疫情管控隔离人员电子封条远程监控系统设计

第1章绪论在该章节中的第一部分，对系统的设计意义进行介绍，第二部分对国内外的发展状‎‏况进行‎叙述，第三部分对该论文的主要研究内容进行分析，在本章的最后对组成结构进行论述。1.1研究目的及意义当前，全球新冠肺炎疫情仍在高位运行，我国疫情也处于高位运行状态，同时也面临着国外输入的风险。随着复工复产工作紧张有序开展，大量的外地务工人员开始回到工作岗位，流动人口的变化再一次给疫情管控带来巨大的压力。一方面要防止病毒传播蔓延，另一方面要防止疫情再次出现反弹。这时，真趣科技提出了一系列针对疫情防控措施和安全管理工作的方案和措施。通过使用电子封条技术可以有效防止外来人员进入社区，对社区实行有效监管。电子封条能够实现对隔离人员的精细化管理和监管，为政府在疫情防控中提供了有力的支持和帮助，从而使政府部门能够更加及时准确地掌握疫情状况。具体来说，电子封条可以实时监测隔离人员的活动和行为，具备精准预警和告警能力。一旦出现异常情况，电子封条便会自动发出警报，同时将相关数据上传至云端平台，以供政府和疾控部门进行实时的监控和管理。此外，电子封条还具备远程监管的功能，可以让监管人员随时了解隔离人员的情况，并在必要时进行干预和管理，从而防止疫情的扩散和传播。1.2国内外现状分析在新冠肺炎防控措施中，对密切接触者的居家隔离，是很重要的一环。但由于其特殊性，社区工作人员往往需要投入大量的时间和精力，进行居家隔离的管理。克拉科技推出的CLAA物联网无接触远程防疫解决方案中的电子封条，是一款专门为居家隔离而设计的产品。这种电子封条可以帮助政府和疾控中心实现对隔离人员的远程监管和管理，从而降低疫情传播的风险和程度。具体来说，这种电子封条配备了多种传感器和监测装置，能够实时监测隔离人员的活动和状态，并在有异常情况出现时及时发出警告。同时，这种电子封条还与云端服务平台相连，可以为政府和疾控中心提供实时的数据分析和管理，为相关机构提供科学的决策支持[1]。电子封条是一种用电子技术来代替传统封条的技术，主要优势在于其综合了多种功能，包括开门提示、触发警告和远程监控等。具体来说，电子封条可以通过传感器或其他装置实时监测物品的状态，并在有异常情况出现时发出警告。在传统的封条中，需要布线，需要人员值守，而电子封条则不同，其设备成本相对较低，这主要是因为它采用了先进的电子技术，并且制造成本相对较低。此外，电子封条的安装也相对简单，只需要一个相应的设备和一些简单的安装步骤即可。因此，电子封条作为一种先进的安全保障技术，其优势在于综合了多种功能、成本低廉、易于部署和使用，已经得到了广泛的应用和推广。据介绍，这一智能管控的实现，主要得益于克LPWAN（低功耗广域网技术）技术。国际上对电子封条监测系统的研究也很长时间了。外国学者DebrodyR,DRuth,LundbergG,etal利用GPS实时定位电子封条并研究了一套利用GPS实时定位的电子封条监测系统。SsrL,XuL,ZhaoP等人创建了一套由磁耦合路径连接芯片的电子封条监测系统。在每个块中添加额外的块结构，可以根据业务需求进行分层管理或P2P部署，以适应不同的业务场景[2]。1.3主要研究内容本设计基于ZigBee通信技术，可以达到上位机与下位机实时通信的效果，从而实现对疫情防控一线的管理需求，使用电脑端来实现监控与管理。本设计主要实现了下位机的监控和数据传输，下位机的监控主要通过ZigBee无线传输和上位机通信两种方式实现，前端监测采集器由两部分组成，一部分是采集控制部分，另一部分是数据上传部分。上位机可以实时地显示出下位机传来的信息；数据库用来记录数据：当发生异常信息时，将下位机所传送的数据连同时间一起记录下来；当出现不正常的讯息时，电脑端警铃响起，并打开声光警报；设定一段距离的门限；设定布防和撤防防御方式；用该设备对人体感应、振动和超声波测距等传感器的信息进行实时监控；当人们走近时，灯光开始闪烁，忽明忽暗；当有人接近时，在规定的距离内，震动传感器产生震动，并将该震动信息作为异常信号发送给主机；设有声光报警器的开/关，将文本解释信息显示在LED屏幕上，在设备上粘贴包含具体的隔离信息的二维码，并装置有一个设置布防和撤防按钮。第2章系统的相关技术及开发工具在系统的设计中，基于功能结构模块的设计，将会对每一个功能模块的实现来进行详细的说明，例如，系统功能模块的输入、输出和处理。并且在设计时，需要使用特定的传感装置来进行硬件的设计，从而来实现系统整体的功能。2.1无线通讯技术无线通信技术是一种可以通过无线电波、红外线、激光等传输介质在无线空间中进行通信的技术。具体来说，无线通信技术可以分为以下几类：无线电通信技术：是利用无线电波进行通信的技术，包括无线电广播、无线通信、卫星通信等。红外线通信技术：是利用红外线进行通信的技术，例如红外线遥控器、红外线通信模块等。激光通信技术：是利用激光进行通信的技术，主要应用于短距离高速传输的场合，例如激光测距、激光通信等。无线通信技术的优点是可以通过无线电波等介质在移动的状态下进行通信，具有高度的灵活性和可移动性，适用于无线网络、移动通信、卫星通信等各种应用场景。同时，无线通信技术也存在一些挑战，如频谱资源不足、信息安全等问题，需要不断的技术创新来解决。2.2ZigBee技术简介ZigBee是一种基于IEEE802.15.4标准的低功耗、低速率无线通信技术。它是一种短距离、低功耗的通讯协议，能够实现多种设备之间的无线数据传输和通讯，具有成本低、功耗低、网络规模大、互联性强、安全性高等优点。ZigBee通信的特点：低速率：ZigBee的速率为数字16，即250kbps，比传统的2.4GHz无线标准速率低得多，但可以提高通信强度和通信距离。低功耗：ZigBee通信对电池寿命有很高的要求，因此其功耗非常低，可以实现长时间的设备运行。短距离：ZigBee通信适用于局域网和个人局域网等短距离通信，通信距离一般控制在10-100米之内。强互联：ZigBee通信具有强大的互联性，它可以连接多个不同类型的设备，如传感器、控制器、执行器等。易于部署：由于ZigBee的自组建网和协调器等技术，使得它的部署非常容易，同时可以实时监控。这样，ZigBee可以应用于家庭自动化、工业自动化等场景中。在本设计中，上位机与下位机由ZigBee技术通信。其中，上位机实现了对系统的接收与显示和对系统的数据的传送与收集。首先，单片机和主机之间要用串口和USB接口进行联接，它具备自组网、点对点的功能，可以在不使用人工介入的情况下，进行自组网和自组网，并可以在不使用人工介入的情况下，完成之间的自我配置和自我管理。通讯采用UART串口协议，采用Rx和Tx两条数据线，将PB11和PB10的引脚连在一起，以完成全双工的方式进行数据交换。ZigBee模块实际上起到了一个透传的作用，发送端经过串口PB11管脚将传感器数据收集到单片机中，然后经过出口PB10管脚传到ZigBee的RX管脚，两个ZigBee模块进行通信，再经过串口与上位机进行通信。疫情管控隔离人员电子封条远程监控系统需要长时间稳定地运行，因此通信模块应具有低功耗特性，以延长设备的电池寿命。ZigBee是一种低功耗的无线通信技术，能够提供长时间的无线通信能力。系统中的隔离人员电子封条需要与中心控制器进行远程通信。ZigBee可以提供可靠的远距离通信，使得隔离人员电子封条能够与控制中心保持稳定的数据传输和通信连接。在系统中可能存在多个隔离人员电子封条设备，需要能够同时连接和管理多个设备。ZigBee支持网络拓扑结构，可以实现多设备之间的连接和通信，为系统提供灵活的设备管理和控制能力。疫情管控系统对通信的可靠性和稳定性要求较高。ZigBee采用了信道管理和自动路由等机制，能够提供可靠的数据传输和稳定的通信连接，以保证系统的正常运行和数据的准确传输。在疫情管控系统中，隔离人员的安全和隐私是重要考虑因素。ZigBee支持AES-128位加密算法，提供数据的安全传输和保护，确保通信过程中的数据安全性。疫情管控系统中可能存在多种不同的设备布局和拓扑结构需求。ZigBee支持多种网络拓扑结构，包括星型、网状和集群等，能够根据系统需求灵活配置网络结构和设备连接方式。综上所述，ZigBee作为一种低功耗、远距离通信、多设备连接和安全可靠的无线通信技术，能够满足疫情管控隔离人员电子封条远程监控系统的功能需求。它提供了稳定的通信连接、多设备管理、安全数据传输和灵活的网络拓扑结构等功能，为系统的设计和实现提供了可行的解决方案。2.3技术路线硬件部分需要单片机STM32C8T6、红外检测传感器、震动传感器、超声波测距传感器、蜂鸣器报警模块、ZigBee通信模块；软件平台程序用Keil5；编程语言用C语言；用户信息显示查看。2.4单片机型号选型STM32是由意法半导体推出的一款微控制器芯片系列，系列包括多种型号，涵盖了各种资源丰富的32位MCU系列。它基于ARMCortex-M内核设计，具有高性能、高可靠性、低功耗和物联网等多种特点。STM32系列具有多种不同类型的存储器、多种接口、多种外设和多种输入/输出选择，提供了灵活性和多样性，可应用于各种应用场景。在工业控制、汽车控制、家庭自动化、安防、医疗、消费电子、机器人和无人机等领域得到广泛应用。32型单片机可直接驱动数字管进行显示，其外部电路简单，具有10比特的A/D转换器，能够达到较高的准确度，具备联机调试和程序设计（ISP）的功能。工作电压低，功率消耗小，其控制单元潜力强劲。在配置1的具体情况下，无论接口电路是高电平还是低电平，都是在高电压和内部电流的具体情况下；当设置为0时，无论接口电路输入信号如何，都是低阻抗状态。具有较强的驱动性能，具有25毫安的低电平吸收电流和20毫安的高电平吸收电流，这与51系列相比是一项巨大的优势。2.5系统运行环境本文介绍了一种以STM32C8T6系列单片机为核心，结合多种硬件设备，设计一种用于疫情管控隔离人员电子封条的远程监控系统。2.5.1硬件开发环境该系统对硬件设施的支持是必不可少的。单片机内核卡模块STM32F103C8T6；所述震动式传感器组件、所述红外式传感器组件和所述超声波式传感器组件；蜂鸣器，按键，发光二极管，有机发光二极管，有机发光二极管显示屏；在多个硬件之间进行排线。2.5.2软件开发环境采用Windows10操作系统；软件开发使用KeiluVision5软件；使用C编程语言，用FlyMcu作为本系统的串行接口，可以下载该系统的程序；网络通讯：TCP/IP。2.6系统主要功能模块疫情管控隔离人员电子封条远程监控设计主要包括了震动传感器模块、红外传感器模块、超声波传感器模块、按键模块、LED灯、OLED显示屏模块、蜂鸣器报警模块以及单片机最小系统。2.6.1OLED显示模块介绍OLED显示屏是利用有机化合物发光原理的一种平面光源和显示设备。OLED具有以下产品特点：良好的对比度和鲜艳的色彩：OLED屏幕具有高对比度和广泛的色域，能够提供鲜艳的色彩和清晰的图像。薄型化设计：OLED屏幕由多层膜和薄膜晶体管组成，尺寸小且薄，不会占用太多空间。能耗低：OLED屏幕的亮度仅在需要时才会调整，因此相比于LCD显示器，OLED屏幕可以实现更低的能耗。可弯曲性和透明性：OLED屏幕可实现柔性和透明设计，因此能够应用于更多特定应用领域，例如弯曲的显示设备和玻璃的创意设计。由于OLED屏幕不同于传统LCD显示屏需要后光源照明，因此具有更好的对比度和更真实的色彩。距离显示：接收到超声波传感器收集到的数据，利用超声波发送和返回的时间，通过算法计算出监测范围内的物体与设备之间的距离，并在OLED屏幕上实时显示。震动显示：通过对震动传感器返回的数据进行处理，对数值的位数以及进制进行转换，将位移距离具显在屏幕上。人员显示：通过对红外传感器有无返回值进行判定，进而推断出监测范围内有无人员。模式显示：系统分为布防和撤防两种模式，可用按键控制也可在系统中控制，在OLED屏幕上显示当前模式。2.6.2震动传感器模块介绍震动检测传感器是借助电气自动化改造其中的一部分，再转化为电池动力。所以，检测传感器的运行质量和性能由接收电气自动化的主要部件和主要开关部件的机械设计决定。它的工作原理是基于质量受力学的基本原理，即当物体受到外力作用时，将产生相应的加速度，高精度的震动传感器能够检测并测量这种加速度变化，从而实现对震动和振动信号的检测。图2.1震动传感器模块2.6.3红外检测传感器模块介绍HC-SR501属于红外线感应电气设备，特别是计算机控制系统产品如何从外部电源充电电池供电。由于光线和其它干扰物直接照射到模组的镜片上，以防止引入干扰性信号而引起故障，所以在工作环境中，应尽可能避开气流的影响。在安装感应器时，应让探头双元尽可能与人体常活动的方向保持平行，以确保先后被双元探头所感应。红外传感器是利用探测物性的感应器，其工作方式以红外光为主。红外，也就是所谓的光，具有折射，反射，散射，吸收，干涉等多种特性。不同于其它的检测方法，红外感测器并没有与被检体直接接触，所以没有摩擦力，并且它的特点是敏感和响应迅速。图2.2人体红外传感器实物图2.6.4超声波测距传感器模块介绍超声波测距模块主要用于监控有没有人靠近该设备，对设备安全进行的一种防范措施；它包括了控制电路，发射装置和接收装置三个部分，用一种电致伸缩来制作而成的一款压电传感器。超声波感应器是一种测量距离或探测物体位置的设备，其工作原理基于声音的传播和反射。随着超声波的传播，它会碰撞到测量物体并反弹回来，此时接收器开始接收反弹的声波。一旦接收器检测到反弹声波，计时器就停止计时。根据计算公式，可以知道探头和物体之间的距离。超声波传感器广泛应用于测距和物体定位等领域，在自动测量和控制系统中被广泛使用。图2.3超声波传感器实物图2.6.5蜂鸣器报警模块介绍蜂鸣器报警模块是一种常用的电子报警装置，包括蜂鸣器、振荡器、放大器、驱动电路等，通常情况下，蜂鸣器有两个引脚，一个用于正极，一个用于负极。蜂鸣器的工作原理是：当直流电源的正、负极分别与扬声器的三个极相并联，即给扬声器提供电源，在此过程中，使扬声器工作在直流谐振状态下，即由电源产生振荡信号。当有电流流过扬声器时，会产生振动而发声。蜂鸣器按工作频率分为：低频、中频、高频蜂鸣器；按发音方式分为：有刷式和无刷式；按是否需要声音的反馈可分为：有源式和无源式。续流二极管有续流作用，它的功能是当电路中电感线圈断电时，其两端的电动势并不会立即消失。续流二极管与普通二极管不同之处在于，续流二极管的续流电流可以是直流，也可以是交流，即在一个电路中，可使用一只续流二极管来控制，也可使用两只或多只续流二极管，续流二极管主要应用在直流电路中用来提供直流电源。滤波电容：它的功能就是过滤，过滤掉蜂鸣电流对其它部件产生的干扰。在实际的电子产品中，为了提高电源的交流阻抗，可以采用电容来做滤波。第3章系统总体设计3.1总体方案设计第一步：在图书馆里，在网上，找到自己想要的资料，要到各种硬件设备的资料，其中有STM32芯片的资料，有传感器模块的资料，也有传感器模块的资料，还有各种型号的优点和缺点。第二步：对系统中的各模块进行定位，明确各模块间的相互关系，并搜集相应的软件、硬件数据。第三步：对主题进行了规划，确定了系统的构成，勾勒出了系统的总体架构，并在此基础上给出了系统的原理框图。第四步：在此基础上，通过使用软件来实现硬件电路的设计，并以电路图的形式呈现出各个部分的设计，并对每个模块的电路图进行了绘制。第五步：在系统控制流程指导下，完成软件设计，并画出了系统的主要流程。3.2功能需求分析功能需求分析是来评估各项功能需求的实现难度、优先级和合理性，从而为后续的系统设计和开发提供基础。在进行系统功能分析时，需要全面考虑需求分析、技术分析、任务分析等多个方面。同时，在分析过程中应该注重实际，以保证系统的高效、稳定、可靠。总之，系统功能分析是系统设计和开发的关键环节，是确保系统能够满足用户需求的基石，只有对系统功能进行全面的分析，才能为后续的系统设计和开发奠定坚实的基础。基于STM32单片机的疫情管控隔离人员电子封条远程监控报警系统分析，‎‏基于现有的技术和经济条件系统功能均可实现，将整个系统划分为两个功能模块进行分析，使得可以精确地分析系统，并为后续的工作开展便利。3.3预期结果本设计采用了STM32F103C8T6单片机技术，结合电子封条和远程监控技术，实现了对疫情管控隔离人员的监管。基于对疫情防控一线的管理需求，系统由前端监测采集器和后台数据分析处理系统组成。完成了以下功能：采用ZigBee技术来通信；上位机是PC端，采用ZigBee与下位机来通信；上位机实时显示信息；用数据库来记录相关数据：当发生了异常的情况时，将下位机所传送的数据连同时间一起记录下来；当出现不正常的讯息时，移动端警铃响起，并打开声光警报；设定一段距离的门限；设定布防和撤防防御方式；用该设备对人体感应、振动和超声波测距等传感器的信息进行实时监控；当人们走近时，灯光开始闪烁，忽明忽暗；当有人接近时，在规定的距离内，震动传感器产生震动，并将该震动信息作为异常信号发送给主机；声光报警器的开/关；将文本解释信息显示在LED屏幕上；在设备上粘贴包含具体的隔离信息的二维码；设备上设置一个布防和撤防按钮。STM32单片机红外检测传感器超声波测距传感器震动传感器传感器OLED显示模块Zigbee子节点PC端上位机STM32单片机红外检测传感器超声波测距传感器震动传感器传感器OLED显示模块Zigbee子节点PC端上位机蜂鸣器模块指示灯光图3.1系统整体架构图3.5系统下位机架构图本系统预设与门禁所结合使用，具有超强的结合性和实用性。主要实现五种功能：首先该系统分为两种模式：布防和撤防，布防为监管模式，撤防为正常模式，通过系统按键和系统可控；上位机与下位机通过ZigBee技术进行通信；监测有无人员靠近，通过红外传感器的返回状态，进行判定；测距功能，通过超声波反馈判定人员距离，当距离值小于给定范围时，判定有人私自外出，可传递蜂鸣器报警，并传输数据终端提醒；最后，为了防止该设备被强制破坏，加装了震动感应，当范围达到给定数值蜂鸣器自动报警，并发送到上位机提醒监管。下位机功能ZigBee下位机功能ZigBee通信模块超声波测距传感器模块红外检测传感器模块震动传感器模块ZigBee通信功能蜂鸣器报警模块超声波测距功能红外检测功能震动检测功能蜂鸣器报警功能图3.2下位机架构图3.6系统上位机架构图疫情管控隔离人员电子封条远程监控系统是为了有效管控疫情隔离人员而设计的一种技术手段。该系统的设计理念是基于电子封条技术、封条设备、通信模块、服务器和应用程序进行构建。本系统设计，下位机和上位机通过ZigBee技术来进行通信，上位机是电脑PC端，在QT平台上面显示下位机发送过来的信息，可以进行布防撤防，设置阈值，查询以往的测试数据等。红串口通信功能红串口通信功能布防功能撤防功能设置阈值功能上位机功能布查询数据功能图3.3上位机架构图第4章硬件系统部分4.1系统硬件设计开始初始化是否进入布防状态OLED显示数值OLED显示数值距离检测超出阈值值报警结束震动检测人体检测该疫情管控隔离人员电子封条远程监控系统设计，全部硬件开发主要包含震动传感器、红外传感器、超声波传感器、按键、LED开始初始化是否进入布防状态OLED显示数值OLED显示数值距离检测超出阈值值报警结束震动检测人体检测NY图4.1主流程图NY4.2单片机与ZigBee技术通信下位机设备中，STM32单片机与ZigBee技术之间通过串口通信进行通信。STM32单片机通过串口将数据发送给ZigBee模块，ZigBee模块接收到数据后进行无线传输，接收方ZigBee模块再将数据通过串口发送给其他单片机或者计算机进行处理。STM32单片机与ZigBee模块通过串口连接，单片机将需要发送的数据通过串口发送给ZigBee模块，ZigBee模块接收到数据后，进行编码和无线传输。接收方ZigBee模块接收到数据后，进行解码并通过串口将数据发送给上位机PC端进行处理。STM32单片机和ZigBee模块在进行通信时需要设置一致的波特率，数据格式等参数，还需要根据实际需求进行数据格式的设计和协议的制定，以保证通信的可靠性和效率。4.3震动传感器功能模块设计震动传感器通常具有三个引脚，包括正极、负极和信号引脚。正极和负极是用来连接电源的，信号引脚用来输出传感器所捕捉到的震动信号。具体而言，震动传感器引脚的设计如下：正极引脚：震动传感器的正极引脚通常标记为“+”或“VCC”，用于连接供电电源，一般为3.3V或5V电压。负极引脚：震动传感器的负极引脚通常标记为“-”或“GND”，用于连接电源的接地。信号引脚：震动传感器的信号引脚通常标记为“S”或“OUT”，用于输出传感器所捕捉到的震动信号，一般是模拟信号，其电压值与震动强度成正比。其中，本设计中震动传感器的VCC引脚接单片机+5V电源，GND引脚接单片机的GND引脚，AO引脚接单片机的PA1引脚，通过简单的电路连接就可以实现震动信号的检测。设计的震动传感器模块流程图如下，YYN开始传感器初始化传感器采集信息报警是否有震动结束图4.2震动传感器流程图4.4红外传感器功能模块设计红外传感器通常有两个引脚，一个是VCC和一个是GND，以及一个信号输出引脚，用于输出传感器所捕捉到的红外信号。具体而言，红外传感器引脚的设计如下：VCC引脚：红外传感器的VCC（正极）引脚通常标有“+”或者“VCC”字样，用于连接电源正极，一般是5V电压。GND引脚：红外传感器的GND（负极）引脚通常标有“-”或者“GND”字样，用于连接电源负极信号输出引脚：红外传感器的信号输出引脚通常标有“S”或者“OUT”字样，用于输出红外传感器所捕捉到的信号，其中信号引脚一般是数字信号或者模拟信号。本设计采用红外传感器来检测有无人员靠近，红外检测传感器上的VCC引脚接单片机+3.3V电源，GND引脚接单片机的GND引脚，OUT引脚接单片机的PA11引脚，通过IIC协议传输到单片机上进行数模转换等处理，处理过后再通过IIC协议将数据在OLED屏幕显示，同时通过串口ZigBee通信将数据传输给上位机，当检测到有人员靠近信号时，电路板上指示灯会闪烁，通过电路连接就可以实现有无人员的检测。设计的红外传感器模块流程图如下，YNYN开始传感器初始化传感器采集信息报警是否有人体接近结束4.5超声波传感器功能模块设计超声波测距传感器一般有四个引脚，分别是VCC、GND、Trig、Echo。具体而言，超声波测距传感器引脚的设计如下：VCC引脚：超声波测距传感器的VCC（正极）引脚通常标有“+”或者“VCC”字样，用于连接电源正极，一般是5V电压。GND引脚：超声波测距传感器的GND（负极）引脚通常标有“-”或者“GND”字样，用于连接电源负极。Trig引脚：超声波测距传感器的Trig引脚是一个数字输入引脚，用于启动一个新的测距周期，一般为高电平触发，通常需要1us拉低脉冲。Echo引脚：超声波测距传感器的Echo引脚是一个数字输出引脚，用于输出传感器测量到的声波信号发射和反射之间的时间差，一般为高电压输出，输出的电平高度与距离成正比。其中，超声波测距传感器的VCC引脚接单片机的+3.3V电源，GND引脚接单片机的GND引脚，Trig引脚接单片机的PB12引脚，Echo引脚接单片机的PB14引脚，通过电路连接就可以实现对人员距离的检测。设计的超声波传感器流程图如下，NYNY开始传感器初始化传感器采集信息报警是否有物体结束超声波测距传感器的代码示例如下：voidConut(void) {time=TH0*256+TL0; TH0=0; TL0=0; S=(time*1.7)/100;//算出来是CM if((S>=700)||flag==1)//超出测量范围显示 { flag=0; disbuff[0]=10; disbuff[1]=10; disbuff[2]=10; } else { disbuff[0]=S%1000/100; disbuff[1]=S%1000%100/10; disbuff[2]=S%1000%10%10; } }开始单片机初始化显示屏初始化显示屏清屏显示屏显示结束4.开始单片机初始化显示屏初始化显示屏清屏显示屏显示结束图4.5OLED显示功能模块流程图本设计中，OLED显示模块有四个外部引脚：VCC引脚、GND引脚、SCL引脚、SDA引脚，VCC和GND作为供电引脚，起到为OLED显示模块提供电源的作用，分别接入STM32F103C8T6单片机的VCC引脚和GND引脚；SCL为时序信号引脚；SDA为数据传输引脚，传输需要显示的字符信息。4.7Keil5软件开发及步骤Keil是一款由英国KeilSoftware公司开发的嵌入式系统开发工具，主要用于嵌入式系统领域的软件开发。它提供了一套完整的开发环境，包括编译器、调试器、仿真器和IDE等。Keil开发工具支持多种微控制器，包括ARM、8051、C166、C251和ST10等。Keil提供的编译器可以将C语言、C++和汇编语言程序转换为可执行的机器码，生成可供微控制器处理的可执行文件。Keil的调试器和仿真器可以帮助开发者在微控制器系统中进行调试和测试，包括断点调试、单步执行、寄存器查看、设备状态监测等功能。Keil的IDE（集成开发环境）提供了友好的用户界面和多种辅助功能，包括代码自动补全、代码高亮、代码注释等，方便用户进行开发调试工作。Keil还提供了一些开源的样例代码和库文件，用户可以借鉴和使用。Keil软件的灵活性和易用性使它成为嵌入式系统开发领域的热门工具之一。Keil5软件开发主要需要以下步骤：安装Keil5开发环境：从官方网站下载Keil5开发环境安装包，完成安装并配置开发环境。创建项目和工程：打开Keil5开发环境，创建一个新的项目，需要选择使用的处理器类型、外设等参数，然后创建项目工程。编写代码：在新建的工程文件夹下找到代码文件，在Keil5集成的代码编辑器中编写代码。可以使用C语言、汇编语言或其他支持的语言编写代码。编译代码：在Keil5开发环境中，使用Keil5集成的编译器可以将代码编译成二进制可执行文件，生成可执行文件需要先通过编译器进行编译，然后使用链接器链接成可执行文件。调试代码：Keil5提供了调试器和仿真器等调试工具。使用这些工具可以在开发过程中调试代码，查找和修改错误。图4.6Keil软件界面图烧录程序：将编译生成的可执行文件烧录到目标设备的存储器中，实现程序的运行。图4.6Keil软件界面图第5章软件系统部分5.1QT平台与ZigBee技术通信本设计中，上位机采用QT平台界面设计，QT平台与ZigBee技术之间的通信，采用串口通信的方式进行。通过QT的串口类，打开串口，并设置串口的波特率、数据位、停止位等参数，把需要发送的数据通过串口发送给ZigBee模块，等待ZigBee模块接收并进行无线传输，当接收到ZigBee模块传输回来的数据时，通过QT的串口类，接收数据，通过对接收到的数据进行解析，获得需要的信息进行后续处理。在进行QT平台与ZigBee技术通信时，需要对串口通信进行设置和调试，还需要根据实际需求进行数据格式和协议的设计，以保证通信的稳定性和效率。5.2QT平台设计在本系统的上位机界面设计中，采用了QT界面设计，QT界面包括用户登录界面、主界面，主界面包含串口设置、数据显示、设置阈值。其中，串口设置中包含：开串口、关串口、选择串口和选择波特率功能；数据显示包括采集到的距离信息、有无人员信息、震动信息等数据将实时显示到界面中；同时，可以根据需求设置阈值来进行相应的操控；数据处理程序负责将采集到的数据进行处理和分析，根据设定的阈值会触发警告。QT平台界面是一个跨平台的应用程序开发框架，最初由Trolltech公司开发，现在由TheQtCompany进行维护和发展。QT平台提供给开发人员一个完整的工具集，可用于创建跨平台的应用程序。开发人员可以使用C++和QML语言组合开发应用程序。QT平台提供了一些预定义的类和函数，以便开发人员可以轻松地创建出现在任何操作系统和硬件平台上的应用程序。QT平台包括以下主要组件：QT核心库：提供QT平台的核心功能，如数据类型、事件处理、文件I/O和网络支持。QTGUI模块：包括各种界面元素（如按钮、标签、滚动条等）和用户界面开发工具，如QTDesigner。QTQuick模块：提供了一种方式，使用QML语言描述UI界面，可以轻松地创建跨平台的、高性能的、流畅的移动应用程序。QT网络模块：提供了网络通信的支持，包括客户端和服务器端。QT数据库模块：提供对关系型数据库（如MySQL和Oracle）的访问支持。QT平台的主要优点是跨平台和高性能。QT应用程序能够在多个操作系统（例如Windows、macOS和Linux）上运行，不需要进行任何修改。QT平台的高性能得益于其开始系统初始化开始系统初始化用户登录数据分析与处理数据显示与储存结束5.3QT平台连接Sqlite数据库SQLite是一款轻量级嵌入式关系型数据库，它的设计原则是在资源有限的设备上提供快速、高效、可靠和安全的数据存储方式。SQLite采用客户端-服务器方式，通过在单个本地文件中存储数据，提供了强大的数据管理功能，随着其普及，现已成为移动应用、桌面应用和Web应用的主流数据库之一。SQLite的主要功能和特点包括：开源免费：SQLite以BSD授权的形式开源，可免费使用和分发。嵌入式：SQLite的核心功能全部存储在单个本地文件中，使用者不必处理数据库的管理，只需要在应用程序中调用SQLite函数即可完成数据库读写操作。轻量级高效：SQLite的核心代码十分精简，虽然没有其他后端数据库那么强大，但它获得了独特的优势：体积小、运行快。跨平台性：SQLite支持多种编程语言和操作系统平台，包括Windows、Linux、macOS、Android、iOS等。支持事务和校验：SQLite支持ACID事务，具有高度的数据一致性，并提供了完整性校验机制，保证数据管理的可靠性。支持SQL语言：SQLite通过SQL语言来进行数据管理操作，支持SQL92标准以及大多数SQL99扩展，可用于复杂的数据查询和分析需求。其中，本系统设计使用的数据库软件是SQLite，SQLite和其他关系型数据库不同的是，SQLite并不是一个独立的进程，它可以直接嵌入到应用程序中，然后将SQLite的库文件嵌入到应用程序中。在Qt中，使用QSqlDatabase类和相关子类来连接SQLite数据库，并进行数据的读、写和操作。QT连接SQLite数据库的代码示例，如下：QSqlDatabaseDB;//创建一个数据库的文件//加载数据库的文件QStringaFile="/dataBase.db";if(aFile.isEmpty()){qDebug()<<"数据库文件加载失败";return;}//打开数据库DB=QSqlDatabase::addDatabase("QSQLITE");//创建QSQLITE数据库连接DB.setDatabaseName(aFile);//数据库名if(!DB.open()){//没有数据库文件则创建文件qDebug()<<"数据库文件打开失败";qDebug()<<DB.lastError().text();//输出错误信息}qDebug()<<"打开数据库文件成功";//插入数据QStringqs=QString("insertintouser(account,password)values('%1','%2')").arg(account).arg(password);if(query.exec(qs))//如果插入成功{//消息对话框（警告，提示，错误...）QMessageBox::information(this,"注册","注册成功");}else{QMessageBox::information(this,"注册","注册失败");qDebug()<<query.lastError().text();//输出错误信息}//查看数据库中有的表格的名字qDebug()<<"查看数据库中所有的表:";QStringListstr_table=DB.tables();qDebug()<<str_table;//查询数据库中的数据qDebug()<<"查看数据库中数据";query.prepare("SELECT*FROMuser");query.exec();while(query.next()){qDebug()<<QString("account:%1,password:%2").arg(query.value("account").toString()).arg(query.value("password").toString());}query_close(db);//关闭数据库5.4本章小结系统软件设计是一项重要的任务，软件架构设计方面应该考虑到系统的可伸缩性和可扩展性，以支持未来的增长和需求变更，同时也需要考虑到系统的性能和安全性。模块化设计可以提高代码的重用性和可维护性，使系统更易于开发和维护。在接口设计中，应该清晰地定义各个组件之间的交互方式，以确保不同模块之间的数据传递和功能调用的正确性和稳定性。在测试和验证中，我们应该制定清晰、具体的测试计划，以确保系统的正确性和可靠性。总之，系统软件设计是一项复杂且需要经验和技能的任务。针对不同的需求和场景，我们应该制定具有实际可行性的设计方案，并认真执行，在不断的调整和优化中不断改进系统。第6章软件调试与测试6.1软件调试Protues是现阶段仿真单片机设计和外部器件的最佳专用工具。本项目的软件调试是使用KeiluVision5集成开发工具对STM32进行调试和仿真，将我们项目中编写的代码一步到位运行。STM32调试需要在板子上焊接调试接头，连接单步J-link或ST-link调试方式，PC端需要安装相应的调试驱动程序。裸盘调试的方法很多，最常用的有：光照法、串口打印（printf）、模拟调试断点调试法（J-Link或ST-Link）。通俗地讲，点灯方式是利用焊在单片机开发板上的LED灯进行纠错。配置好灯对应的管脚后，在需要调试的代码中加入灯的程序语句。密切注意灯亮了多少次，灯灭了多少次，或者某些程序有问题时灯不闪，就可以找出是哪个代码错了。串口打印：配置STM32串口部分正常工作，然后运行PC串口调试工具应用程序，将调试信息打印到待调试程序的串口。如果出现程序错误，大多数情况下不会打印数据，可能会出现未知错误。仿真器调试，使用硬件调试器和MDK软件相结合的方式来终止程序，程序会自动停在断点处，然后调试器可以一步步观察数据值的变化，然后进行调试。6.2测试目的对软件进行测试是想要寻找并解决系统中的一些未知缺陷，提前在测试阶段发现问题，才可让系统、软件质量更高。实际上，测试一个软件也是对一个软件破坏的过程，发现了更多的错误，并不代表软件的正确功能有问题。6.3测试注意事项第一，测试需要根据系统的需求来进行。第二，测试应该提前一段时间进行。第三，在撰写测试的案例过程中，要考虑全面，包括一些极端的角度，如特殊值、限制值等等情况。第四，使用的测试案例要有合理的输入，还应该有不合理的输入条件，对于测试的聚集效应要特别留意。6.4系统实物图从实物图中，可以看到本系统主要是使用STM32C8T6为主控芯片，有OLED显示屏以及4个按键，其中包含声光报警按键和布防撤防按键，使用ZIGBEE通信模块、震动传感器模块、超声波测距模块、红外传感器模块、蜂鸣器模块。为了验证系统完成后的功能是否达到了预计的功能，需要进行加电测试，对本设计中的功能逐个排查。图6.1系统完整实物图6.5红外传感器功能测试在本设计中，采用红外传感器，在布防状态下，检测有无人员靠近，如果有人靠近，并且在所设的距离阈值范围内靠近，那么OLED显示屏上就会显示有人，同时左上角的灯光会闪烁。图6.2红外传感器数值采集测试6.6超声波测距传感器功能测试在本设计中，采用超声波测距传感器，在布防状态下，检测人员靠近的距离，如果人员靠近的距离，小于所设的距离阈值范围，那么OLED显示屏上就会显示有人和距离值。图6.3超声波测距传感器数值采集测试6.7震动传感器功能测试在本设计中，采用震动传感器，检测是否有人破坏电子封条设备，震动的程度在所设的震动阈值范围内，OLED显示屏上会显示震动数值。图6.4震动传感器数值采集测试6.8OLED显示屏功能测试OLED屏幕能够显示距离信息、震动信息、有无人员情况以及模式信息等，如下图所示。图6.5OLED显示功能测试6.9测试结果在测试过程中，本设计的所有功能基本上都能实现，在布防和声光报警器开启的状态下，采用震动传感器，检测是否有人破坏电子封条，如果有人靠近，并且靠近距离小于所设的距离阈值，下位机灯光会闪烁，OLED显示屏上会显示有人和距离值，上位机会出现异常信息的弹窗，显示距离近，同时触发声光报警功能。图6.6测试结果显示图6.10本章小结系统测试是一项非常重要的任务，测试计划应该包括具体的测试范围、测试目标、测试时间表和测试报告的撰写等内容。在测试过程中，应该及时发现和修复问题，并根据问题的性质和严重程度进行优先级排序和处理。在测试报告中，应该准确记录测试情况和测试结果，并描述各项指标的达成情况，以及未达成目标的原因和解决方案。在测试完成后，可以进行真实环境下的模拟测试，以确保系统能够在实际应用场景下正常运行。总之，系统测试是一项需要注重细节和全面性的任务，并在测试过程中严格按照计划进行测试，及时发现和解决问题，并记录测试过程和结果。通过系统测试，我们能够更好地保证系统的质量和稳定性，确保其可以稳定、可靠地运行。第7章总结与展望本章让我对整个系统设计有了深刻的了解，并深入理解了相关软硬件开发技术，还了解了系统各功能模块之间的关系，让我受益匪浅。7.1总结本次设计不仅仅是硬件电路设计和编程的过程，更重要的是对实际问题的分析和设计阶段的努力。首先，通过查阅文献获取研究资料，初步设想系统要实现的功能和系统设计涉及的相关内容所采用的技术，收集相关资料作为系统设计的素材。其中，针对系统设计中需要的内容，初步设计系统所使用的功能和技术，收集必要的信息作为系统设计的素材，分析与综合，抽象与概括，深入理解相关软硬件开发技术，了解系统各功能模块之间的关系，管理系统的运行原理和核心，确定开发流程。最后，希望通过现有的各个功能的组合，设计出一套优秀的系统，规范编程。在进行软硬件设计时，会出现许多未预料到的问题。对于软件来说，逻辑是个大问题。有的时候，想法并不是很缜密，也不是很细致，但经过反复的尝试，最终发现了其中的缺陷，并将其解决。在这次的毕业设计中，对单片机开发的灵活性和快速性等特点进行了充分的发挥与利用，并通过对相关知识的学习和了解，结合自己所学专业，来实现智能控制的设计。在整个过程中，我了解到，在学习和工作中遇到问题时，不能轻易放弃，要多问多想，在仔细分析之后再进行解决。在今后的工作与学习中，要勤勉、多思，以提高自己在这个高度竞争的社会中的实际价值。此次毕业设计为我提供了一次难得的学习机会，从中我学到了许多，获益良多。7.2展望本设计以远程监控为研究对象，重点分析了传感器、OLED显示屏、按键、LED灯、蜂鸣器等，明确提出了基于单片机的报警系统。根据相关资料和国家行业标准，确定了报警系统的作用，并在此基础上，明确提出了一种传感器和ZigBee模块接入系统的软件报警系统，并且利用了红外传感器检测有无人体，用单片机控制传感器为系统主要的设计方案。根据市场对传感器的调研和选择，确定传感器的采集，硬件配置供电电路采用传感器的采集元件，STM32为主板上的芯片。随着全球疫情的不断爆发和蔓延，对隔离人员的管控变得异常重要。为了更好地掌握隔离人员的情况，疫情管控隔离人员远程监控系统应运而生，这一系统结合了多种传感器和ZigBee等技术，能够实现对隔离人员的监测、管理和报警等功能，对疫情防控和公共卫生安全具有重要意义。随着人工智能、物联网等技术的不断进步，疫情管控隔离人员远程监控系统也将会不断完善和发展。未来，可以考虑引入更加先进的深度学习等算法，对视频和传感器数据进行更加准确和高效的分析，并结合机器视觉等技术，实现更加精确的识别和监测。同时，在数据管理和隐私保护方面也需要不断完善和强化，避免敏感数据被泄露和不法分子利用。总之，疫情管控隔离人员远程监控系统是一项非常有价值的技术体系，可以帮助政府和医疗机构更加精细化地管理隔离人员，从而更加有效地应对疫情。在未来，这一系统将会得到更多关注和应用，成为公共卫生安全保障的重要手段之一。参考文献李奎整理.电子封条:法院执行查封的AI"神器"[J].法律与生活,2020(10):2.孙广宇，罗国杰，韩平,等.电子封条监控系统及监控方法:.CN112532684A[P].2021.陈志权.可远距离监控的电子封条CN103914723B[P].2019.陈志强，李元景，吴相豪,等，电子封条和电子封条系统:.CN204782324U[P]2019.尹平平，吴文诩.科技治"赖":你有"赖功",我有"电子封"[J].中关村,2020(9)137.王贤立，门三义，魏子坤,等.一种电子封条装置:,CN213150155U[P].2021.林伟，史晓东，王毅男.可远程监控的电子封条锁:.CN204163497UIP].2018.梁秀龙.“电子封条”智能监管技术在煤矿安全监管中的应用探析[J].江西煤炭科技,2022(04):236-238.杨传印,王春素.煤矿“电子封条”智能监管技术研究[J].采矿技术,2021,21(S1):140-142.DOI:10.13828/ki.ckjs.2021.s1.037.刘瑞特.一种智能电子封条监控锁:,CN211397003U[P].2020.吴云,周雨田,左彤,王晓东.基于RFID技术电子封条的设计与实现[J].东北电力大学学报,2019,33(05):61-64.DOI:10.19718/j.issn.1005-2992.2019.05.014.魏晓雯.全国首例使用"电子封条"执行案[J].中国审判,2021,000(001):P.28-29.KassemAK,ArkoubSA,DayaB,etal.ASurveyofMethodsfortheConstructionofanIntrusionDetectionSystem[J].2019.DasguptaD,AkhtarZ,SenS.Machinelearningincybersecurity:acomprehensivesurvey.2022.KORTUMK,MOLLERM,HIRNEIBC，etal.Smarteyedata:devdtopahealtO0%ofoundationformedicalrescarchusingSmartDataapplications[J].DerOphthalmologeZeitschriftDerDeutschenOphthalmologischenGescllschaft,2019.RaafiB.DesignandDevelopmentofFuzzy-PIDControllerforFour-wheeledMobileRoboticStability:AC'aseStudyontheUphillRoad[J].PTEKJournalofEngineering,2020，6(2):6.MHusák,KomarkovaJ,Bou-HarbE,etal.SurveyofAttackProjection,Prediction,andForecastinginCyberSecurity[J].IEEECommunicationsSurveys&Tutorials,2018,PP(99).附录A程序//******************************************************************************/#include"delay.h"#include"sys.h"#include"oled.h"#include"bmp.h"#include"key.h"#include"usart.h"#include"usart3.h"#include"led.h"#include"timer.h"#include"adc.h"#include"UltrasonicCtrol.h"#include<stdio.h>#include<string.h>u8send[30];u8time[30];u16jl;u16jlyu=50;u8jls[8];u8jlyus[8];u16zhen;u16zhenyu=50;u8zhens[8];u8zhenyus[8];intbfFlag=0;externcharRxBuffer[100],RxCounter;intbeepnum=0;intbiaozhi=0;intyuzhiFlag=0;intbiaozhi1=0;intbiaozhi2=0;intbiaozhi3=0;intbiaozhi4=1;intbiaozhi5=0;voidUSART1_Puts(char*str){while(*str){USART1->DR=*str++;while((USART1->SR&0X40)==0);}}voidUSART3_Puts(char*str){while(*str){USART3->DR=*str++;while((USART3->SR&0X40)==0);}}unsignedchartick_5ms=0;//5ms计数器，作为主函数的基本周期unsignedchartick_1ms=0;//1ms计数器，作为电机的基本计数器unsignedchartick_200ms=0;//刷新显示intmain(void){u8data_len,send_jason[200]; delay_init(); NVIC_Configuration(); delay_ms(1000); OLED_Init(); OLED_ColorTurn(0);//0正常显示，1反色显示OLED_DisplayTurn(0);//0正常显示1屏幕翻转显示 OLED_Refresh(); OLED_Clear(); KEY_Init(); Adc_Init(); LED_Init(); beep_Init(); beep=0; uart_init(115200);//串口1初始化，可连接PC进行打印模块返回数据uart2_init(115200);usart3_init(9600); //TIM3_Int_Init(9999,7199); JDQ1=1;JDQ2=1; OLED_ShowChinese(0,0,0,16);//系 OLED_ShowChinese(18,0,1,16);//统 OLED_ShowString(36,0,":",16);OLED_ShowChinese(0,16,2,16);//系 OLED_ShowChinese(18,16,3,16);//统 OLED_ShowString(36,16,":",16);OLED_ShowChinese(0,32,4,16);//系 OLED_ShowChinese(18,32,5,16);//统 OLED_ShowString(36,32,":",16); OLED_ShowChinese(0,48,10,16);//系 OLED_ShowChinese(18,48,11,16);//统 OLED_ShowString(36,48,":",16); OLED_Refresh();LED1=1;LED2=1;LED3=1; LED4=1; KEY_Init(); UltraSoundInit(); jlyus[0]=jlyu/100+'0'; jlyus[1]=jlyu%100/10+'0'; jlyus[2]=jlyu%10+'0'; jlyus[3]=0; OLED_ShowString(95,0,jlyus,16); zhenyus[0]=zhenyu/100+'0'; zhenyus[1]=zhenyu%100/10+'0'; zhenyus[2]=zhenyu%10+'0'; 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