義 5258731.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 589742系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 7194042.1系統(tǒng)總體構(gòu)架設(shè)計(jì) 784132.2系統(tǒng)功能 734522.3總體硬件設(shè)計(jì) 8141112.4總體軟件設(shè)計(jì) 848373安防系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 8163723.1數(shù)據(jù)采集的設(shè)計(jì) 9226143.1.1電源供電模塊 9200823.1.2單片機(jī) 1052503.1.3聲光報(bào)警模塊 12221653.1.4NRF24L01模塊 12274633.1.5傳感器 1354753.2數(shù)據(jù)處理中心的設(shè)計(jì) 15132203.2.1硬件設(shè)計(jì) 15172973.2.2ARM處理器 16211003.2.3外部接口設(shè)計(jì) 16117533.3視頻采集設(shè)備 16305794安防系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 17272004.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17146684.2氣體傳感器設(shè)計(jì) 18216944.3聲光報(bào)警模塊軟件設(shè)計(jì) 19112194.4視頻錄像模塊軟件設(shè)計(jì) 1983905總結(jié) 2012302謝辭 2125025參考文獻(xiàn) 22

1緒論1.1研究背景及意義在長(zhǎng)期的建設(shè)過程中，隨著技術(shù)的進(jìn)步和硬件的更新，安防系統(tǒng)經(jīng)歷了從模擬高清到數(shù)字高清的轉(zhuǎn)型，投資不斷增加，但效果并不理想。存在信息孤島、取證不清、被動(dòng)防御、管理粗放等缺陷。本文從一個(gè)實(shí)例出發(fā)，探索和研究如何建立一個(gè)以提供安全、高效的生活和工作環(huán)境為目標(biāo)，以視頻圖像應(yīng)用為手段，以報(bào)警應(yīng)用和科學(xué)管理為核心的泄密框架系統(tǒng)。系統(tǒng)可根據(jù)不同的安全級(jí)別提供不同的報(bào)警級(jí)別，使管理人員及時(shí)接收不同的信息，判斷危險(xiǎn)級(jí)別，采取有效措施防止危險(xiǎn)的發(fā)生，達(dá)到人防、物防、技防結(jié)合的目的。近年來，醫(yī)院病房樓的安全狀況令人擔(dān)憂。醫(yī)院病房樓安全事件的發(fā)生對(duì)醫(yī)院的發(fā)展帶來了巨大的負(fù)面影響。因此，如何預(yù)防和預(yù)防突發(fā)事件的發(fā)生，比如何處理醫(yī)院病房樓的安全事故更具有前瞻性，能更好地保障醫(yī)院病房樓的安全。醫(yī)院病房樓作為一個(gè)人員流動(dòng)性極大的場(chǎng)所，其對(duì)于場(chǎng)所內(nèi)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全的保護(hù)是一件十分困難的事情，因?yàn)榱鲃?dòng)人員十分多，這期間會(huì)出現(xiàn)很多意想不到的問題，因此醫(yī)院需要一套完整的安防系統(tǒng)去應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的一切情況。隨著安全技術(shù)的成熟和學(xué)校安全建設(shè)投入的不斷增加，采用先進(jìn)技術(shù)對(duì)醫(yī)院病房樓進(jìn)行全方位、全天候的監(jiān)控，大大降低了各種安全隱患。但與成熟的城市安全體系相比，醫(yī)院病房建筑安全體系的功能設(shè)置相對(duì)薄弱。借鑒城市安全保障體系的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合醫(yī)院病房樓自身的特點(diǎn)，建立智能化的醫(yī)院病房樓安全保障體系，有助于今后醫(yī)院病房樓安全保障體系的發(fā)展。1.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀由于對(duì)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的要求很高，雖然目前網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展很快，但起步較晚。在美國(guó)，醫(yī)院安全研究體系僅在2004年出現(xiàn)。就安全體系而言，2001年9月11日促進(jìn)美國(guó)加強(qiáng)安全投資，成為美國(guó)安全產(chǎn)業(yè)發(fā)展的強(qiáng)大推動(dòng)力。就需求而言，美國(guó)更注重邊境入侵和口控制度，這可能與美國(guó)私有財(cái)產(chǎn)不可侵犯的信念有關(guān)。自2010年以來，智能監(jiān)控技術(shù)得到了極大的發(fā)展。美國(guó)甚至開發(fā)了一種安全機(jī)器人，它集成了視頻監(jiān)控、警報(bào)和遠(yuǎn)程控制，以保護(hù)家庭的安全。近年來美國(guó)安全發(fā)展的特點(diǎn)是：一是個(gè)人安全需求迅速增長(zhǎng)。第二，商業(yè)證券市場(chǎng)的并購(gòu)繼續(xù)出現(xiàn)，如美國(guó)工具制造商斯坦利·貝爾德（StanleyBaird）收購(gòu)瑞典商業(yè)安全與監(jiān)管公司、加拿大微技術(shù)公司和賽科利達(dá)安全公司。俄羅斯安全系統(tǒng)也迅速發(fā)展，包括智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)集成的門禁和生物識(shí)別系統(tǒng)。俄羅斯安全產(chǎn)品從歐美國(guó)家進(jìn)口。國(guó)內(nèi)沒有產(chǎn)品生產(chǎn)商，只有少數(shù)工程師，用戶主要來自金融系統(tǒng)。在安全產(chǎn)品方面，歐美在安全系統(tǒng)集成方面具有較強(qiáng)的技術(shù)實(shí)力和優(yōu)勢(shì)，而前端攝像頭技術(shù)一直掌握在日韓兩國(guó)手中。中國(guó)安全產(chǎn)品的生產(chǎn)起步較晚，但中國(guó)制造商也頑強(qiáng)地生存下來，對(duì)傳統(tǒng)強(qiáng)國(guó)產(chǎn)生了沖擊。杭州?？低?、建江大華和CSST公司是行業(yè)的龍頭企業(yè)，在國(guó)內(nèi)占有較大份額，還向南美和俄羅斯出口技術(shù)。21世紀(jì)以來，我國(guó)醫(yī)院的智能安全報(bào)警系統(tǒng)發(fā)展迅速，顯示出巨大的社會(huì)潛力。對(duì)完善傳統(tǒng)的醫(yī)院安全保障體系發(fā)揮了積極作用。在發(fā)達(dá)國(guó)家和我國(guó)的一些新建醫(yī)院中，安全保障體系得到了越來越多的考慮和應(yīng)用。2000年，金榮華在《醫(yī)院治安技術(shù)防范》一文中首次談到了醫(yī)院治安技術(shù)防范的必要性。他指出，技術(shù)防范只有與其他防范措施緊密結(jié)合，才能在公安防范中發(fā)揮作用。技術(shù)防范應(yīng)與“人防”和常規(guī)防范相結(jié)合。2003，《醫(yī)院安全防范技術(shù)應(yīng)用》提出，醫(yī)院常用的安全防范技術(shù)主要包括閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、防盜報(bào)警系統(tǒng)、周界預(yù)防系統(tǒng)、口控管理系統(tǒng)和電子巡檢系統(tǒng)，為醫(yī)院的安全管理打下基礎(chǔ)。f醫(yī)院安全技術(shù)防范。醫(yī)院安全技術(shù)防范的后續(xù)研究是建立在這五個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上的。2009年，肖宏魯在《醫(yī)院安全技術(shù)防范建設(shè)的探討》一文中指出，加強(qiáng)醫(yī)院技術(shù)防范建設(shè)對(duì)醫(yī)院安全防范具有重要意義。醫(yī)院安全技術(shù)防范系統(tǒng)常用五大系統(tǒng)：閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)、防盜報(bào)警系統(tǒng)、周界防范系統(tǒng)、口控管理系統(tǒng)、電子巡更系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。2016年，曾敏在“基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)院安全監(jiān)控系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)”中，將帶有傳感器的終端設(shè)備添加到醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)象間的通信。這一概念不僅限制了傳統(tǒng)的監(jiān)控探頭對(duì)圖像監(jiān)控的功能，而且通過物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了人與人之間的對(duì)話，使得傳統(tǒng)的安全理念向前邁出了一大步。經(jīng)過近幾年的努力，醫(yī)院安全建設(shè)取得了令人矚目的成績(jī)，如基礎(chǔ)視頻、視頻、報(bào)警等，滿足了監(jiān)測(cè)的基本需要，但同時(shí)，我們要清醒地認(rèn)識(shí)到，以往的建設(shè)還存在一些不足，制約了新擴(kuò)建工程的建設(shè)。系統(tǒng)，視頻資源共享與應(yīng)用業(yè)務(wù)的集成，醫(yī)院防控系統(tǒng)的技術(shù)水平。高，主要在以下幾個(gè)方面：(1)視頻監(jiān)控覆蓋范圍有限，無法形成嚴(yán)密覆蓋，一些重點(diǎn)區(qū)域成為監(jiān)測(cè)死角，案發(fā)后無法利用監(jiān)控手段提供線索;(2)顯示器的分辨率低，夜間性效果下降，不能提供有價(jià)值的線索，在一些重要的地方看不到臉，利用視頻形象信息證明有一定的困難;(3)系統(tǒng)硬件品牌多，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，因特網(wǎng)比率低。都以滿足自己管理的需求為主，全面高麗和統(tǒng)一計(jì)劃不足，視頻資源與其他部門共享機(jī)構(gòu)的共享;(4)系統(tǒng)對(duì)各種視頻信息數(shù)據(jù)的綜合應(yīng)用水平不高，并沒有充分挖掘巨大的影像資源潛力，營(yíng)造有效的戰(zhàn)斗力;(5)系統(tǒng)智能化程度不高，對(duì)錄像信息的使用主要是死后驗(yàn)證，對(duì)大規(guī)模視頻監(jiān)視有效的監(jiān)視器手段不足，有效的聯(lián)動(dòng)方案不足，智能化技術(shù)支撐及應(yīng)用管理管理;(6)基礎(chǔ)建設(shè)不能滿足未來業(yè)務(wù)應(yīng)用需求。例如：傳輸網(wǎng)絡(luò)、顯示器中心顯示器系統(tǒng)等業(yè)務(wù)的有效展開影響;整體上，國(guó)內(nèi)安全防御系統(tǒng)還處于提高科學(xué)技術(shù)含量的階段，并沒有統(tǒng)一的管理思想，不能集中管理所有安全防備，發(fā)揮安全系統(tǒng)的全作用。2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.1系統(tǒng)總體構(gòu)架設(shè)計(jì)這個(gè)課題的研究任務(wù)是智能安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研究。安保系統(tǒng)是現(xiàn)有電子技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)及各種尖端設(shè)備、系統(tǒng)、系統(tǒng)、全面、實(shí)時(shí)醫(yī)院病房建筑物。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，尖端科技級(jí)迅速普及，安全系統(tǒng)的科學(xué)技術(shù)含量越來越高，系統(tǒng)的信賴性、智能化、集成度越來越高，同時(shí)，其成本的成本也在提高。不錯(cuò)，科學(xué)技術(shù)雖然改變了生活，但只是一心固執(zhí)、極度智能化、安保由于工程需要解決大部分人的安全問題，安全系統(tǒng)在提高實(shí)用化、技術(shù)含量的前提下不斷降低生產(chǎn)成本的用戶服務(wù)。在現(xiàn)有的安保系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用了控制中心和終端的有線連接方式，這種連接方式是浦項(xiàng)復(fù)雜，線路是腐蝕、維持不便等缺點(diǎn)、遠(yuǎn)程用戶和控制中心的通信線和網(wǎng)絡(luò)通信方式，這種通信方式質(zhì)量高沒有通信速度也有很大的界限，課文系統(tǒng)和現(xiàn)在正在快速發(fā)展的移動(dòng)通信技術(shù)日益成熟的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，線路單純實(shí)用，系統(tǒng)通信質(zhì)量，傳輸速度，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能高，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能較低，智能為家庭系統(tǒng)提供了可靠的設(shè)計(jì)方案。該設(shè)計(jì)是一個(gè)出入式的智能安全防御系統(tǒng)，系統(tǒng)中運(yùn)用了快速發(fā)展的馬賽克技術(shù)。2.2系統(tǒng)功能智能安全系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)醫(yī)院病房的安全問題，在建筑物發(fā)生異常時(shí)采取必要的措施，并立即通知相關(guān)人員，因此該系統(tǒng)主要有實(shí)時(shí)監(jiān)視和主動(dòng)申報(bào)兩部分構(gòu)成。首先是實(shí)時(shí)監(jiān)視，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)部分實(shí)時(shí)監(jiān)視器內(nèi)環(huán)境變化、溫度變化、氣體、煙霧濃度、無線網(wǎng)絡(luò)、AM服務(wù)器、錄像設(shè)備、監(jiān)控大廈環(huán)境、用戶使用電腦或手機(jī)，用戶使用用戶終端服務(wù)器、實(shí)時(shí)訪問服務(wù)器、實(shí)時(shí)訪問服務(wù)器實(shí)時(shí)監(jiān)視器。第二個(gè)是主動(dòng)報(bào)警，室內(nèi)溫度過高，霧氣濃度過高或有害氣體泄露時(shí)，ARM處理器控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，提醒了建筑物環(huán)境異常。這時(shí)相關(guān)人士通過網(wǎng)絡(luò)查看建筑物的具體情況后處理。2.3總體硬件設(shè)計(jì)圖2.1系統(tǒng)總體硬件結(jié)構(gòu)圖上圖所示，系統(tǒng)主要是S3C2440核心處理器、傳感器數(shù)據(jù)收集模塊、GPRS通信模塊、視頻采集、傳感器、電源管理模塊等。入式程序是整個(gè)系統(tǒng)的核心控制器，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，功能低，系統(tǒng)減少，GPRS通信模塊用來發(fā)短信，在用戶手機(jī)上發(fā)報(bào)警信息，采集視頻模塊，實(shí)時(shí)監(jiān)控監(jiān)控室內(nèi)或?qū)崟r(shí)傳感器，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要完成地板。該部分NRF2401模塊和各種尖銳模塊。西部、短篇器、傳感器、溫度傳感器、一氧化碳及煙霧傳感器、傳感器主要收集數(shù)據(jù)、室內(nèi)溫度、一氧化碳濃度、煙霧濃度、同時(shí)加入其他傳感器。電源模塊包括整個(gè)系統(tǒng)，供電維持整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行。2.4總體軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的軟件部分完成了整個(gè)系統(tǒng)及模塊的軟件策劃和軟件代碼，完成系統(tǒng)的硬件工作。軟件部分主要完成以下幾個(gè)業(yè)務(wù)：（1）整體軟件規(guī)劃、整體系統(tǒng)正常運(yùn)行、調(diào)整模塊的工作，保證調(diào)整系統(tǒng)的流序工作，繼續(xù)進(jìn)行軟件的維持升級(jí)。（2）數(shù)據(jù)收集模塊設(shè)計(jì)，此部分的軟件部分主要由傳感器數(shù)據(jù)收集及上傳，首先，收集傳感器數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)的檢查和包裝，最后通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送。（3）數(shù)據(jù)處理中心軟件設(shè)計(jì)，這一部分需要完成數(shù)據(jù)收信、數(shù)據(jù)處理和內(nèi)存、服務(wù)器設(shè)計(jì)。接受數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理程序?qū)⒈４嬖跀?shù)據(jù)庫中，網(wǎng)絡(luò)模塊的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)功能功能系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)功能完成，通過用戶終端，方便通過網(wǎng)絡(luò)訪問服務(wù)器。（4）用戶終端軟件設(shè)計(jì)，以PC機(jī)主導(dǎo)，整體界面設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)顯示，電腦視頻顯示和存儲(chǔ)設(shè)計(jì)。（5）模塊軟件的設(shè)計(jì)是視頻模塊設(shè)計(jì)、視頻模塊采集、上傳、保存視頻。3安防系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件部分大部分包括在內(nèi)，一個(gè)是數(shù)據(jù)收集部分的傳感器網(wǎng)絡(luò)，傳感器網(wǎng)絡(luò)采用NRF2401模塊，同時(shí)將數(shù)據(jù)收集節(jié)點(diǎn)連接到短篇機(jī)，另一個(gè)是數(shù)據(jù)處理中心的核心中心，數(shù)據(jù)處理中心的核心核心中心。數(shù)據(jù)處理的硬件設(shè)計(jì)是使用優(yōu)先手臂設(shè)計(jì)的迷你2440開發(fā)板，為了控制該開發(fā)版的CPU是ARM9系列的馬賽克處理器，服務(wù)器中GPRS模塊和USB模塊，為實(shí)現(xiàn)文字和視頻功能的設(shè)計(jì)。3.1數(shù)據(jù)采集的設(shè)計(jì)圖3.1數(shù)據(jù)采集端硬件設(shè)計(jì)圖數(shù)據(jù)采集終端的硬件圖如上圖所示。數(shù)據(jù)采集終端由傳感器模塊、單片機(jī)、電源模塊、NRF24L01無線通信模塊和光電報(bào)警模塊組成。該系統(tǒng)使用多種傳感器，包括溫度傳感器、煙霧傳感器和一氧化碳傳感器。傳感器模塊輸出電流模擬電壓信號(hào)，將電壓信號(hào)輸入AD，模擬信號(hào)通過AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，傳感器采集的數(shù)據(jù)由單片機(jī)采集，通過NRF24L01模塊傳輸?shù)紸RM服務(wù)器。NRF24L01是一個(gè)無線通信模塊。為實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無線通信，單片機(jī)和NRF24L01模塊采用SPI通信，電源模塊負(fù)責(zé)整個(gè)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的供電，光電報(bào)警模塊負(fù)責(zé)緊急報(bào)警任務(wù)。3.1.1電源供電模塊該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)收集團(tuán)采用鋰電池電池供應(yīng)，鋰電池輸出電壓為2.7-4.2V的正常工作電壓3.6V。這個(gè)系統(tǒng)有必要的電源：（1）傳感器測(cè)試端和加熱端供電，電壓為5V。（2）單片機(jī)及其他模塊3V供電（3）NRF24L01無線模塊電壓供應(yīng)，該模塊必須供應(yīng)1.9-3.6V電壓。解決方案：傳感器測(cè)試終端和加熱團(tuán)的供應(yīng)、5V電壓、NRF24L01無線模塊和短篇機(jī)等模塊使用3V電壓供給電力。河道供應(yīng)供應(yīng)模塊的電纜系統(tǒng)的電纜電路設(shè)計(jì)圖。圖3.2供電模塊電路設(shè)計(jì)圖設(shè)計(jì)中使用了兩個(gè)芯片。一個(gè)是R1170H301A，芯片是一個(gè)CMOS穩(wěn)壓器。芯片的穩(wěn)壓器為3V，負(fù)責(zé)為單片機(jī)和NRF24L01供電。該芯片具有漏壓低、輸出電壓精度高、功耗低的特點(diǎn)。它非常適用于各種低功耗電池供電情況下的供電設(shè)備。芯片的輸出電壓為3V，輸出電流為800mA，芯片的電流消耗非常低，只有80μA。芯片的電氣特性如下：最大輸入電壓可達(dá)6V，最大輸出電流為1.2A，最小正常工作溫度范圍為-40-80C，標(biāo)準(zhǔn)SUPPLY電流為80μA，最大120μA的RN5RK501A是一種低功耗、高穩(wěn)定輸出電壓的芯片。輸出電壓為5伏。芯片部分電氣特性：最低輸入電壓為0.9V，最高輸入電壓為8V，輸出電壓為5V，精度為+2.5%，正常工作溫度范圍為-40-85C。S1為電源開關(guān)，S1按下，R1170H301A/CE接口輸入高電平，禁止芯片輸出，VCC功率輸出為0，VCC為0，VCC為0后，RN5RK501A的CE腳輸入低電平，禁止芯片5V輸出，電源系統(tǒng)關(guān)閉，S1打開，電源系統(tǒng)工作正常，整個(gè)系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。兩個(gè)電源電路由不同的模塊供電。整個(gè)系統(tǒng)由鋰電池供電。鋰電池可以通過并聯(lián)增加電源的輸出電流，從而提高系統(tǒng)的負(fù)載能力。3.1.2單片機(jī)微處理器、存儲(chǔ)器和I/O接口電路集成在集成電路芯片上，從而構(gòu)成單芯片微型計(jì)算機(jī)，即單芯片計(jì)算機(jī)。單片機(jī)屬于專用計(jì)算機(jī)，主要應(yīng)用于智能儀表、智能傳感器、智能家電、智能辦公設(shè)備、汽車及軍用電子設(shè)備系統(tǒng)。單片機(jī)體積小、價(jià)格低、可靠性高。它具有獨(dú)特的嵌入式應(yīng)用形式，具有滿足嵌入式應(yīng)用需求的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。在該系統(tǒng)中，單片機(jī)作為傳感器節(jié)點(diǎn)的控制中心，接收傳感器上傳的數(shù)據(jù)，并通過NRF24L01無線模塊發(fā)送給服務(wù)器。本系統(tǒng)采用ATMegal16L-8ai作為傳感器節(jié)點(diǎn)的微控制器。ATMega16是一種基于增強(qiáng)型AVRRISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。處理器具有單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間和先進(jìn)的指令集，因此ATMega16的數(shù)據(jù)吞吐量可以達(dá)到1mips/MHz，這可以緩解處理速度與系統(tǒng)功耗之間的矛盾。單片機(jī)核心有32個(gè)通用工作寄存器和豐富的指令集。所有寄存器都直接連接到ALU上，這樣一條指令就可以在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問兩個(gè)獨(dú)立的寄存器。這種體系結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，數(shù)據(jù)吞吐量比一般的cisc微控制器高10倍。ATMega16的特性:（1）16K字節(jié)系統(tǒng)可編程閃存（RWW）、512字節(jié)EEPROM、1K字節(jié)SRAM、32個(gè)通用I/O端口、32個(gè)通用工作寄存器。（2）三個(gè)靈活的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（T/C），具有比較模式、片上/關(guān)閉中斷、可編程串行USART、帶初始狀態(tài)檢測(cè)器的通用串行接口。（3）帶可選差分輸入級(jí)可編程增益（TQFP包）的8路10位ADC、帶片上振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器、SPI串行端口和軟件可選擇的六種省電模式。ATMega16擁有一套完整的編程和系統(tǒng)開發(fā)工具，包括C語言編譯器、宏匯編、程序調(diào)試/軟件模擬器、模擬器和評(píng)估板。圖3.3ATmega16單片機(jī)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，單片機(jī)的插針方案如下，如上圖所示。端口PB4、PB5、PB6和PB7在SPI模式下工作。它們與NRF24L01無線模塊的四個(gè)插腳相連。RST是單片機(jī)的復(fù)位端。PA0、PA1和PA2是ADC的輸入端口。采用PA3作為I/O口模擬單總線信號(hào)的輸出。實(shí)現(xiàn)了與DS18B20的通信。PA6和PA7是控制聲光報(bào)警模塊的普通I/O端口。VCC是單片機(jī)的電源輸入端。3.1.3聲光報(bào)警模塊圖3.4聲光報(bào)警電路上圖為聲光報(bào)警電路。當(dāng)檢測(cè)到室內(nèi)溫度高、室內(nèi)煙霧過多等危險(xiǎn)時(shí)，PA6輸出高電平，晶體管Q1打開，蜂鳴器工作，聲音報(bào)警啟動(dòng)。同時(shí)，PA7通過定時(shí)器控制周期性輸出高電平和低電平，使三級(jí)Q2開關(guān)周期性地實(shí)現(xiàn)LED閃爍。PA6、PA7聲光報(bào)警。在電路設(shè)計(jì)中，蜂鳴器一側(cè)并聯(lián)一個(gè)二極管。原因是蜂鳴器內(nèi)有一個(gè)線圈。當(dāng)蜂鳴器通電時(shí)，線圈將產(chǎn)生反向電流。二極管的功能是通過蜂鳴器形成電流回路，以清除反向脈沖。電阻器R1起到限流器的作用，防止LED燈燒毀。3.1.4NRF24L01模塊NRF24L01是北歐公司生產(chǎn)的無線通信芯片。該模塊繼承了我公司設(shè)計(jì)的增強(qiáng)型短突發(fā)協(xié)議。主要實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無線傳輸，可以實(shí)現(xiàn)一到六個(gè)無線傳輸。在一般的家庭智能安全系統(tǒng)中，它是足夠的，無線模塊的傳輸速度非常快。它在普世主義樂隊(duì)工作。工作頻段為2.4~2.5GHz。它的功耗很低。其最小電源電壓為1.9V，在發(fā)射模式下，電流消耗約為11mA。在接收模式下，電流消耗約為12mA。溫度范圍為-40~85攝氏度。最大傳輸速率可達(dá)20000Kbps。因此，它比傳統(tǒng)的ZigBee無線模塊具有更高的功耗。性能更優(yōu)越。NRF24L01廣泛應(yīng)用于無線鼠標(biāo)、無線接入控制、遙控裝置、智能運(yùn)動(dòng)設(shè)備、工業(yè)傳感器、玩具等領(lǐng)域。NRF24L01具有以下特性：（1）內(nèi)置鏈路層；（2）125個(gè)可選工作頻道（3）與Nrf24xx系列完全兼容（4）工作電壓：1.9v~3.6v、（5）SPI接口數(shù)據(jù)速率：0~8Mbps（6）晶振要很低：+/-60ppmNRF24L01無線模塊工作電路圖如圖3.5所示。模塊的CE腳為芯片的使能腳，IRQ為中斷標(biāo)志，VDD為電源輸入，輸入電壓為3V，SPI總線、CSN、SCK、MOSI和MISO的四個(gè)腳。圖3.5無線模塊電路圖無線模塊的工作原理是，當(dāng)模塊傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，首先將NRF24L01配置為傳輸模式，然后通過SPI端口按時(shí)間順序?qū)⒌刂泛蛿?shù)據(jù)寫入NRF24L01緩沖區(qū)，然后將CE設(shè)置為高電平并保持至少10μs，延時(shí)130μs后發(fā)送數(shù)據(jù)。如果開啟自動(dòng)響應(yīng)，無線模塊在發(fā)送數(shù)據(jù)后立即進(jìn)入接收模式，并接收響應(yīng)信號(hào)。如果接收到響應(yīng)信號(hào)，則認(rèn)為通信成功，如果未接收到，則數(shù)據(jù)將自動(dòng)重新傳輸。當(dāng)接收數(shù)據(jù)時(shí)，無線模塊首先被設(shè)置為接收模式，然后被130ugs延遲，進(jìn)入接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)。當(dāng)檢測(cè)到有效地址時(shí)，數(shù)據(jù)包存儲(chǔ)在接收堆棧中，并通知單片機(jī)通過中斷獲取數(shù)據(jù)。如果此時(shí)開啟自動(dòng)響應(yīng)，接收器進(jìn)入發(fā)射狀態(tài)，同時(shí)返回響應(yīng)信號(hào)。3.1.5傳感器mq是一種電阻控制氣體傳感器，其電阻隨被測(cè)氣體的濃度（成分）而變化。氣體傳感器也是一種“氣電”傳感器，將被測(cè)氣體的濃度（組分）信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)。有很多種氣體傳感器。表3.1列出了一些氣體傳感器的主要參數(shù)。它們的形狀、別針和符號(hào)是相同的，但原料和工藝條件是不同的。表3.1氣體傳感器參數(shù)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)可以使用傳感器，如煙霧傳感器、一氧化碳傳感器和溫度傳感器。傳感器用于測(cè)量室內(nèi)環(huán)境的變化。傳感器能夠感知室內(nèi)環(huán)境中微弱的變化，并將這些變化轉(zhuǎn)化為電壓變化。單片機(jī)將模擬電壓變化轉(zhuǎn)換成數(shù)字電壓信號(hào)。MCU處理數(shù)據(jù)并打包數(shù)據(jù)。上傳到服務(wù)器上，用戶可以通過PC或手機(jī)訪問服務(wù)器，然后觀察室內(nèi)傳感器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)。煙霧傳感器將煙霧濃度變量轉(zhuǎn)換成具有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系的輸出信號(hào)。這里通常是模擬信號(hào)。模擬信號(hào)經(jīng)AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，單片機(jī)讀出具體數(shù)值。CO傳感器將空氣中的CO濃度變量轉(zhuǎn)換成具有一定對(duì)應(yīng)關(guān)系的輸出模擬信號(hào)。模擬信號(hào)經(jīng)AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，芯片計(jì)算機(jī)讀出具體值，溫度傳感器將空氣溫度變量轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號(hào)，通過單片機(jī)計(jì)算出具體的溫度值。這些傳感器用于測(cè)量室內(nèi)環(huán)境的變化。本系統(tǒng)采用煙霧傳感器ZYMQ-2、CO傳感器MQ-5和溫度傳感器DS18B20。ZYMQ-2和MQ-5傳感器具有以下特性：（1）具有信號(hào)輸出指示（2）雙路信號(hào)輸出（3）TTL輸出有效信號(hào)為低電平。（4）模擬量輸出0~5V電壓，濃度越高電壓越高（5）具有長(zhǎng)期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性（6）快速的響應(yīng)恢復(fù)特性圖3.6氣體傳感器電路圖MQ氣體傳感器模塊的電路圖如上圖所示。傳感器由+5V電源通過MQ傳感器的加熱線加熱，提供氣體反應(yīng)所需的溫度條件。傳感器兩端的電壓+5V串聯(lián)一個(gè)10k電阻組成測(cè)試電路。為了匹配傳感器在常用報(bào)警濃度下的電阻，10k電阻負(fù)載可使二者之比近似為1，從而達(dá)到傳感器報(bào)警濃度的最佳分辨率。U3A是一種電壓跟隨器，主要用于切斷傳感器電路和ADC檢測(cè)電路之間的連接，以避免干擾。R7和R8是精密電阻，構(gòu)成分壓電路。由于傳感器上加載的電壓為+5V，單片機(jī)ADC的參考電壓僅為2.5V，為了使測(cè)量信號(hào)不超過ADC的檢測(cè)范圍，需要對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行分割。溫度傳感器采用DS18B20，是達(dá)拉斯公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字傳感器。傳感器的溫度范圍為-55~125攝氏度，精度為+0.5攝氏度，傳感器的轉(zhuǎn)換速率約為1秒。該傳感器具有體積小、成本低、功耗低、連接簡(jiǎn)單方便等特點(diǎn)。圖3.7為溫度傳感器與單片機(jī)的連接圖。傳感器采集的溫度數(shù)據(jù)從DQ口輸出，并與單片機(jī)的PC3口相連。圖3.7單片機(jī)與溫度傳感器連接圖3.2數(shù)據(jù)處理中心的設(shè)計(jì)3.2.1硬件設(shè)計(jì)圖3.8數(shù)據(jù)處理中心硬件設(shè)計(jì)圖上圖為數(shù)據(jù)處理中心的硬件設(shè)計(jì)。S3C2440是中央處理單元。NRF24L01模塊通過SPI連接到ARM服務(wù)器。它接收傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。視頻輸入設(shè)備為USB攝像機(jī)，用于獲取視頻信息。存儲(chǔ)模塊為SDRAM和閃存，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和程序。電源模塊是整個(gè)服務(wù)器。維持整個(gè)服務(wù)器正常運(yùn)行的電源。3.2.2ARM處理器本系統(tǒng)采用友好ARM公司設(shè)計(jì)的Mini2440開發(fā)板。mini2440是以ARM9芯片為核心，ARM9為開發(fā)板主處理器的開發(fā)板。在CPU中，還有一個(gè)多媒體處理單元，它具有各種格式的視頻文件的編碼和解碼設(shè)備。它可以在LCD或電視上顯示視頻。同時(shí)，核心具有硬件加速器，實(shí)現(xiàn)了一些特殊的功能。對(duì)于二維圖像的一般操作，如圖像縮放、圖像旋轉(zhuǎn)等，內(nèi)核有相應(yīng)的軟件支持。S3C2440旨在提供一種低成本、低功耗、高性能的應(yīng)用處理器解決方案，如移動(dòng)電話和一般應(yīng)用。它為2.5G和3G通信服務(wù)提供優(yōu)化的H/W性能。S3C2440采用64/32位內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)。64/32位內(nèi)部總線結(jié)構(gòu)由AXI、AHB和APB總線組成。它還包括許多硬件加速器，如音頻處理、視頻處理、顯示操作和縮放、二維圖形等。同時(shí)，還有多媒體處理單元，具有各種格式的視頻文件編解碼裝置，可以在LCD或電視上顯示視頻。S3C2440通過優(yōu)化的接口線連接到外部存儲(chǔ)器。內(nèi)存系統(tǒng)的內(nèi)存端口可以配置為以不同的方式工作，可以支持移動(dòng)SDRAM和SDRAM，也可以支持NAND-FLASH和NOR-FLASH。為了提高系統(tǒng)的整體功能，降低系統(tǒng)的總體成本，S3C2440還包括了大量的硬件外圍設(shè)備，如攝像機(jī)接口、系統(tǒng)資源管理器（電源管理）、2通道DMA、4通道UART、4通道定時(shí)器、通用I/O端口、IIS總線接口、IIC總線接口、USB主設(shè)備、USBOTG操作等。在高速（480MB/s）、SD設(shè)備和多媒體卡連接下打開。端口，用于時(shí)鐘生成的PLL。3.2.3外部接口設(shè)計(jì)由于系統(tǒng)設(shè)計(jì)中有許多外圍設(shè)備，需要通過串行口、I/O口或USB連接服務(wù)器。下面是對(duì)USB接口設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)要總結(jié)。開發(fā)板有四個(gè)A型USB主機(jī)1.1接口，與普通PC的USB接口相同，可接受USB攝像機(jī)、USB鍵盤、USB鼠標(biāo)、U盤等通用USB外設(shè)，也可通過USB集線器進(jìn)行擴(kuò)展。每個(gè)操作系統(tǒng)都有自己的USB集線器驅(qū)動(dòng)程序，因此不需要單獨(dú)編寫或配置。3.3視頻采集設(shè)備視頻采集裝置是一款微型星ZC301相機(jī)。無線視頻監(jiān)控的無線網(wǎng)卡設(shè)備為MercuryMW54UUSB無線網(wǎng)卡。MercuryMW54U是一種帶有迷你USB接口的無線網(wǎng)卡。它具有機(jī)動(dòng)性好、攜帶方便、外形美觀等特點(diǎn)。屬于外部無線USB無線網(wǎng)卡。適用于傳輸速率為54Mbps的筆記本/臺(tái)式電腦。支持的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)有IE802.11g、IE802.11b、帶ACK的CSMA/CA等，提供A型USB接口、64/128/256位WEP數(shù)據(jù)加密，支持WPA-/WPA-PSK、WPA2/WPA2-PSK、內(nèi)置智能天線等高級(jí)加密和安全認(rèn)證機(jī)制，主要功能包括滿足IEEE802.11b和802.11g標(biāo)準(zhǔn)RDS，提供了兩種即席和基礎(chǔ)設(shè)施的工作模式，支持先進(jìn)的加密和安全認(rèn)證機(jī)制，如WPA2/WPA2-PSK和WPA-/WPA-PSK，支持漫游技術(shù)，保證無線連接的效率，支持Windows98SE/ME/2000/XP/Vista操作系統(tǒng)等，技術(shù)規(guī)格如下：（1）支持的協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)有CSMA/CAwithACK、IEEE802.11b和IEEE802.11g（2）該網(wǎng)卡的總線類型為：USB2.0（3）該網(wǎng)卡的傳輸速率為：11g：54/48/36/24/18/12/9/6M（自適應(yīng)）11b：11/5.5/2/1M（自適應(yīng)）（4）傳輸距離為：在室外最遠(yuǎn)可達(dá)到300米，在室內(nèi)最遠(yuǎn)可達(dá)到100米（5）頻率范圍為：2.4～2.4835GHz（6）使用環(huán)境的工作溫度：0℃到40℃（7）存儲(chǔ)溫度：-40℃到70℃（8）工作濕度：10%到90%RH不凝結(jié)（9）存儲(chǔ)濕度：5%到90%RH不凝結(jié)（10）支持操作系統(tǒng)為：Windows2000/XP/Vista/74安防系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖4.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)流程圖整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)立的下位機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)可以采集傳感器數(shù)據(jù)并發(fā)送到數(shù)據(jù)處理中心。同時(shí)，當(dāng)采集到的傳感器值超過預(yù)定限值時(shí)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)啟動(dòng)下位機(jī)獨(dú)立報(bào)警系統(tǒng)。圖4.1為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的流程圖。首先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括傳感器初始化、定時(shí)器初始化、I/O端口初始化和無線模塊初始化。然后傳感器被預(yù)熱。預(yù)熱完成后，采集并處理傳感器數(shù)據(jù)，以確定是否有超出設(shè)定限值的數(shù)據(jù)。如有，啟動(dòng)報(bào)警程序，最后進(jìn)行通訊處理。是上傳數(shù)據(jù)。4.2氣體傳感器設(shè)計(jì)圖4.2氣體傳感器采樣流程圖本系統(tǒng)使用的氣體傳感器包括煙霧傳感器和一氧化碳傳感器。氣體傳感器電路的輸出電壓經(jīng)AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，由單片機(jī)進(jìn)行處理。在收集信息之前，需要加熱傳感器，計(jì)時(shí)器定期收集和上傳數(shù)據(jù)。圖4.2顯示了氣體傳感器的采樣流程圖。4.3聲光報(bào)警模塊軟件設(shè)計(jì)圖4.3聲光報(bào)警系統(tǒng)流程圖聲光報(bào)警系統(tǒng)的功能是當(dāng)用戶在室內(nèi)且室內(nèi)環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)聲光報(bào)警系統(tǒng)，通知用戶室內(nèi)環(huán)境異常。圖4.3為聲光報(bào)警系統(tǒng)流程圖。聲光報(bào)警系統(tǒng)在中斷功能中完成。程序如下。首先，系統(tǒng)初始化，然后檢查報(bào)警信息。如果有報(bào)警信息，則進(jìn)入中斷功能。中斷功能將自動(dòng)開啟蜂鳴器和閃光警報(bào)，提醒用戶室內(nèi)異常情況。當(dāng)用戶關(guān)閉系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)將關(guān)閉。如果用戶不在，系統(tǒng)將在5分鐘內(nèi)關(guān)閉報(bào)警系統(tǒng)。4.4視頻錄像模塊軟件設(shè)計(jì)該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)觀察視頻信息，并能以AVI格式存儲(chǔ)視頻信息。FFMPEG源代碼用于視頻錄制。ffmpeg是一種開源、免費(fèi)的跨平臺(tái)音頻和視頻流解決方案，屬于免費(fèi)軟件。它可以為錄制、轉(zhuǎn)換和音頻和視頻提供完整的解決方案。安裝步驟如下所示：（1）從網(wǎng)上下載ffmpeg壓縮包，并將該壓縮包解壓到相應(yīng)的目錄下。（2）執(zhí)行配置命令./configure-enable-shared-prefix=/usr/local/ffmpeg其中：-enable-shared該代碼表示了系統(tǒng)允許其編譯產(chǎn)生動(dòng)態(tài)庫，因?yàn)橄到y(tǒng)在以后的編程中會(huì)用到這個(gè)幾個(gè)動(dòng)態(tài)庫。（3）編譯并安裝該軟件，命令如下：makemakeinstall安裝之后，將在/usr/local/ffmpeg中看到三個(gè)目錄。第一個(gè)目錄是lib，其中存儲(chǔ)動(dòng)態(tài)鏈接庫；第二個(gè)目錄是include，其中存儲(chǔ)用于編程的頭文件；第三個(gè)目錄是bin，其中存儲(chǔ)執(zhí)行文件。（4）為了我們以后更方便的編程，將lib中的三個(gè)鏈接庫libavcodec.solibavformat.solibavutil.so復(fù)制到/usr/lib下。并將include目錄下的ffmpeg目錄復(fù)制到/usr/