物联网的家庭监护系统研究(附件)
家庭监护系统是一种需求日益增加的家庭系统，能够对家庭异常情况进行监测，对老人进行定位和监控，集安防、监控等多方面功能为一体。 本设计是基于物联网的家庭监护系统设计。整机以单片机STC89C52RC以及西门子TC35模块为核心，介绍了家庭报警、独居老人定位以及短息互动功能设计和开发过程。通过STC89C52RC单片机控制气体传感器MQ-2和HC-SR501红外热释电感应模块进行循环检测，结合蜂鸣器报警、显示屏显示以及西门子TC35模块形成系统。报警系统为自动报警，独居老人的定位则为短信形式互动，期间182864LCD液晶显示屏会显示运行过程中对应信息。文中详细的介绍了基于物联网的家庭监护系统的设计思路、硬件电路的各部分功能以及原理介绍、相应软件的程序设计等。 随着科技技术和经济的不断发展，家庭监护系统将迎来快速发展。 关键词 单片机，TC35，报警，定位 目 录
1 引言 1
1.1 设计效果 1
1.2 课题研究背景与意义 1
1.3 国内外研究现状 1
2 设计任务和方案 2
2.1 设计任务 2
2.2 方案的论证 3
2.3 方案的选取 3
3 基于物联网的家庭监护系统的硬件设计 3
3.1 系统总体设计方案 3
3.2 系统各部分设计 4
3.3 用Protel DXP 2004绘制硬件电路图 12
4 基于物联网的家庭监护系统的软件设计 13
4.1 主程序设计 13
4.2 GSM短信程序设计 14
4.3 LCD液晶显示程序 15
4.4 软件设计语言以及工具 16
5 系统调试与性 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
能分析 17
5.1 系统调试 17
5.2 系统测试结果以及性能分析 31
结 论 32
致 谢 33
参 考 文 献 34
附录A 原理图 36
附录B 元器件清单 37
附录C 程序代码 38
1 引言
科技技术和经济一直在不断发展，现代生活的节奏也变得越来越快，年轻人对老人、特别是独居老人的照顾变得难以顾及，因此越来越多的人们在追求舒适的家居环境的同时，也开始在家庭监护方面有所关心。正是因为这些原因，家庭监护、家庭安防等市场正在快速发展之中，市场的需求潜力巨大。家庭监护系统是一种需求日益增加的家庭系统，能够对家庭异常情况进行监测，对老人进行定位和监控，集安防、监控、监护等多方面功能为一体。随着老龄化的逐渐加剧，独居老人将慢慢成为一个日益壮大的弱势群体，对他们的监护也将变得越来越重要。
1.1 设计效果
本设计是设计一个家庭监护系统，具体要求实现定位家中独居老人的位置，可以对家庭突发情况（煤气泄漏）进行及时报警，并且能够通过GSM模块与子女的手机进行交互。该设计使用传感器对家中多个参数进行监控，由单片机、气体检测模块、红外热释电、蜂鸣器、西门子TC35、继电器以及LCD液晶显示屏等构成。
1.2 课题研究背景与意义
中国经济建设一直在飞速地发展，同样的，人民生活水平也在迅速地提高，而根据调查数据显示，2005年起中国就已经进入社会老龄化阶段[1]，这也是一种全球性趋势，依据调查结果可以预测，我国的老龄人口到2030年将占全国人口的15.7%[2]。然而受独生子女政策的影响，当今社会一对夫妇需要照顾两对老人，难以照顾周全；我国实行市场经济体质，工作压力十分巨大，大家的空闲时间不多；并且，下一代之间的竞争也同样日益激烈，培养下一代也耗费了大家很多的精力和心血。以上的几个原因都使得人们在工作之外的时间也难以在照顾老人有多少的精力[3]。而对老人的照顾是必须也是必要的，特别是独居老人，万一在家中出现意外情况的话，将比较难被发现，所以，独居老人的监护问题将会逐渐被越来越重视，发展也将越来越热门。
1.3 国内外研究现状
2006年，刘茵设计了一个家庭监控系统，基于以太网，该设计利用监控器采集信息，然后通过因特网将对应数据传送到监控中心，从而进行数据的处理，如果出现了特殊情况，通过网络报警，监控中心能够及时、快速的发送相关命令[4]。2007年，严彬彬设计出了一个面对社区和家庭的家庭监护系统，采用了嵌入式系统进行设计，是以家庭为核心，由家庭终端和监护中心两个部分组成，灵活可靠，并且扩展性以及实时性都很高[5]。2008年，陈祝荣使用检测心电、血氧等参数的无线传感器，做出了一个无线家庭监护系统的通用无线传感器节点，可以测量多种参数，对被监护人的多项参数进行测量监控，并使用单片机通过控制射频单芯片将测量到的数据传输到电脑上。然后通过因特网把信息发送到小区的监护中心，又专门人员来进行统一的监控和监护，如果发生了紧急情况，监护系统将会发出报警[6]。2009年，陈祝荣再与刘守斌进行了无线家庭监护系统的设计，对老人和残障人士提供多种生理检测。系统基于射频单芯片的无线通信模式，利用非标准通信协议进行管理[7]。2009年，张晋芳提出并实现了一种智能的远程家庭监控系统。这个系统是基于ARM设计，能够进行无线通信。这个系统还可以结合CDMA模块，对警报进行无线传输[8]。2010年，黄庶设计了一个家庭监护及报警装置，它是以PIC系列单片机、TC35i模块以及KEELOQ跳码技术为核心，在探测到家庭环境出现异常以及家中人员出现特殊状况的时候，通过TC35i短信模块将对应信息及时发送到监控中心及设置的号码[9]。2010年，崔文频设计了一套家庭智能监控系统，该系统可以进行视频监控，它监控范围十分的广，系统把视频进行压缩，通过GPRS进行网络传输，用户可以在任何时间任何地点查看家中情况；系统具有一套智能算法，它会自动循环检测，如果检测发生了紧急情况，就会自动将相关情况进行通知，通知的同时将对应时间段的视频进行存储，有效保证了家庭安全[10]。2012年，邱于兵设计了一种“家庭—网络—医生”模式的远程家庭医疗监护系统，这个监护系统基于嵌入式电子、网络通信、传感器信息融合技术，把家庭和医院监护系统通过互联网结合，实现对家中老人的监护，有效的拓展了医院监护能力，帮助解决了老人家庭护监护的问题[11]。2014年赵鹏、叶建芳、何佩佩设计了一个家庭无线监护系统，该系统对家中老人的生理检测，将信号经过放大电路输出到单片机，然后将数据信息发送到监护中心[12]。
2 设计任务和方案
2.1 设计任务
本次设计所研究的是基于物联网的家庭监护系统，能够定位家中老人的位置，可观察家中老人的生活起居，突发情况及时报警等功能。需要以单片机为控制器，结合传感器、摄像头、显示屏、蜂鸣器等形成一个家庭监护系统。
2.2 方案的论证
2.2.1 在摄像头实现视频监控的同时实现定位
我们可以通过摄像头拍摄到的视频进行图像识别，采用OpenCV等技术进行视觉处理识别，实现家庭里独居老人的定位，定位和视频监控同时通过摄像头实现；家庭突发状况（比如煤气泄漏等）通过传感器探测、识别，和摄像头一起通过嵌入式系统连接远程服务器，可以通过手机远程登录服务器，查看当前家庭情况，如果出现突发情况，可以发出自动报警。
2.2.2 由红外热释电模块进行独居老人定位
家庭监护系统选用了STC89C52RC，以气体传感器用作煤气泄漏检测，以红外热释电用作独居老人的定位，结合蜂鸣器报警、显示屏显示以及短信模块（比如西门子TC35模块）形成系统。通过气体检测模块检测煤气是否泄漏，通过红外热释电模块探测人体所处的房间位置，如果家庭里煤气放生了泄漏情况，则系统会触发蜂鸣器报警，在蜂鸣器报警的同时，单片机会控制短信模块同时发送一条信息到预设的号码；系统里红外热释电检测到人体会将最新的信号（独居老人所在房间的信号）进行存储，如果收到对应短信命令，单片机会读取该最新位置信息，并控制短信模块发送对应位置信息的预知应答进行回复，形成一个典型的交互；系统运行的同时，显示屏会显示出运行过程中的对应状况。
1 引言 1
1.1 设计效果 1
1.2 课题研究背景与意义 1
1.3 国内外研究现状 1
2 设计任务和方案 2
2.1 设计任务 2
2.2 方案的论证 3
2.3 方案的选取 3
3 基于物联网的家庭监护系统的硬件设计 3
3.1 系统总体设计方案 3
3.2 系统各部分设计 4
3.3 用Protel DXP 2004绘制硬件电路图 12
4 基于物联网的家庭监护系统的软件设计 13
4.1 主程序设计 13
4.2 GSM短信程序设计 14
4.3 LCD液晶显示程序 15
4.4 软件设计语言以及工具 16
5 系统调试与性 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3_5_1_9_1_6_0_7_2
能分析 17
5.1 系统调试 17
5.2 系统测试结果以及性能分析 31
结 论 32
致 谢 33
参 考 文 献 34
附录A 原理图 36
附录B 元器件清单 37
附录C 程序代码 38
1 引言
科技技术和经济一直在不断发展，现代生活的节奏也变得越来越快，年轻人对老人、特别是独居老人的照顾变得难以顾及，因此越来越多的人们在追求舒适的家居环境的同时，也开始在家庭监护方面有所关心。正是因为这些原因，家庭监护、家庭安防等市场正在快速发展之中，市场的需求潜力巨大。家庭监护系统是一种需求日益增加的家庭系统，能够对家庭异常情况进行监测，对老人进行定位和监控，集安防、监控、监护等多方面功能为一体。随着老龄化的逐渐加剧，独居老人将慢慢成为一个日益壮大的弱势群体，对他们的监护也将变得越来越重要。
1.1 设计效果
本设计是设计一个家庭监护系统，具体要求实现定位家中独居老人的位置，可以对家庭突发情况（煤气泄漏）进行及时报警，并且能够通过GSM模块与子女的手机进行交互。该设计使用传感器对家中多个参数进行监控，由单片机、气体检测模块、红外热释电、蜂鸣器、西门子TC35、继电器以及LCD液晶显示屏等构成。
1.2 课题研究背景与意义
中国经济建设一直在飞速地发展，同样的，人民生活水平也在迅速地提高，而根据调查数据显示，2005年起中国就已经进入社会老龄化阶段[1]，这也是一种全球性趋势，依据调查结果可以预测，我国的老龄人口到2030年将占全国人口的15.7%[2]。然而受独生子女政策的影响，当今社会一对夫妇需要照顾两对老人，难以照顾周全；我国实行市场经济体质，工作压力十分巨大，大家的空闲时间不多；并且，下一代之间的竞争也同样日益激烈，培养下一代也耗费了大家很多的精力和心血。以上的几个原因都使得人们在工作之外的时间也难以在照顾老人有多少的精力[3]。而对老人的照顾是必须也是必要的，特别是独居老人，万一在家中出现意外情况的话，将比较难被发现，所以，独居老人的监护问题将会逐渐被越来越重视，发展也将越来越热门。
1.3 国内外研究现状
2006年，刘茵设计了一个家庭监控系统，基于以太网，该设计利用监控器采集信息，然后通过因特网将对应数据传送到监控中心，从而进行数据的处理，如果出现了特殊情况，通过网络报警，监控中心能够及时、快速的发送相关命令[4]。2007年，严彬彬设计出了一个面对社区和家庭的家庭监护系统，采用了嵌入式系统进行设计，是以家庭为核心，由家庭终端和监护中心两个部分组成，灵活可靠，并且扩展性以及实时性都很高[5]。2008年，陈祝荣使用检测心电、血氧等参数的无线传感器，做出了一个无线家庭监护系统的通用无线传感器节点，可以测量多种参数，对被监护人的多项参数进行测量监控，并使用单片机通过控制射频单芯片将测量到的数据传输到电脑上。然后通过因特网把信息发送到小区的监护中心，又专门人员来进行统一的监控和监护，如果发生了紧急情况，监护系统将会发出报警[6]。2009年，陈祝荣再与刘守斌进行了无线家庭监护系统的设计，对老人和残障人士提供多种生理检测。系统基于射频单芯片的无线通信模式，利用非标准通信协议进行管理[7]。2009年，张晋芳提出并实现了一种智能的远程家庭监控系统。这个系统是基于ARM设计，能够进行无线通信。这个系统还可以结合CDMA模块，对警报进行无线传输[8]。2010年，黄庶设计了一个家庭监护及报警装置，它是以PIC系列单片机、TC35i模块以及KEELOQ跳码技术为核心，在探测到家庭环境出现异常以及家中人员出现特殊状况的时候，通过TC35i短信模块将对应信息及时发送到监控中心及设置的号码[9]。2010年，崔文频设计了一套家庭智能监控系统，该系统可以进行视频监控，它监控范围十分的广，系统把视频进行压缩，通过GPRS进行网络传输，用户可以在任何时间任何地点查看家中情况；系统具有一套智能算法，它会自动循环检测，如果检测发生了紧急情况，就会自动将相关情况进行通知，通知的同时将对应时间段的视频进行存储，有效保证了家庭安全[10]。2012年，邱于兵设计了一种“家庭—网络—医生”模式的远程家庭医疗监护系统，这个监护系统基于嵌入式电子、网络通信、传感器信息融合技术，把家庭和医院监护系统通过互联网结合，实现对家中老人的监护，有效的拓展了医院监护能力，帮助解决了老人家庭护监护的问题[11]。2014年赵鹏、叶建芳、何佩佩设计了一个家庭无线监护系统，该系统对家中老人的生理检测，将信号经过放大电路输出到单片机，然后将数据信息发送到监护中心[12]。
2 设计任务和方案
2.1 设计任务
本次设计所研究的是基于物联网的家庭监护系统，能够定位家中老人的位置，可观察家中老人的生活起居，突发情况及时报警等功能。需要以单片机为控制器，结合传感器、摄像头、显示屏、蜂鸣器等形成一个家庭监护系统。
2.2 方案的论证
2.2.1 在摄像头实现视频监控的同时实现定位
我们可以通过摄像头拍摄到的视频进行图像识别，采用OpenCV等技术进行视觉处理识别，实现家庭里独居老人的定位，定位和视频监控同时通过摄像头实现；家庭突发状况（比如煤气泄漏等）通过传感器探测、识别，和摄像头一起通过嵌入式系统连接远程服务器，可以通过手机远程登录服务器，查看当前家庭情况，如果出现突发情况，可以发出自动报警。
2.2.2 由红外热释电模块进行独居老人定位
家庭监护系统选用了STC89C52RC，以气体传感器用作煤气泄漏检测，以红外热释电用作独居老人的定位，结合蜂鸣器报警、显示屏显示以及短信模块（比如西门子TC35模块）形成系统。通过气体检测模块检测煤气是否泄漏，通过红外热释电模块探测人体所处的房间位置，如果家庭里煤气放生了泄漏情况，则系统会触发蜂鸣器报警，在蜂鸣器报警的同时，单片机会控制短信模块同时发送一条信息到预设的号码；系统里红外热释电检测到人体会将最新的信号（独居老人所在房间的信号）进行存储，如果收到对应短信命令，单片机会读取该最新位置信息，并控制短信模块发送对应位置信息的预知应答进行回复，形成一个典型的交互；系统运行的同时，显示屏会显示出运行过程中的对应状况。
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