前语
未来中国监控商场还将持续向家庭化、民用化方向开展。家庭用户是监控范畴不行短少的重要客户。家用智能监控体系，是一种敞开的、运用了多项高新技能的智能化、人本化的集成体系。为此咱们规划了一种根据Cerebot MX4开发渠道的家用智能监控体系。
在经济快速增长的今日，跟着人民生活水平日益进步，安全健康的家居环境越来越遭到人们的注重。针对安全问题：体系实时监测烟雾、一氧化碳、贵重物品及人员进出状况等，针对健康问题：实时监控环境的温度和湿度等。此次规划中咱们用到了Cerebot MX4开发板的大部分功用，并且依托32位PIC微操控器这个功用杰出的开发渠道为监控体系加入了语音模块和GSM通讯模块，使产品规划更具智能化和人性化。
一．体系计划规划
规划整体框图
二．体系作业原理
运用Cerebot MX4开发板作为本体系的中心操控单元，热释电人体红外传感器、光电传感器及烟雾传感器构成检测单元，键盘和液晶显现组成人机交互界面，LED报警灯和语音模块为声光报警履行单元，无线收发模块为传感器与Cerebot MX4之间的通讯单元。当检测单元检测到信号时，由检测单元传给操控单元，操控单元进行剖析和处理并操控声光报警履行单元发生声光报警，一起将实时信号由GSM模块以短信的方法发送给指定手机，显现单元实时显现宿舍内的安防状况，经过按键进行主人身份仅有辨认操控体系的运转，别的，体系还加入了真人语音提示、暗码保护、禁如时刻设定、操作声响开关设置等功用，充沛表现了此次规划智能化和人性化的主题。
三．体系硬件规划（单元电路规划及剖析）
3.1中心操控体系
作为中心操控单元， 咱们在规划时首要考虑了Cerebot MX4所具有的以下杰出功用：
• 单片机选用哈佛结构, 支撑MIPSl6e 16位指令集构架
• 128位宽的闪存，可缩短单个指令的取指时刻，，可削减许多代码
• 高功用32 位 RISC CPU，带5 级流水线的 MIPS32 M4K™ 32 位内核
• 两组各32 个32 位内核文件寄存器，可削减中止延
• 预取高速缓存模块可加快从闪存的履行速度
• 2 个 I2C™ 模块，2 个 UART 模块，2个SPI模块，2 个模仿比较器
• 5 个 16 位定时器/ 计数器，5 个外部中止引脚
• 最多 16 路通道的 10 位模数转化器
• I/O 引脚上的高拉/ 灌电流（18 mA/18 mA），数字 I/O 引脚上的可装备漏极开路输出
• 硬件实时时钟/ 日历（Hardware Real-Time Clock/Calendar，RTCC）
3.2人体检测
一般来说，人体会宣布波长为10um 左右的红外线，在本次规划中运用的热式红外探头RE200B作为红外感应源，它能接纳到人体宣布的波长为10um、频率在0.3HZ~3HZ 的红外线。此类红外线经过菲涅尔透镜滤光片增强后集合在红外感应源上，感应源接纳到人体红外辐射后温度发生改动，继而失掉电荷平衡，向外开释电荷，经过后续电路进行信号处理。其感应距离完全能到达标题要求的5米检测规模。为了确保该检测电路不受杂波搅扰，咱们在信号被收集后规划了带通滤波器，经核算得出其上下截止频率分别为3HZ和0.3HZ 左右，能够有用滤除杂波搅扰。
除此之外，咱们还选用了光电传感器和热式红外探头合作检测人员进出，这样不只能够防止因为其他物体进入监测规模形成误报，还能够经过光电传感器感应到来自不同方向的人员进入室内，然后精确辨认出当时状况下的室内人数。
BIS0001是一款具有较高功用的传感信号处理芯片 ，其内部由运算扩大器、电压比较器、状况操控器、延迟时刻定时器以及封闭时刻定时器等构成的数模混合专用%&&&&&%。在接纳到信号后，BIS0001经过内部运算扩大器组成信号前级预处理电路，将信号扩大。然后耦合给别的一个运算扩大器，再进行第二级扩大，一起将直流电位举高，将输出信号送到由两个比较器组成的双向鉴幅器，检出有用触发信号经无线模块传送给单片机处理。电路如下图所示：
3.3烟雾检测
MQ-2传感器本钱低，活络功用很好。它所运用的气敏资料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡，当室内有烟雾时，MQ-2的电导率随空气中可燃气体的浓度增大而增大，运用简略的电路即可将电导率的改动转化为与该浓度相对应的输出信号。此外，MQ-2还能检测多种气体，对液化气,丙烷，氢气都有很高的活络度，这样还能检测室内煤气走漏状况，有很好的安防含义。当检测到室内的烟雾或CO等有毒气体时，在后续电路的驱动下使输出电压发生跳变，由无线通讯模块发送给中心操控单元。电路上电后，烟雾传感器需求一个预热进程，需求1min左右，刚上电时第一个比较器的同相输入端的电位高于反相输入端，比较器输出为高，当二极管平息时表明预热完毕，第一个比较器的的同相输入端的点位被二极管钳位，反相输入端的电压高于同相输入端的电位，此刻比较器的输出端输出为低。
电路如图所示：
3.4 温度和湿度检测
温度检测：
咱们选用DS18B20来检测室内温度，运用Cerebot MX4自带的10位模数转化器，用到了ADC的第15通道。DS18B20能够满意从-55摄氏度到+125摄氏度丈量规模，且DS18B20丈量精度高，增值量为0.5摄氏度，在一秒内把温度转化成数字，测得的温度值的存储在两个八位的RAM中，单片机直接从中读出数据转化成十进制便是温度，运用便利。
温度信号收集传感器选用DALLAS公司DS18B20的单总线数字化温度传感器，其测温规模为-55℃~125℃，可编程为9位~12位A/D转化精度，测温分辨率到达0.0625℃， CPU只需一根口线便能与DS18B20通讯，占用CPU总线少，可节约许多引线和逻辑电路。接口电路如图所示。
湿度检测：
体系选用DHT11数字湿度传感器收集环境的相对湿度，该传感器内部选用电阻式感湿元件，并与高功用的32位PIC单片机相连，运用的数字模块收集技能确保收集到的数据安稳牢靠，呼应快，抗搅扰才能强。DHT11DHT11与开发板之间的通讯选用单总线数据格局，以下是关于DTH11的一些阐明：
3.5 无线遥控
无线发射电路由PT2262完结编码，PT2262芯片的D0-D3设为数据端管脚，设定的地址码从17脚串行输出，用于传感器模块和操控单元之间的通讯。
接纳电路由PT2272完结解码，在运用中，选用8位地址码和4为数据码，为确保PT2262和PT2272配对运用，有必要为其设置相同的地址码。别的，为便利起见，咱们将PT2262和PT2272的8位地址编码端悉数悬空，因此只要将二者的1~8脚设置相同就能随意改动地址编码。电路如图所示：
PT2262编码电路
PT2272解码电路
3.6时钟模块
Cerebot MX4开发板自带了完好的实时时钟和日历模块（RTCC），运用相关库函数就能将模块初始化，激活RTCC，并在12864液晶屏上实时显现，然后完结一个能显现年月日和详细时刻的完好时钟模块。咱们在规划时让时钟距离一段时刻才显现一次，并能够很便利地调整距离时刻，充沛考虑了时钟模块对体系功用和功耗的影响。
时钟模块选用DS1302芯片，DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片。内含有一个实时时钟/日历和31 字节静态RAM 经过简略的串行接口与单片机进行通讯实时时钟/日历电路供给秒分时日日期月年的信息每月的天数和闰年的天数可主动调整时钟操作可经过AM/PM 指示决议选用24 或12 小时格局DS1302 与单片机之间能简略地选用同步串行的方法进行通讯仅需用到三个管脚:线1 RES 复位2 I/O 和数据线3 SCLK。串行时钟时钟/RAM 的读/写数据以一个字节或多达31 个字节的字符组方法通讯。电路如图所示：
时钟芯片接口电路
3.7声光报警
选用录音放音芯片ISD1420，先对录放音设备录入一段音乐，当需求报警时，单片机操控录放音设备放音。选用录放音电路能够针对火情和盗情自己预先设定不同的语音提示，契合电器设备人性化的要求。声报警选用报警LED灯其灯火有警示效果，能更好的起到警示效果。
当接纳到报警信号后，语音芯片输出信号，难以直接驱动喇叭作业。为此咱们规划一个简略的音频功率扩大电路，改动LM386芯片1脚和8脚之间%&&&&&%值可调整扩大电路的增益巨细。此外，为下降报警装置的静态电流值，实践制造时还可用三极管做开关操控音频扩大电路的作业状况。音频功率扩大部分电路如图所示：
音频扩大电路
3.8贵重物品检测
跟着电子标签的日益老练，选用电子标签标识贵重物品，当贵重物品被带到门口时能精确辨别其是贵重物品有体系发生相应的操控信号。一起和免除线路安置费事的问题，一起电子标签页具有必定的隐蔽性，其价格也相对低价。牢靠性也较高。
3.9 EEPROM数据存储
本规划首要选用AT24C02芯片合作Cerebot MX4开发渠道来存储开机暗码，声响设置等根本信息。AT24C02是一款比较典型的串行EEPROM，为I2C总线式串行式器材，它经过SDA(串行数据线)和SCL（串行时钟线）衔接到I2C总线上，与开发板进行通讯，该串行器材不只占用很少的资源和IO接口，并且抗搅扰才能强，功耗低，存储数据不易丢掉。
开发板自带2 个 I2C模块，I2C总线最首要的长处是其简略性和有用性。因为接口直接在组件之上，因此I2C总线占用的空间非常小，削减了电路板的空间和芯片管脚的数量，下降了互联本钱。别的，I2C总线支撑多主控(multimastering)， 其间任何能够进行发送和接纳的设备都能够成为主总线。咱们用到的I2C接口如下所示：
3.9 键盘模块
键盘模块，考虑到设置暗码和其他功用，所以运用端口A规划了4×4矩阵键盘，接法如图
3.10 液晶显现
体系选用12864液晶显现器，用于显现体系信息，如温度、湿度、暗码设置、声响设置、实时时钟、室内人数等等。
12864是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方法，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显现模块；其显现分辨率为128×64, 内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集,运用该模块灵敏的接口方法和简略、便利的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。能够显现8×4行16×16点阵的汉字，还可完结图形显现，低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显现计划与同类型的图形点阵液晶显现模块比较，不管硬件电路结构或显现程序都要简练得多。12864操控接口如下：
3.11 语音模块
咱们选用ISD4004语音录放芯片作为体系语音提示的操控单元，录音时，以0X05为开始地址，分多段录音，合作键盘输入运用，每按键一次就录一段音。当单片机检测到室内风险状况，如起火，有响马进入等状况或许主人回家时都会进行相应语音提示。
ISD4004首要技能参数如下所示：
•单片8 至16 分钟语音录放 •不耗电信息保存100 年(典型值)
•高质量、天然的语音复原技能 •内置微操控器串行通讯接口
•10 万次录音周期(典型值) •主动态噪功用
•多段信息处理 •作业电流25-30mA,保持电流1 μA
ISD4004 作业于SPI 串行接口。Crebot MX4开发板内部集成SPI模块，便利调用。SPI 协议是一个同步串行数据传输协议,协议假定微操控器的SPI 移位寄存器在SCLK 的下降沿动作,因此对ISD4004 而言,在时钟止升沿锁存MOSI 引脚的数据,在下降沿将 数据送至MISO 引脚。SPI端口的操控位如下所示：
咱们用到的开发板SPI接口如下：
别的，咱们将在论文终究给出语音模块的部分电路规划图。
3.12 GSM通讯模块
通讯模块首要完结Crebot MX4、TC35和SIM卡之间的衔接和操控功用，本体系规划运用 西门子公司GSM模块。它是西门子公司最新推出的无线通讯模块,能够快速安全的完结数据、 语音等的传输,短信息服务 SMS。能够作业在 GSM 900 kHz 和1800 kHz2 个频段。该模块集射频电路和基带于一体,向用户供给规范的 A T指令接口为数据、语音、短消息和传真供给快速、牢靠、安全的传输。GSM是通讯体系中较为老练、完善、运用广泛的一种体系。GSM体系集中了现代信源编码技能、信道编码、交错、均衡技能、数字调制技能、话音编码技能以及慢调频技能，一起在体系中引入了许多核算机操控和办理，因此确保了数据传输的正确性、安全性和牢靠性。其间短消息事务是GSM供给的一种不需求树立端到端衔接的事务，是GSM中最简略，最便利的数据通讯方法。开发板经过通用异步收发器(Universal Asynchronous Recei-ver Transmitter)向TC35发送AT指令，运用GSM网络模块的SMS短信事务，完结家庭安全长途智能监控。GSM模块与开发板通讯时选用异步串行通讯（UART），设置报警短信时选用Unicode进行字符编码。以下是咱们用到的UART2接口：
别的，咱们将在论文终究给出GSM模块的部分电路规划图。
四．体系软件规划
4.1主程序流程如图
软件规划是根据MAPLAB IDE集成开发环境进行的，MAPLAB IDE集成了程序修改、调试、编译、链接、下载等功用，运用非常便利。并且在规划时咱们许多选用了编译器供给的库函数进行模块化规划，其间的外围函数库plib.h>就被屡次调用。因为篇幅有限，软件流程图过大，在此咱们只上传了部分流程图，详细的软件规划思维将在咱们提交的程序中表现。
五 规划总结
“2010 MIPS-Based™ P%&&&&&%32嵌入式立异大赛”旨在为学生供给无限的著作发挥空间，进步学生的规划爱好与规划技巧，充沛发挥和完结其立异与发明才能。 大赛期望一切勇于愿望、勇于应战的学生，在比赛中体会团队精力，并让一切的想象力充沛展示。在整个比赛的进程中，从根本计划的拟定，在到硬件电路的挑选，到制造电路制造，终究进行程序调试。在此期间咱们遇到许多困难，虽然很艰苦，可是咱们各自分工，相互协作，一次又一次品味到了解决问题的高兴,终究完结了要求的悉数功用，在比赛中咱们发现了自己常识的缺乏，经过联络技能支撑和在论坛与其他参赛选手的沟通，咱们学到了许多东西，最重要的是咱们学会了一种精力——永不抛弃。在今后的时刻里边咱们会用这种精力去学习，再接再厉，更进一步。
附录：
1规划时用到的一些功用模块：
无线收发模块
GSM模块
热释电红外传感器
ISD4004语音模块
光电传感器
2部分PCB图
3、源程序代码阐明
源程序首要包含：LCD 显现、存储模块、GSM模块、温湿度检测、语音提示等等，详细代码详见咱们提交的程序
