1、獨居老人的無線監(jiān)控系統(tǒng)設計摘褥子為了防止獨居老人在家意外的事情，保護老人的人身安全，保護老人的個人隱私，本文設計了一個用于孤獨老人的無線監(jiān)控系統(tǒng)，包括單片機串行全雙工通信，無線高頻發(fā)射電路和熱紅外探頭。該系統(tǒng)具有地址指示、呼叫響應和自動呼叫報警等功能，性能穩(wěn)定、實用。本文詳細介紹了面向獨居老人的無線監(jiān)控系統(tǒng)的設計、設計過程和特點。關鍵字：遠程監(jiān)視；無線射頻呼叫系統(tǒng)紅外探頭引文隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展，人們的思想意識不斷變化，“丁克人”繼續(xù)增加，出生率小于死亡率，人口負增長，已經(jīng)把世界引向人口老齡化。我國是人口大國，是老齡人口最多的國家，目前60歲以上的老年人人口為1.43億人，占總人口的11%，每年

2、增長3%。未來5年，我國60歲以上老年人人口將從2005年的1.43億人增加到2010年的1.74億人。隨著城市建設的發(fā)展，人們的生活習俗發(fā)生了變化，家庭結構也發(fā)生了變化。原來“三代同堂”、“四歲同堂”、“兒孫滿堂”的傳統(tǒng)家庭生活方式逐漸變壞。城市獨居老人的隊伍越來越大，成為不容忽視的社會問題。獨居老人的增加，生活照顧，病房護理的困難，獨居老人在家里意外地沒能自救的情況很多，會給家人造成無法挽回的遺憾。本文分析了獨居老人的生活節(jié)奏，將熱紅外監(jiān)視探頭、微控制器電路、無線電收發(fā)技術有機地結合起來，重點介紹了易于安裝、成本低、使用簡單、應用前景好的獨居老人的無線監(jiān)護系統(tǒng)。第一章為獨居老人介紹無線監(jiān)控

3、系統(tǒng)1.1系統(tǒng)的主要功能和應用該系統(tǒng)主要用于獨居老人的客廳，根據(jù)需要在臥室和浴室分別安裝熱紅外監(jiān)控探頭：1.洗手間：根據(jù)老人的生活習慣設置，老人進入洗手間后，一段時間以上沒有出來，或者一段時間以上沒有進洗手間的時候，系統(tǒng)必須向監(jiān)控室發(fā)出警報信號。2.臥室和床：根據(jù)老人的睡眠時間設置，如果老人超過預定的睡眠時間沒有睡覺，或者老人在預定的起床時間之前沒有起床，系統(tǒng)必須向監(jiān)控室發(fā)出警報信號；3.主動求助：老人在家有不便的時候，需要幫助的時候，可以直接按按鈕求助；4.自動檢測功能：由于系統(tǒng)長期運行，為了確保操作穩(wěn)定性，主機每天將檢測信號自動發(fā)送到每個分機，如果分機收到信號，則表示返回信息工作正常。否則

4、，系統(tǒng)將發(fā)出警報。5.正常工作的話，監(jiān)控室主機收到信號信號后，會自動顯示ESO SOS ESO s地址，在發(fā)送聲光信息的同時通知收到信號，警報器收到環(huán)回信息后停止發(fā)送，否則繼續(xù)發(fā)送警告信號。該系統(tǒng)可廣泛應用于住宅區(qū)、干燥處、養(yǎng)老院、療養(yǎng)院、醫(yī)院、酒店等。1.2系統(tǒng)配置該系統(tǒng)由主機和分機兩部分組成，每個主機一個，分機號由多個主機和分機號組成。主機監(jiān)控室可以設置在各個應用地區(qū)的管理中心或醫(yī)務室，分機號碼分別設置在單獨的獨居老人居住區(qū)。主機由無線電收發(fā)電路、SCM電路、監(jiān)控面板和電源部分組成。分機由熱紅外監(jiān)控探頭、無線收發(fā)電路、單芯片電路和電源部分組成。(參見圖1.1系統(tǒng)方框圖)每個組件的原理或功能

5、如下：單臺機器頭發(fā)收下監(jiān)視控制盤紅外線1紅外線2單臺機器頭發(fā)收下監(jiān)視控制盤圖1.1系統(tǒng)方塊圖電源電源內(nèi)線主機1.2.1熱紅外監(jiān)控探頭超前紅外傳感器是20世紀80年代開發(fā)的一種新的高靈敏度檢測要素?？梢酝ㄟ^非接觸形式檢測人體發(fā)射的紅外能量的變化，將其轉換為電壓信號輸出。放大這個電壓信號可以驅動各種控制電路，例如電源開關控制。超導紅外傳感器主要是用鋯鈦酸鉛陶瓷、鉭酸鋰、三乙烯硫酸鈦等熱電系數(shù)高的物質制造2 * 1毫米大小的檢測元件。在每個檢測器內(nèi)放置一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件反向極性連接起來，以抑制自身溫度升高所引起的干擾。探測元件檢測和接收的紅外輻射轉換為微弱的電壓信號，由安裝在探測裝

6、置上的fet放大并輸出到外部。為了提高探測器的檢測靈敏度，提高檢測距離，通常將用透明塑料制成的菲涅耳透鏡安裝在探測器前面，將透鏡的上下兩部分分成多個等份，將信號與放大電路對準，放大到70分貝以上，制造具有能夠在10 20米范圍內(nèi)測量人行為的特殊光學系統(tǒng)的鏡片。菲涅耳透鏡利用鏡頭的特殊光學原理，在探針前產(chǎn)生交替變化的“盲點”和“高靈敏度區(qū)域”，從而提高探針接收靈敏度。當人從鏡頭前經(jīng)過時，人體發(fā)出的紅外線不斷地從“盲點”交替進入“高靈敏度區(qū)域”，因此接收到的紅外線信號突然以強或弱脈沖的形式輸入，能量寬度變強。人體輻射的紅外中心波長為9-10-um，檢測元件的波長靈敏度在0.2-20-um范圍內(nèi)幾乎

7、是恒定的。傳感器上方有一個波長范圍為7-10-um的濾波器，適合人體紅外輻射探測，其他波長的紅外線被濾波器吸收，形成用于人體輻射探測的特殊紅外傳感器。一旦人闖入勘探區(qū)，人體紅外輻射就會聚焦在部分鏡子上，從超導原接收。但是，從兩個哨站收到的熱量不同，哨站也不同，因此無法抵消。菲格爾過濾器根據(jù)性能要求具有不同的焦距(檢測距離)，產(chǎn)生不同的監(jiān)控視野，視野越大，控制就越嚴格。被動超導紅外探頭的主要特征如下。1，本身不發(fā)送任何類型的輻射。2、抗干擾性能好。防止小動物干擾：探測器安裝在推薦高度使用上，在探測范圍內(nèi)，地面上的小動物一般不會產(chǎn)生警報。電磁干擾防護：探測器的電磁干擾防護性能符合GB10408的4

8、.6.1要求，一般手機電磁干擾不會引起誤報。燈抗干擾：探測器在正常靈敏度范圍內(nèi)，通過3m外部H4鹵素燈照射玻璃，不會產(chǎn)生警報。3、設備功耗小，隱蔽性好，價格便宜。1.2.2單片機電路在分布式控制系統(tǒng)中，通常需要多個處理器一起工作，單片機的控制能力強，在很多控制系統(tǒng)中經(jīng)常采用，當系統(tǒng)中有多個單片機時，機器之間的通信是一個重要問題。串行通信方法線路簡單，適用于遠距離，因此單片機之間的通信通常采用串行方式。如何在集成了數(shù)據(jù)收集、計算、控制和通信的系統(tǒng)中的每臺單片機之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，是整個系統(tǒng)可靠有效運行的基本保證。單芯片微型計算機通常只有一個串行通信端口，通常用于與后臺計算機交換數(shù)據(jù)和與其他單芯片微

9、型計算機通信的串行通信端口不足。因此，需要串行端口擴展?；贑PLD設計的擴展串行端口可以同時擴展3個串行異步通信端口，同時在兩個方向傳輸數(shù)據(jù)。以單片機和三個單片機之間的擴展串行通信端口設計為例，如圖1.2所示。在此系統(tǒng)中，主微控制器和三個從屬微控制器之間的數(shù)據(jù)通信使用CPLD設計的擴展串行端口進行。串行端口1與分機1通信，串行端口2與分機2通信，串行端口3與分機3通信。使用CPLD的硬件電路設計可降低設備成本、減少電路板大小、修改電路并縮短開發(fā)周期。此設計的擴展串行端口和主微控制器接口是8位總線，適用于16位或32位總線。圖1.2中的每個控制信號的含義在： clr:復位信號高水平上有效。W

10、r:主單片機寫入信號，低電平有效；Rd:主單片機讀取信號，低電平有效；A1、a0:擴展串行端口內(nèi)這三個子串行端口的輸入和輸出的存儲地址(a1、a0=00、串行1、a1、a0=01、串行2、a1、a0=01、串行3)；如果Tb:位處于較低級別，主單芯片微型計算機可以向擴展端口寫入，并立即將寫入設置為較高級別。Ra:位為低級別時，主微控制器將接收數(shù)據(jù)讀取到擴展端口，立即將其設置為高級別，如果擴展端口接收到1字節(jié)，則將其設置為低級別。T dx1至3，r dx1至：擴展子串行1至3的發(fā)射，接收端針。使用此擴展串行端口可以在主機和分機之間進行全雙工通信，通過分別修改分頻系數(shù)N 1，N 2，N 3和時鐘提

11、取電路的分頻系數(shù)2，3，可以同時進行不同波特率的通信。使用CPLD設備可以輕松聯(lián)機修改此設計。此外，如果此擴展串行端口受到干擾，主機只需讀取數(shù)據(jù)一次或發(fā)送數(shù)據(jù)一次，即可恢復正常操作。與某些專用擴展芯片不同，在發(fā)生干擾后，需要重新執(zhí)行初始化寫控制字等。否則，無法恢復正常操作。這種問題發(fā)生在我們創(chuàng)建的其中一個系統(tǒng)上，當時使用的是擴展串行端口專用芯片，受到干擾后，必須重新初始化此擴展串行端口芯片，通信才能正常進行。圖1.2單片機之間的擴展串行通信1.2.3無線電收發(fā)電路采用低速無線通信技術的無線收發(fā)電路。其出發(fā)點是開發(fā)強調低功耗、雙向傳輸和檢測功能的可擴展、易于部署的低成本無線收發(fā)技術。使用各種無線

12、收發(fā)電路模塊、433MHZ高頻發(fā)射模塊和SAW (saw)諧振腔頻率穩(wěn)定功能的超小型載波接收模塊，無需任何調試即可穩(wěn)定工作，提供可靠的性能。1.2.4主機監(jiān)視面板主機監(jiān)控面板可以直觀地顯示每個分機的操作，在接收報警信息時顯示相應的地址，同時發(fā)送聲光信號，并設置各種類型的數(shù)據(jù)，如自動檢測、自動和手動響應。1.2.5電源電路系統(tǒng)電源主分機通過12V和5V開關電源電路，具有穩(wěn)定、可靠、高效的電磁輻射特性。開關電源是一種比較新型的電源。其特點包括：(1)優(yōu)點：效率高，重量輕，上升高，功率低，輸出高等優(yōu)點。(2)缺點：但是由于電路在開關狀態(tài)下工作，噪音更大。通過圖1.3可以清楚地知道開關電氣光源的工作原

13、理。如圖所示，電路由開關k(實際電路的晶體管或fet)、更新二極管d、儲能電感l(wèi)、濾波電容器c等組成。開關關閉后，電源通過開關k，電感l(wèi)為負載供電，部分電源存儲在電感l(wèi)和電容器c中。電感l(wèi)的磁感導致開關打開時電流增加得更慢。也就是說輸出不能達到電源電壓值。經(jīng)過一定時間后，電感l(wèi)的磁電感(可以認為電感中的電流起慣性作用)使電路中的電流保持不變，繼續(xù)從左到右流動。此電流通過負載從地線返回，流向速流二極管d的陽極，然后通過二極管d返回電感l(wèi)的左端，形成電路。通過控制開關阻塞和分離時間(PWM脈寬調制)，可以控制輸出電壓。通過檢測輸出電壓，控制開、關時間，使輸出電壓保持相同，達到電壓調節(jié)的目的。關閉開

14、關時，電感存儲能量。開關分離過程中電感會釋放能量，因此電感l(wèi)被稱為儲能電感。二極管d在開關斷開時為電感l(wèi)提供電流路徑，因此二極管d稱為重排二極管。在實際開關電源中，開關k被晶體管或場效應管取代。開關斷開時，電流很小。開關關閉時，電壓小，發(fā)熱功率UI小。圖1.3開關電源第二章系統(tǒng)硬件設計該系統(tǒng)利用單片機的串行傳輸功能，將熱紅外探頭輸出的信號發(fā)送到無線發(fā)射電路，信號高電平時高頻發(fā)射電路工作，發(fā)射433MHz振幅高頻信號，信號低電平高頻發(fā)射電路工作停止時高頻發(fā)射電路完全控制微控制器串行輸出的數(shù)字信號，完成高頻電路的振幅鍵控制(ASK調制)。使用過載報警，高頻信號接收、信號解碼、聲光報警、動態(tài)顯示等功

15、能由單片機實現(xiàn)。(請參見圖2.1查看此系統(tǒng)的主機電路圖，參見圖2.2查看分機線電路)頭發(fā)收下單臺機器單臺機器顯示電源圖2.1主機電路設定頭發(fā)收下單臺機器紅外線1紅外線2電源圖2.2分機頭發(fā)收下單臺機器紅外線1紅外線2電源頭發(fā)收下單臺機器紅外線1紅外線2電源2.1系統(tǒng)主機設計該系統(tǒng)的主機包括高頻發(fā)射模塊、超載波接收模塊、數(shù)字顯示驅動模塊、鍵盤掃描、聲光報警、重置電路等。在待機狀態(tài)下，數(shù)字顯示管道全部顯示為零，聲光報警電路無法工作。老人在預定時間內(nèi)沒有暴露在熱紅外探測器下或暴露太久的時候，警報發(fā)出警報，安裝在小區(qū)保健所的主機收到信號后，響起了信號音，二極管打開的情況下，數(shù)字管顯示呼叫警報的老人所在

16、的地區(qū)單位號碼和房間號碼，根據(jù)工作人員指示的位置及時救助老年人。主機還具有記住最近調用的多組地址號及其調用次數(shù)的功能。單片機中的芯片具有全雙工串行通信接口，可用作通用同步接收和傳感器(UATR)或用作同步移位寄存器。系統(tǒng)設計，UATR是串行操作模式1。當單片機以串行通信方式工作時，串行接收開始從1檢測到0，并且單片機的輸出在非串行通信期間變?yōu)椤?”，因此在發(fā)送電路之前和接收模塊之后均添加一個非網(wǎng)關，以防止發(fā)送電路在非通信期間繼續(xù)處于發(fā)送狀態(tài)，滿足單片機的串行通信要求，從而確保單片機的正常數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號從單片機核心內(nèi)部輸出發(fā)送到反向433MHz高頻發(fā)射電路發(fā)射。使用SAW(聲表面波)諧振腔頻率實現(xiàn)穩(wěn)定性能的此高頻發(fā)射電路可以在不進行任何調試的情況下工作。高頻接收電路容易受到干擾，安裝時要注意。1.在通道入口安裝串行電容。設備可靠性接地；限制過電壓對設備的影響。4.高頻位置停車安裝手繼電器延遲閉合連接；5.在相-相耦合方式下，高頻差分網(wǎng)絡必須穩(wěn)定連接。2.2系