疫情管控隔離人員電子封條遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

第1章緒論在該章節(jié)中的第一部分，對系統(tǒng)的設(shè)計(jì)意義進(jìn)行介紹，第二部分對國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)??況進(jìn)行?敘述，第三部分對該論文的主要研究內(nèi)容進(jìn)行分析，在本章的最后對組成結(jié)構(gòu)進(jìn)行論述。1.1研究目的及意義當(dāng)前，全球新冠肺炎疫情仍在高位運(yùn)行，我國疫情也處于高位運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)也面臨著國外輸入的風(fēng)險(xiǎn)。隨著復(fù)工復(fù)產(chǎn)工作緊張有序開展，大量的外地務(wù)工人員開始回到工作崗位，流動(dòng)人口的變化再一次給疫情管控帶來巨大的壓力。一方面要防止病毒傳播蔓延，另一方面要防止疫情再次出現(xiàn)反彈。這時(shí)，真趣科技提出了一系列針對疫情防控措施和安全管理工作的方案和措施。通過使用電子封條技術(shù)可以有效防止外來人員進(jìn)入社區(qū)，對社區(qū)實(shí)行有效監(jiān)管。電子封條能夠?qū)崿F(xiàn)對隔離人員的精細(xì)化管理和監(jiān)管，為政府在疫情防控中提供了有力的支持和幫助，從而使政府部門能夠更加及時(shí)準(zhǔn)確地掌握疫情狀況。具體來說，電子封條可以實(shí)時(shí)監(jiān)測隔離人員的活動(dòng)和行為，具備精準(zhǔn)預(yù)警和告警能力。一旦出現(xiàn)異常情況，電子封條便會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，同時(shí)將相關(guān)數(shù)據(jù)上傳至云端平臺(tái)，以供政府和疾控部門進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控和管理。此外，電子封條還具備遠(yuǎn)程監(jiān)管的功能，可以讓監(jiān)管人員隨時(shí)了解隔離人員的情況，并在必要時(shí)進(jìn)行干預(yù)和管理，從而防止疫情的擴(kuò)散和傳播。1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀分析在新冠肺炎防控措施中，對密切接觸者的居家隔離，是很重要的一環(huán)。但由于其特殊性，社區(qū)工作人員往往需要投入大量的時(shí)間和精力，進(jìn)行居家隔離的管理。克拉科技推出的CLAA物聯(lián)網(wǎng)無接觸遠(yuǎn)程防疫解決方案中的電子封條，是一款專門為居家隔離而設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。這種電子封條可以幫助政府和疾控中心實(shí)現(xiàn)對隔離人員的遠(yuǎn)程監(jiān)管和管理，從而降低疫情傳播的風(fēng)險(xiǎn)和程度。具體來說，這種電子封條配備了多種傳感器和監(jiān)測裝置，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測隔離人員的活動(dòng)和狀態(tài)，并在有異常情況出現(xiàn)時(shí)及時(shí)發(fā)出警告。同時(shí)，這種電子封條還與云端服務(wù)平臺(tái)相連，可以為政府和疾控中心提供實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)分析和管理，為相關(guān)機(jī)構(gòu)提供科學(xué)的決策支持[1]。電子封條是一種用電子技術(shù)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)封條的技術(shù)，主要優(yōu)勢在于其綜合了多種功能，包括開門提示、觸發(fā)警告和遠(yuǎn)程監(jiān)控等。具體來說，電子封條可以通過傳感器或其他裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測物品的狀態(tài)，并在有異常情況出現(xiàn)時(shí)發(fā)出警告。在傳統(tǒng)的封條中，需要布線，需要人員值守，而電子封條則不同，其設(shè)備成本相對較低，這主要是因?yàn)樗捎昧讼冗M(jìn)的電子技術(shù)，并且制造成本相對較低。此外，電子封條的安裝也相對簡單，只需要一個(gè)相應(yīng)的設(shè)備和一些簡單的安裝步驟即可。因此，電子封條作為一種先進(jìn)的安全保障技術(shù)，其優(yōu)勢在于綜合了多種功能、成本低廉、易于部署和使用，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用和推廣。據(jù)介紹，這一智能管控的實(shí)現(xiàn)，主要得益于克LPWAN（低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)）技術(shù)。國際上對電子封條監(jiān)測系統(tǒng)的研究也很長時(shí)間了。外國學(xué)者DebrodyR,DRuth,LundbergG,etal利用GPS實(shí)時(shí)定位電子封條并研究了一套利用GPS實(shí)時(shí)定位的電子封條監(jiān)測系統(tǒng)。SsrL,XuL,ZhaoP等人創(chuàng)建了一套由磁耦合路徑連接芯片的電子封條監(jiān)測系統(tǒng)。在每個(gè)塊中添加額外的塊結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行分層管理或P2P部署，以適應(yīng)不同的業(yè)務(wù)場景[2]。1.3主要研究內(nèi)容本設(shè)計(jì)基于ZigBee通信技術(shù)，可以達(dá)到上位機(jī)與下位機(jī)實(shí)時(shí)通信的效果，從而實(shí)現(xiàn)對疫情防控一線的管理需求，使用電腦端來實(shí)現(xiàn)監(jiān)控與管理。本設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)了下位機(jī)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸，下位機(jī)的監(jiān)控主要通過ZigBee無線傳輸和上位機(jī)通信兩種方式實(shí)現(xiàn)，前端監(jiān)測采集器由兩部分組成，一部分是采集控制部分，另一部分是數(shù)據(jù)上傳部分。上位機(jī)可以實(shí)時(shí)地顯示出下位機(jī)傳來的信息；數(shù)據(jù)庫用來記錄數(shù)據(jù)：當(dāng)發(fā)生異常信息時(shí)，將下位機(jī)所傳送的數(shù)據(jù)連同時(shí)間一起記錄下來；當(dāng)出現(xiàn)不正常的訊息時(shí)，電腦端警鈴響起，并打開聲光警報(bào)；設(shè)定一段距離的門限；設(shè)定布防和撤防防御方式；用該設(shè)備對人體感應(yīng)、振動(dòng)和超聲波測距等傳感器的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；當(dāng)人們走近時(shí)，燈光開始閃爍，忽明忽暗；當(dāng)有人接近時(shí)，在規(guī)定的距離內(nèi)，震動(dòng)傳感器產(chǎn)生震動(dòng)，并將該震動(dòng)信息作為異常信號(hào)發(fā)送給主機(jī)；設(shè)有聲光報(bào)警器的開/關(guān)，將文本解釋信息顯示在LED屏幕上，在設(shè)備上粘貼包含具體的隔離信息的二維碼，并裝置有一個(gè)設(shè)置布防和撤防按鈕。第2章系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)及開發(fā)工具在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，基于功能結(jié)構(gòu)模塊的設(shè)計(jì)，將會(huì)對每一個(gè)功能模塊的實(shí)現(xiàn)來進(jìn)行詳細(xì)的說明，例如，系統(tǒng)功能模塊的輸入、輸出和處理。并且在設(shè)計(jì)時(shí)，需要使用特定的傳感裝置來進(jìn)行硬件的設(shè)計(jì)，從而來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體的功能。2.1無線通訊技術(shù)無線通信技術(shù)是一種可以通過無線電波、紅外線、激光等傳輸介質(zhì)在無線空間中進(jìn)行通信的技術(shù)。具體來說，無線通信技術(shù)可以分為以下幾類：無線電通信技術(shù)：是利用無線電波進(jìn)行通信的技術(shù)，包括無線電廣播、無線通信、衛(wèi)星通信等。紅外線通信技術(shù)：是利用紅外線進(jìn)行通信的技術(shù)，例如紅外線遙控器、紅外線通信模塊等。激光通信技術(shù)：是利用激光進(jìn)行通信的技術(shù)，主要應(yīng)用于短距離高速傳輸?shù)膱龊希缂す鉁y距、激光通信等。無線通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可以通過無線電波等介質(zhì)在移動(dòng)的狀態(tài)下進(jìn)行通信，具有高度的靈活性和可移動(dòng)性，適用于無線網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信等各種應(yīng)用場景。同時(shí)，無線通信技術(shù)也存在一些挑戰(zhàn)，如頻譜資源不足、信息安全等問題，需要不斷的技術(shù)創(chuàng)新來解決。2.2ZigBee技術(shù)簡介ZigBee是一種基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗、低速率無線通信技術(shù)。它是一種短距離、低功耗的通訊協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)多種設(shè)備之間的無線數(shù)據(jù)傳輸和通訊，具有成本低、功耗低、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、互聯(lián)性強(qiáng)、安全性高等優(yōu)點(diǎn)。ZigBee通信的特點(diǎn)：低速率：ZigBee的速率為數(shù)字16，即250kbps，比傳統(tǒng)的2.4GHz無線標(biāo)準(zhǔn)速率低得多，但可以提高通信強(qiáng)度和通信距離。低功耗：ZigBee通信對電池壽命有很高的要求，因此其功耗非常低，可以實(shí)現(xiàn)長時(shí)間的設(shè)備運(yùn)行。短距離：ZigBee通信適用于局域網(wǎng)和個(gè)人局域網(wǎng)等短距離通信，通信距離一般控制在10-100米之內(nèi)。強(qiáng)互聯(lián)：ZigBee通信具有強(qiáng)大的互聯(lián)性，它可以連接多個(gè)不同類型的設(shè)備，如傳感器、控制器、執(zhí)行器等。易于部署：由于ZigBee的自組建網(wǎng)和協(xié)調(diào)器等技術(shù)，使得它的部署非常容易，同時(shí)可以實(shí)時(shí)監(jiān)控。這樣，ZigBee可以應(yīng)用于家庭自動(dòng)化、工業(yè)自動(dòng)化等場景中。在本設(shè)計(jì)中，上位機(jī)與下位機(jī)由ZigBee技術(shù)通信。其中，上位機(jī)實(shí)現(xiàn)了對系統(tǒng)的接收與顯示和對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)的傳送與收集。首先，單片機(jī)和主機(jī)之間要用串口和USB接口進(jìn)行聯(lián)接，它具備自組網(wǎng)、點(diǎn)對點(diǎn)的功能，可以在不使用人工介入的情況下，進(jìn)行自組網(wǎng)和自組網(wǎng)，并可以在不使用人工介入的情況下，完成之間的自我配置和自我管理。通訊采用UART串口協(xié)議，采用Rx和Tx兩條數(shù)據(jù)線，將PB11和PB10的引腳連在一起，以完成全雙工的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。ZigBee模塊實(shí)際上起到了一個(gè)透傳的作用，發(fā)送端經(jīng)過串口PB11管腳將傳感器數(shù)據(jù)收集到單片機(jī)中，然后經(jīng)過出口PB10管腳傳到ZigBee的RX管腳，兩個(gè)ZigBee模塊進(jìn)行通信，再經(jīng)過串口與上位機(jī)進(jìn)行通信。疫情管控隔離人員電子封條遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)需要長時(shí)間穩(wěn)定地運(yùn)行，因此通信模塊應(yīng)具有低功耗特性，以延長設(shè)備的電池壽命。ZigBee是一種低功耗的無線通信技術(shù)，能夠提供長時(shí)間的無線通信能力。系統(tǒng)中的隔離人員電子封條需要與中心控制器進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。ZigBee可以提供可靠的遠(yuǎn)距離通信，使得隔離人員電子封條能夠與控制中心保持穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸和通信連接。在系統(tǒng)中可能存在多個(gè)隔離人員電子封條設(shè)備，需要能夠同時(shí)連接和管理多個(gè)設(shè)備。ZigBee支持網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)多設(shè)備之間的連接和通信，為系統(tǒng)提供靈活的設(shè)備管理和控制能力。疫情管控系統(tǒng)對通信的可靠性和穩(wěn)定性要求較高。ZigBee采用了信道管理和自動(dòng)路由等機(jī)制，能夠提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸和穩(wěn)定的通信連接，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確傳輸。在疫情管控系統(tǒng)中，隔離人員的安全和隱私是重要考慮因素。ZigBee支持AES-128位加密算法，提供數(shù)據(jù)的安全傳輸和保護(hù)，確保通信過程中的數(shù)據(jù)安全性。疫情管控系統(tǒng)中可能存在多種不同的設(shè)備布局和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)需求。ZigBee支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括星型、網(wǎng)狀和集群等，能夠根據(jù)系統(tǒng)需求靈活配置網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和設(shè)備連接方式。綜上所述，ZigBee作為一種低功耗、遠(yuǎn)距離通信、多設(shè)備連接和安全可靠的無線通信技術(shù)，能夠滿足疫情管控隔離人員電子封條遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的功能需求。它提供了穩(wěn)定的通信連接、多設(shè)備管理、安全數(shù)據(jù)傳輸和靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等功能，為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)提供了可行的解決方案。2.3技術(shù)路線硬件部分需要單片機(jī)STM32C8T6、紅外檢測傳感器、震動(dòng)傳感器、超聲波測距傳感器、蜂鳴器報(bào)警模塊、ZigBee通信模塊；軟件平臺(tái)程序用Keil5；編程語言用C語言；用戶信息顯示查看。2.4單片機(jī)型號(hào)選型STM32是由意法半導(dǎo)體推出的一款微控制器芯片系列，系列包括多種型號(hào)，涵蓋了各種資源豐富的32位MCU系列。它基于ARMCortex-M內(nèi)核設(shè)計(jì)，具有高性能、高可靠性、低功耗和物聯(lián)網(wǎng)等多種特點(diǎn)。STM32系列具有多種不同類型的存儲(chǔ)器、多種接口、多種外設(shè)和多種輸入/輸出選擇，提供了靈活性和多樣性，可應(yīng)用于各種應(yīng)用場景。在工業(yè)控制、汽車控制、家庭自動(dòng)化、安防、醫(yī)療、消費(fèi)電子、機(jī)器人和無人機(jī)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。32型單片機(jī)可直接驅(qū)動(dòng)數(shù)字管進(jìn)行顯示，其外部電路簡單，具有10比特的A/D轉(zhuǎn)換器，能夠達(dá)到較高的準(zhǔn)確度，具備聯(lián)機(jī)調(diào)試和程序設(shè)計(jì)（ISP）的功能。工作電壓低，功率消耗小，其控制單元潛力強(qiáng)勁。在配置1的具體情況下，無論接口電路是高電平還是低電平，都是在高電壓和內(nèi)部電流的具體情況下；當(dāng)設(shè)置為0時(shí)，無論接口電路輸入信號(hào)如何，都是低阻抗?fàn)顟B(tài)。具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)性能，具有25毫安的低電平吸收電流和20毫安的高電平吸收電流，這與51系列相比是一項(xiàng)巨大的優(yōu)勢。2.5系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境本文介紹了一種以STM32C8T6系列單片機(jī)為核心，結(jié)合多種硬件設(shè)備，設(shè)計(jì)一種用于疫情管控隔離人員電子封條的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。2.5.1硬件開發(fā)環(huán)境該系統(tǒng)對硬件設(shè)施的支持是必不可少的。單片機(jī)內(nèi)核卡模塊STM32F103C8T6；所述震動(dòng)式傳感器組件、所述紅外式傳感器組件和所述超聲波式傳感器組件；蜂鳴器，按鍵，發(fā)光二極管，有機(jī)發(fā)光二極管，有機(jī)發(fā)光二極管顯示屏；在多個(gè)硬件之間進(jìn)行排線。2.5.2軟件開發(fā)環(huán)境采用Windows10操作系統(tǒng)；軟件開發(fā)使用KeiluVision5軟件；使用C編程語言，用FlyMcu作為本系統(tǒng)的串行接口，可以下載該系統(tǒng)的程序；網(wǎng)絡(luò)通訊：TCP/IP。2.6系統(tǒng)主要功能模塊疫情管控隔離人員電子封條遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)計(jì)主要包括了震動(dòng)傳感器模塊、紅外傳感器模塊、超聲波傳感器模塊、按鍵模塊、LED燈、OLED顯示屏模塊、蜂鳴器報(bào)警模塊以及單片機(jī)最小系統(tǒng)。2.6.1OLED顯示模塊介紹OLED顯示屏是利用有機(jī)化合物發(fā)光原理的一種平面光源和顯示設(shè)備。OLED具有以下產(chǎn)品特點(diǎn)：良好的對比度和鮮艷的色彩：OLED屏幕具有高對比度和廣泛的色域，能夠提供鮮艷的色彩和清晰的圖像。薄型化設(shè)計(jì)：OLED屏幕由多層膜和薄膜晶體管組成，尺寸小且薄，不會(huì)占用太多空間。能耗低：OLED屏幕的亮度僅在需要時(shí)才會(huì)調(diào)整，因此相比于LCD顯示器，OLED屏幕可以實(shí)現(xiàn)更低的能耗。可彎曲性和透明性：OLED屏幕可實(shí)現(xiàn)柔性和透明設(shè)計(jì)，因此能夠應(yīng)用于更多特定應(yīng)用領(lǐng)域，例如彎曲的顯示設(shè)備和玻璃的創(chuàng)意設(shè)計(jì)。由于OLED屏幕不同于傳統(tǒng)LCD顯示屏需要后光源照明，因此具有更好的對比度和更真實(shí)的色彩。距離顯示：接收到超聲波傳感器收集到的數(shù)據(jù)，利用超聲波發(fā)送和返回的時(shí)間，通過算法計(jì)算出監(jiān)測范圍內(nèi)的物體與設(shè)備之間的距離，并在OLED屏幕上實(shí)時(shí)顯示。震動(dòng)顯示：通過對震動(dòng)傳感器返回的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對數(shù)值的位數(shù)以及進(jìn)制進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將位移距離具顯在屏幕上。人員顯示：通過對紅外傳感器有無返回值進(jìn)行判定，進(jìn)而推斷出監(jiān)測范圍內(nèi)有無人員。模式顯示：系統(tǒng)分為布防和撤防兩種模式，可用按鍵控制也可在系統(tǒng)中控制，在OLED屏幕上顯示當(dāng)前模式。2.6.2震動(dòng)傳感器模塊介紹震動(dòng)檢測傳感器是借助電氣自動(dòng)化改造其中的一部分，再轉(zhuǎn)化為電池動(dòng)力。所以，檢測傳感器的運(yùn)行質(zhì)量和性能由接收電氣自動(dòng)化的主要部件和主要開關(guān)部件的機(jī)械設(shè)計(jì)決定。它的工作原理是基于質(zhì)量受力學(xué)的基本原理，即當(dāng)物體受到外力作用時(shí)，將產(chǎn)生相應(yīng)的加速度，高精度的震動(dòng)傳感器能夠檢測并測量這種加速度變化，從而實(shí)現(xiàn)對震動(dòng)和振動(dòng)信號(hào)的檢測。圖2.1震動(dòng)傳感器模塊2.6.3紅外檢測傳感器模塊介紹HC-SR501屬于紅外線感應(yīng)電氣設(shè)備，特別是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)產(chǎn)品如何從外部電源充電電池供電。由于光線和其它干擾物直接照射到模組的鏡片上，以防止引入干擾性信號(hào)而引起故障，所以在工作環(huán)境中，應(yīng)盡可能避開氣流的影響。在安裝感應(yīng)器時(shí)，應(yīng)讓探頭雙元盡可能與人體?；顒?dòng)的方向保持平行，以確保先后被雙元探頭所感應(yīng)。紅外傳感器是利用探測物性的感應(yīng)器，其工作方式以紅外光為主。紅外，也就是所謂的光，具有折射，反射，散射，吸收，干涉等多種特性。不同于其它的檢測方法，紅外感測器并沒有與被檢體直接接觸，所以沒有摩擦力，并且它的特點(diǎn)是敏感和響應(yīng)迅速。圖2.2人體紅外傳感器實(shí)物圖2.6.4超聲波測距傳感器模塊介紹超聲波測距模塊主要用于監(jiān)控有沒有人靠近該設(shè)備，對設(shè)備安全進(jìn)行的一種防范措施；它包括了控制電路，發(fā)射裝置和接收裝置三個(gè)部分，用一種電致伸縮來制作而成的一款壓電傳感器。超聲波感應(yīng)器是一種測量距離或探測物體位置的設(shè)備，其工作原理基于聲音的傳播和反射。隨著超聲波的傳播，它會(huì)碰撞到測量物體并反彈回來，此時(shí)接收器開始接收反彈的聲波。一旦接收器檢測到反彈聲波，計(jì)時(shí)器就停止計(jì)時(shí)。根據(jù)計(jì)算公式，可以知道探頭和物體之間的距離。超聲波傳感器廣泛應(yīng)用于測距和物體定位等領(lǐng)域，在自動(dòng)測量和控制系統(tǒng)中被廣泛使用。圖2.3超聲波傳感器實(shí)物圖2.6.5蜂鳴器報(bào)警模塊介紹蜂鳴器報(bào)警模塊是一種常用的電子報(bào)警裝置，包括蜂鳴器、振蕩器、放大器、驅(qū)動(dòng)電路等，通常情況下，蜂鳴器有兩個(gè)引腳，一個(gè)用于正極，一個(gè)用于負(fù)極。蜂鳴器的工作原理是：當(dāng)直流電源的正、負(fù)極分別與揚(yáng)聲器的三個(gè)極相并聯(lián)，即給揚(yáng)聲器提供電源，在此過程中，使揚(yáng)聲器工作在直流諧振狀態(tài)下，即由電源產(chǎn)生振蕩信號(hào)。當(dāng)有電流流過揚(yáng)聲器時(shí)，會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)而發(fā)聲。蜂鳴器按工作頻率分為：低頻、中頻、高頻蜂鳴器；按發(fā)音方式分為：有刷式和無刷式；按是否需要聲音的反饋可分為：有源式和無源式。續(xù)流二極管有續(xù)流作用，它的功能是當(dāng)電路中電感線圈斷電時(shí)，其兩端的電動(dòng)勢并不會(huì)立即消失。續(xù)流二極管與普通二極管不同之處在于，續(xù)流二極管的續(xù)流電流可以是直流，也可以是交流，即在一個(gè)電路中，可使用一只續(xù)流二極管來控制，也可使用兩只或多只續(xù)流二極管，續(xù)流二極管主要應(yīng)用在直流電路中用來提供直流電源。濾波電容：它的功能就是過濾，過濾掉蜂鳴電流對其它部件產(chǎn)生的干擾。在實(shí)際的電子產(chǎn)品中，為了提高電源的交流阻抗，可以采用電容來做濾波。第3章系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)3.1總體方案設(shè)計(jì)第一步：在圖書館里，在網(wǎng)上，找到自己想要的資料，要到各種硬件設(shè)備的資料，其中有STM32芯片的資料，有傳感器模塊的資料，也有傳感器模塊的資料，還有各種型號(hào)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。第二步：對系統(tǒng)中的各模塊進(jìn)行定位，明確各模塊間的相互關(guān)系，并搜集相應(yīng)的軟件、硬件數(shù)據(jù)。第三步：對主題進(jìn)行了規(guī)劃，確定了系統(tǒng)的構(gòu)成，勾勒出了系統(tǒng)的總體架構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上給出了系統(tǒng)的原理框圖。第四步：在此基礎(chǔ)上，通過使用軟件來實(shí)現(xiàn)硬件電路的設(shè)計(jì)，并以電路圖的形式呈現(xiàn)出各個(gè)部分的設(shè)計(jì)，并對每個(gè)模塊的電路圖進(jìn)行了繪制。第五步：在系統(tǒng)控制流程指導(dǎo)下，完成軟件設(shè)計(jì)，并畫出了系統(tǒng)的主要流程。3.2功能需求分析功能需求分析是來評估各項(xiàng)功能需求的實(shí)現(xiàn)難度、優(yōu)先級(jí)和合理性，從而為后續(xù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)提供基礎(chǔ)。在進(jìn)行系統(tǒng)功能分析時(shí)，需要全面考慮需求分析、技術(shù)分析、任務(wù)分析等多個(gè)方面。同時(shí)，在分析過程中應(yīng)該注重實(shí)際，以保證系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定、可靠?？傊?，系統(tǒng)功能分析是系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是確保系統(tǒng)能夠滿足用戶需求的基石，只有對系統(tǒng)功能進(jìn)行全面的分析，才能為后續(xù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)?；赟TM32單片機(jī)的疫情管控隔離人員電子封條遠(yuǎn)程監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)分析，??基于現(xiàn)有的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件系統(tǒng)功能均可實(shí)現(xiàn)，將整個(gè)系統(tǒng)劃分為兩個(gè)功能模塊進(jìn)行分析，使得可以精確地分析系統(tǒng)，并為后續(xù)的工作開展便利。3.3預(yù)期結(jié)果本設(shè)計(jì)采用了STM32F103C8T6單片機(jī)技術(shù)，結(jié)合電子封條和遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對疫情管控隔離人員的監(jiān)管?；趯σ咔榉揽匾痪€的管理需求，系統(tǒng)由前端監(jiān)測采集器和后臺(tái)數(shù)據(jù)分析處理系統(tǒng)組成。完成了以下功能：采用ZigBee技術(shù)來通信；上位機(jī)是PC端，采用ZigBee與下位機(jī)來通信；上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示信息；用數(shù)據(jù)庫來記錄相關(guān)數(shù)據(jù)：當(dāng)發(fā)生了異常的情況時(shí)，將下位機(jī)所傳送的數(shù)據(jù)連同時(shí)間一起記錄下來；當(dāng)出現(xiàn)不正常的訊息時(shí)，移動(dòng)端警鈴響起，并打開聲光警報(bào)；設(shè)定一段距離的門限；設(shè)定布防和撤防防御方式；用該設(shè)備對人體感應(yīng)、振動(dòng)和超聲波測距等傳感器的信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；當(dāng)人們走近時(shí)，燈光開始閃爍，忽明忽暗；當(dāng)有人接近時(shí)，在規(guī)定的距離內(nèi)，震動(dòng)傳感器產(chǎn)生震動(dòng)，并將該震動(dòng)信息作為異常信號(hào)發(fā)送給主機(jī)；聲光報(bào)警器的開/關(guān)；將文本解釋信息顯示在LED屏幕上；在設(shè)備上粘貼包含具體的隔離信息的二維碼；設(shè)備上設(shè)置一個(gè)布防和撤防按鈕。STM32單片機(jī)紅外檢測傳感器超聲波測距傳感器震動(dòng)傳感器傳感器OLED顯示模塊Zigbee子節(jié)點(diǎn)PC端上位機(jī)STM32單片機(jī)紅外檢測傳感器超聲波測距傳感器震動(dòng)傳感器傳感器OLED顯示模塊Zigbee子節(jié)點(diǎn)PC端上位機(jī)蜂鳴器模塊指示燈光圖3.1系統(tǒng)整體架構(gòu)圖3.5系統(tǒng)下位機(jī)架構(gòu)圖本系統(tǒng)預(yù)設(shè)與門禁所結(jié)合使用，具有超強(qiáng)的結(jié)合性和實(shí)用性。主要實(shí)現(xiàn)五種功能：首先該系統(tǒng)分為兩種模式：布防和撤防，布防為監(jiān)管模式，撤防為正常模式，通過系統(tǒng)按鍵和系統(tǒng)可控；上位機(jī)與下位機(jī)通過ZigBee技術(shù)進(jìn)行通信；監(jiān)測有無人員靠近，通過紅外傳感器的返回狀態(tài)，進(jìn)行判定；測距功能，通過超聲波反饋判定人員距離，當(dāng)距離值小于給定范圍時(shí)，判定有人私自外出，可傳遞蜂鳴器報(bào)警，并傳輸數(shù)據(jù)終端提醒；最后，為了防止該設(shè)備被強(qiáng)制破壞，加裝了震動(dòng)感應(yīng)，當(dāng)范圍達(dá)到給定數(shù)值蜂鳴器自動(dòng)報(bào)警，并發(fā)送到上位機(jī)提醒監(jiān)管。下位機(jī)功能ZigBee下位機(jī)功能ZigBee通信模塊超聲波測距傳感器模塊紅外檢測傳感器模塊震動(dòng)傳感器模塊ZigBee通信功能蜂鳴器報(bào)警模塊超聲波測距功能紅外檢測功能震動(dòng)檢測功能蜂鳴器報(bào)警功能圖3.2下位機(jī)架構(gòu)圖3.6系統(tǒng)上位機(jī)架構(gòu)圖疫情管控隔離人員電子封條遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是為了有效管控疫情隔離人員而設(shè)計(jì)的一種技術(shù)手段。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念是基于電子封條技術(shù)、封條設(shè)備、通信模塊、服務(wù)器和應(yīng)用程序進(jìn)行構(gòu)建。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)，下位機(jī)和上位機(jī)通過ZigBee技術(shù)來進(jìn)行通信，上位機(jī)是電腦PC端，在QT平臺(tái)上面顯示下位機(jī)發(fā)送過來的信息，可以進(jìn)行布防撤防，設(shè)置閾值，查詢以往的測試數(shù)據(jù)等。紅串口通信功能紅串口通信功能布防功能撤防功能設(shè)置閾值功能上位機(jī)功能布查詢數(shù)據(jù)功能圖3.3上位機(jī)架構(gòu)圖第4章硬件系統(tǒng)部分4.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)開始初始化是否進(jìn)入布防狀態(tài)OLED顯示數(shù)值OLED顯示數(shù)值距離檢測超出閾值值報(bào)警結(jié)束震動(dòng)檢測人體檢測該疫情管控隔離人員電子封條遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，全部硬件開發(fā)主要包含震動(dòng)傳感器、紅外傳感器、超聲波傳感器、按鍵、LED開始初始化是否進(jìn)入布防狀態(tài)OLED顯示數(shù)值OLED顯示數(shù)值距離檢測超出閾值值報(bào)警結(jié)束震動(dòng)檢測人體檢測NY圖4.1主流程圖NY4.2單片機(jī)與ZigBee技術(shù)通信下位機(jī)設(shè)備中，STM32單片機(jī)與ZigBee技術(shù)之間通過串口通信進(jìn)行通信。STM32單片機(jī)通過串口將數(shù)據(jù)發(fā)送給ZigBee模塊，ZigBee模塊接收到數(shù)據(jù)后進(jìn)行無線傳輸，接收方ZigBee模塊再將數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給其他單片機(jī)或者計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。STM32單片機(jī)與ZigBee模塊通過串口連接，單片機(jī)將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給ZigBee模塊，ZigBee模塊接收到數(shù)據(jù)后，進(jìn)行編碼和無線傳輸。接收方ZigBee模塊接收到數(shù)據(jù)后，進(jìn)行解碼并通過串口將數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)PC端進(jìn)行處理。STM32單片機(jī)和ZigBee模塊在進(jìn)行通信時(shí)需要設(shè)置一致的波特率，數(shù)據(jù)格式等參數(shù)，還需要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行數(shù)據(jù)格式的設(shè)計(jì)和協(xié)議的制定，以保證通信的可靠性和效率。4.3震動(dòng)傳感器功能模塊設(shè)計(jì)震動(dòng)傳感器通常具有三個(gè)引腳，包括正極、負(fù)極和信號(hào)引腳。正極和負(fù)極是用來連接電源的，信號(hào)引腳用來輸出傳感器所捕捉到的震動(dòng)信號(hào)。具體而言，震動(dòng)傳感器引腳的設(shè)計(jì)如下：正極引腳：震動(dòng)傳感器的正極引腳通常標(biāo)記為“+”或“VCC”，用于連接供電電源，一般為3.3V或5V電壓。負(fù)極引腳：震動(dòng)傳感器的負(fù)極引腳通常標(biāo)記為“-”或“GND”，用于連接電源的接地。信號(hào)引腳：震動(dòng)傳感器的信號(hào)引腳通常標(biāo)記為“S”或“OUT”，用于輸出傳感器所捕捉到的震動(dòng)信號(hào)，一般是模擬信號(hào)，其電壓值與震動(dòng)強(qiáng)度成正比。其中，本設(shè)計(jì)中震動(dòng)傳感器的VCC引腳接單片機(jī)+5V電源，GND引腳接單片機(jī)的GND引腳，AO引腳接單片機(jī)的PA1引腳，通過簡單的電路連接就可以實(shí)現(xiàn)震動(dòng)信號(hào)的檢測。設(shè)計(jì)的震動(dòng)傳感器模塊流程圖如下，YYN開始傳感器初始化傳感器采集信息報(bào)警是否有震動(dòng)結(jié)束圖4.2震動(dòng)傳感器流程圖4.4紅外傳感器功能模塊設(shè)計(jì)紅外傳感器通常有兩個(gè)引腳，一個(gè)是VCC和一個(gè)是GND，以及一個(gè)信號(hào)輸出引腳，用于輸出傳感器所捕捉到的紅外信號(hào)。具體而言，紅外傳感器引腳的設(shè)計(jì)如下：VCC引腳：紅外傳感器的VCC（正極）引腳通常標(biāo)有“+”或者“VCC”字樣，用于連接電源正極，一般是5V電壓。GND引腳：紅外傳感器的GND（負(fù)極）引腳通常標(biāo)有“-”或者“GND”字樣，用于連接電源負(fù)極信號(hào)輸出引腳：紅外傳感器的信號(hào)輸出引腳通常標(biāo)有“S”或者“OUT”字樣，用于輸出紅外傳感器所捕捉到的信號(hào)，其中信號(hào)引腳一般是數(shù)字信號(hào)或者模擬信號(hào)。本設(shè)計(jì)采用紅外傳感器來檢測有無人員靠近，紅外檢測傳感器上的VCC引腳接單片機(jī)+3.3V電源，GND引腳接單片機(jī)的GND引腳，OUT引腳接單片機(jī)的PA11引腳，通過IIC協(xié)議傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)上進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換等處理，處理過后再通過IIC協(xié)議將數(shù)據(jù)在OLED屏幕顯示，同時(shí)通過串口ZigBee通信將數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)，當(dāng)檢測到有人員靠近信號(hào)時(shí)，電路板上指示燈會(huì)閃爍，通過電路連接就可以實(shí)現(xiàn)有無人員的檢測。設(shè)計(jì)的紅外傳感器模塊流程圖如下，YNYN開始傳感器初始化傳感器采集信息報(bào)警是否有人體接近結(jié)束4.5超聲波傳感器功能模塊設(shè)計(jì)超聲波測距傳感器一般有四個(gè)引腳，分別是VCC、GND、Trig、Echo。具體而言，超聲波測距傳感器引腳的設(shè)計(jì)如下：VCC引腳：超聲波測距傳感器的VCC（正極）引腳通常標(biāo)有“+”或者“VCC”字樣，用于連接電源正極，一般是5V電壓。GND引腳：超聲波測距傳感器的GND（負(fù)極）引腳通常標(biāo)有“-”或者“GND”字樣，用于連接電源負(fù)極。Trig引腳：超聲波測距傳感器的Trig引腳是一個(gè)數(shù)字輸入引腳，用于啟動(dòng)一個(gè)新的測距周期，一般為高電平觸發(fā)，通常需要1us拉低脈沖。Echo引腳：超聲波測距傳感器的Echo引腳是一個(gè)數(shù)字輸出引腳，用于輸出傳感器測量到的聲波信號(hào)發(fā)射和反射之間的時(shí)間差，一般為高電壓輸出，輸出的電平高度與距離成正比。其中，超聲波測距傳感器的VCC引腳接單片機(jī)的+3.3V電源，GND引腳接單片機(jī)的GND引腳，Trig引腳接單片機(jī)的PB12引腳，Echo引腳接單片機(jī)的PB14引腳，通過電路連接就可以實(shí)現(xiàn)對人員距離的檢測。設(shè)計(jì)的超聲波傳感器流程圖如下，NYNY開始傳感器初始化傳感器采集信息報(bào)警是否有物體結(jié)束超聲波測距傳感器的代碼示例如下：voidConut(void) {time=TH0*256+TL0; TH0=0; TL0=0; S=(time*1.7)/100;//算出來是CM if((S>=700)||flag==1)//超出測量范圍顯示 { 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; } }開始單片機(jī)初始化顯示屏初始化顯示屏清屏顯示屏顯示結(jié)束4.開始單片機(jī)初始化顯示屏初始化顯示屏清屏顯示屏顯示結(jié)束圖4.5OLED顯示功能模塊流程圖本設(shè)計(jì)中，OLED顯示模塊有四個(gè)外部引腳：VCC引腳、GND引腳、SCL引腳、SDA引腳，VCC和GND作為供電引腳，起到為OLED顯示模塊提供電源的作用，分別接入STM32F103C8T6單片機(jī)的VCC引腳和GND引腳；SCL為時(shí)序信號(hào)引腳；SDA為數(shù)據(jù)傳輸引腳，傳輸需要顯示的字符信息。4.7Keil5軟件開發(fā)及步驟Keil是一款由英國KeilSoftware公司開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具，主要用于嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的軟件開發(fā)。它提供了一套完整的開發(fā)環(huán)境，包括編譯器、調(diào)試器、仿真器和IDE等。Keil開發(fā)工具支持多種微控制器，包括ARM、8051、C166、C251和ST10等。Keil提供的編譯器可以將C語言、C++和匯編語言程序轉(zhuǎn)換為可執(zhí)行的機(jī)器碼，生成可供微控制器處理的可執(zhí)行文件。Keil的調(diào)試器和仿真器可以幫助開發(fā)者在微控制器系統(tǒng)中進(jìn)行調(diào)試和測試，包括斷點(diǎn)調(diào)試、單步執(zhí)行、寄存器查看、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測等功能。Keil的IDE（集成開發(fā)環(huán)境）提供了友好的用戶界面和多種輔助功能，包括代碼自動(dòng)補(bǔ)全、代碼高亮、代碼注釋等，方便用戶進(jìn)行開發(fā)調(diào)試工作。Keil還提供了一些開源的樣例代碼和庫文件，用戶可以借鑒和使用。Keil軟件的靈活性和易用性使它成為嵌入式系統(tǒng)開發(fā)領(lǐng)域的熱門工具之一。Keil5軟件開發(fā)主要需要以下步驟：安裝Keil5開發(fā)環(huán)境：從官方網(wǎng)站下載Keil5開發(fā)環(huán)境安裝包，完成安裝并配置開發(fā)環(huán)境。創(chuàng)建項(xiàng)目和工程：打開Keil5開發(fā)環(huán)境，創(chuàng)建一個(gè)新的項(xiàng)目，需要選擇使用的處理器類型、外設(shè)等參數(shù)，然后創(chuàng)建項(xiàng)目工程。編寫代碼：在新建的工程文件夾下找到代碼文件，在Keil5集成的代碼編輯器中編寫代碼?？梢允褂肅語言、匯編語言或其他支持的語言編寫代碼。編譯代碼：在Keil5開發(fā)環(huán)境中，使用Keil5集成的編譯器可以將代碼編譯成二進(jìn)制可執(zhí)行文件，生成可執(zhí)行文件需要先通過編譯器進(jìn)行編譯，然后使用鏈接器鏈接成可執(zhí)行文件。調(diào)試代碼：Keil5提供了調(diào)試器和仿真器等調(diào)試工具。使用這些工具可以在開發(fā)過程中調(diào)試代碼，查找和修改錯(cuò)誤。圖4.6Keil軟件界面圖燒錄程序：將編譯生成的可執(zhí)行文件燒錄到目標(biāo)設(shè)備的存儲(chǔ)器中，實(shí)現(xiàn)程序的運(yùn)行。圖4.6Keil軟件界面圖第5章軟件系統(tǒng)部分5.1QT平臺(tái)與ZigBee技術(shù)通信本設(shè)計(jì)中，上位機(jī)采用QT平臺(tái)界面設(shè)計(jì)，QT平臺(tái)與ZigBee技術(shù)之間的通信，采用串口通信的方式進(jìn)行。通過QT的串口類，打開串口，并設(shè)置串口的波特率、數(shù)據(jù)位、停止位等參數(shù)，把需要發(fā)送的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給ZigBee模塊，等待ZigBee模塊接收并進(jìn)行無線傳輸，當(dāng)接收到ZigBee模塊傳輸回來的數(shù)據(jù)時(shí)，通過QT的串口類，接收數(shù)據(jù)，通過對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，獲得需要的信息進(jìn)行后續(xù)處理。在進(jìn)行QT平臺(tái)與ZigBee技術(shù)通信時(shí)，需要對串口通信進(jìn)行設(shè)置和調(diào)試，還需要根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行數(shù)據(jù)格式和協(xié)議的設(shè)計(jì)，以保證通信的穩(wěn)定性和效率。5.2QT平臺(tái)設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)的上位機(jī)界面設(shè)計(jì)中，采用了QT界面設(shè)計(jì)，QT界面包括用戶登錄界面、主界面，主界面包含串口設(shè)置、數(shù)據(jù)顯示、設(shè)置閾值。其中，串口設(shè)置中包含：開串口、關(guān)串口、選擇串口和選擇波特率功能；數(shù)據(jù)顯示包括采集到的距離信息、有無人員信息、震動(dòng)信息等數(shù)據(jù)將實(shí)時(shí)顯示到界面中；同時(shí)，可以根據(jù)需求設(shè)置閾值來進(jìn)行相應(yīng)的操控；數(shù)據(jù)處理程序負(fù)責(zé)將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，根據(jù)設(shè)定的閾值會(huì)觸發(fā)警告。QT平臺(tái)界面是一個(gè)跨平臺(tái)的應(yīng)用程序開發(fā)框架，最初由Trolltech公司開發(fā)，現(xiàn)在由TheQtCompany進(jìn)行維護(hù)和發(fā)展。QT平臺(tái)提供給開發(fā)人員一個(gè)完整的工具集，可用于創(chuàng)建跨平臺(tái)的應(yīng)用程序。開發(fā)人員可以使用C++和QML語言組合開發(fā)應(yīng)用程序。QT平臺(tái)提供了一些預(yù)定義的類和函數(shù)，以便開發(fā)人員可以輕松地創(chuàng)建出現(xiàn)在任何操作系統(tǒng)和硬件平臺(tái)上的應(yīng)用程序。QT平臺(tái)包括以下主要組件：QT核心庫：提供QT平臺(tái)的核心功能，如數(shù)據(jù)類型、事件處理、文件I/O和網(wǎng)絡(luò)支持。QTGUI模塊：包括各種界面元素（如按鈕、標(biāo)簽、滾動(dòng)條等）和用戶界面開發(fā)工具，如QTDesigner。QTQuick模塊：提供了一種方式，使用QML語言描述UI界面，可以輕松地創(chuàng)建跨平臺(tái)的、高性能的、流暢的移動(dòng)應(yīng)用程序。QT網(wǎng)絡(luò)模塊：提供了網(wǎng)絡(luò)通信的支持，包括客戶端和服務(wù)器端。QT數(shù)據(jù)庫模塊：提供對關(guān)系型數(shù)據(jù)庫（如MySQL和Oracle）的訪問支持。QT平臺(tái)的主要優(yōu)點(diǎn)是跨平臺(tái)和高性能。QT應(yīng)用程序能夠在多個(gè)操作系統(tǒng)（例如Windows、macOS和Linux）上運(yùn)行，不需要進(jìn)行任何修改。QT平臺(tái)的高性能得益于其開始系統(tǒng)初始化開始系統(tǒng)初始化用戶登錄數(shù)據(jù)分析與處理數(shù)據(jù)顯示與儲(chǔ)存結(jié)束5.3QT平臺(tái)連接Sqlite數(shù)據(jù)庫SQLite是一款輕量級(jí)嵌入式關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，它的設(shè)計(jì)原則是在資源有限的設(shè)備上提供快速、高效、可靠和安全的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式。SQLite采用客戶端-服務(wù)器方式，通過在單個(gè)本地文件中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，提供了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)管理功能，隨著其普及，現(xiàn)已成為移動(dòng)應(yīng)用、桌面應(yīng)用和Web應(yīng)用的主流數(shù)據(jù)庫之一。SQLite的主要功能和特點(diǎn)包括：開源免費(fèi)：SQLite以BSD授權(quán)的形式開源，可免費(fèi)使用和分發(fā)。嵌入式：SQLite的核心功能全部存儲(chǔ)在單個(gè)本地文件中，使用者不必處理數(shù)據(jù)庫的管理，只需要在應(yīng)用程序中調(diào)用SQLite函數(shù)即可完成數(shù)據(jù)庫讀寫操作。輕量級(jí)高效：SQLite的核心代碼十分精簡，雖然沒有其他后端數(shù)據(jù)庫那么強(qiáng)大，但它獲得了獨(dú)特的優(yōu)勢：體積小、運(yùn)行快?？缙脚_(tái)性：SQLite支持多種編程語言和操作系統(tǒng)平臺(tái)，包括Windows、Linux、macOS、Android、iOS等。支持事務(wù)和校驗(yàn)：SQLite支持ACID事務(wù)，具有高度的數(shù)據(jù)一致性，并提供了完整性校驗(yàn)機(jī)制，保證數(shù)據(jù)管理的可靠性。支持SQL語言：SQLite通過SQL語言來進(jìn)行數(shù)據(jù)管理操作，支持SQL92標(biāo)準(zhǔn)以及大多數(shù)SQL99擴(kuò)展，可用于復(fù)雜的數(shù)據(jù)查詢和分析需求。其中，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用的數(shù)據(jù)庫軟件是SQLite，SQLite和其他關(guān)系型數(shù)據(jù)庫不同的是，SQLite并不是一個(gè)獨(dú)立的進(jìn)程，它可以直接嵌入到應(yīng)用程序中，然后將SQLite的庫文件嵌入到應(yīng)用程序中。在Qt中，使用QSqlDatabase類和相關(guān)子類來連接SQLite數(shù)據(jù)庫，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀、寫和操作。QT連接SQLite數(shù)據(jù)庫的代碼示例，如下：QSqlDatabaseDB;//創(chuàng)建一個(gè)數(shù)據(jù)庫的文件//加載數(shù)據(jù)庫的文件QStringaFile="/dataBase.db";if(aFile.isEmpty()){qDebug()<<"數(shù)據(jù)庫文件加載失敗";return;}//打開數(shù)據(jù)庫DB=QSqlDatabase::addDatabase("QSQLITE");//創(chuàng)建QSQLITE數(shù)據(jù)庫連接DB.setDatabaseName(aFile);//數(shù)據(jù)庫名if(!DB.open()){//沒有數(shù)據(jù)庫文件則創(chuàng)建文件qDebug()<<"數(shù)據(jù)庫文件打開失敗";qDebug()<<DB.lastError().text();//輸出錯(cuò)誤信息}qDebug()<<"打開數(shù)據(jù)庫文件成功";//插入數(shù)據(jù)QStringqs=QString("insertintouser(account,password)values('%1','%2')").arg(account).arg(password);if(query.exec(qs))//如果插入成功{//消息對話框（警告，提示，錯(cuò)誤...）QMessageBox::information(this,"注冊","注冊成功");}else{QMessageBox::information(this,"注冊","注冊失敗");qDebug()<<query.lastError().text();//輸出錯(cuò)誤信息}//查看數(shù)據(jù)庫中有的表格的名字qDebug()<<"查看數(shù)據(jù)庫中所有的表:";QStringListstr_table=DB.tables();qDebug()<<str_table;//查詢數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)qDebug()<<"查看數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)";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);//關(guān)閉數(shù)據(jù)庫5.4本章小結(jié)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要的任務(wù)，軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)方面應(yīng)該考慮到系統(tǒng)的可伸縮性和可擴(kuò)展性，以支持未來的增長和需求變更，同時(shí)也需要考慮到系統(tǒng)的性能和安全性。模塊化設(shè)計(jì)可以提高代碼的重用性和可維護(hù)性，使系統(tǒng)更易于開發(fā)和維護(hù)。在接口設(shè)計(jì)中，應(yīng)該清晰地定義各個(gè)組件之間的交互方式，以確保不同模塊之間的數(shù)據(jù)傳遞和功能調(diào)用的正確性和穩(wěn)定性。在測試和驗(yàn)證中，我們應(yīng)該制定清晰、具體的測試計(jì)劃，以確保系統(tǒng)的正確性和可靠性。總之，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜且需要經(jīng)驗(yàn)和技能的任務(wù)。針對不同的需求和場景，我們應(yīng)該制定具有實(shí)際可行性的設(shè)計(jì)方案，并認(rèn)真執(zhí)行，在不斷的調(diào)整和優(yōu)化中不斷改進(jìn)系統(tǒng)。第6章軟件調(diào)試與測試6.1軟件調(diào)試Protues是現(xiàn)階段仿真單片機(jī)設(shè)計(jì)和外部器件的最佳專用工具。本項(xiàng)目的軟件調(diào)試是使用KeiluVision5集成開發(fā)工具對STM32進(jìn)行調(diào)試和仿真，將我們項(xiàng)目中編寫的代碼一步到位運(yùn)行。STM32調(diào)試需要在板子上焊接調(diào)試接頭，連接單步J-link或ST-link調(diào)試方式，PC端需要安裝相應(yīng)的調(diào)試驅(qū)動(dòng)程序。裸盤調(diào)試的方法很多，最常用的有：光照法、串口打?。╬rintf）、模擬調(diào)試斷點(diǎn)調(diào)試法（J-Link或ST-Link）。通俗地講，點(diǎn)燈方式是利用焊在單片機(jī)開發(fā)板上的LED燈進(jìn)行糾錯(cuò)。配置好燈對應(yīng)的管腳后，在需要調(diào)試的代碼中加入燈的程序語句。密切注意燈亮了多少次，燈滅了多少次，或者某些程序有問題時(shí)燈不閃，就可以找出是哪個(gè)代碼錯(cuò)了。串口打?。号渲肧TM32串口部分正常工作，然后運(yùn)行PC串口調(diào)試工具應(yīng)用程序，將調(diào)試信息打印到待調(diào)試程序的串口。如果出現(xiàn)程序錯(cuò)誤，大多數(shù)情況下不會(huì)打印數(shù)據(jù)，可能會(huì)出現(xiàn)未知錯(cuò)誤。仿真器調(diào)試，使用硬件調(diào)試器和MDK軟件相結(jié)合的方式來終止程序，程序會(huì)自動(dòng)停在斷點(diǎn)處，然后調(diào)試器可以一步步觀察數(shù)據(jù)值的變化，然后進(jìn)行調(diào)試。6.2測試目的對軟件進(jìn)行測試是想要尋找并解決系統(tǒng)中的一些未知缺陷，提前在測試階段發(fā)現(xiàn)問題，才可讓系統(tǒng)、軟件質(zhì)量更高。實(shí)際上，測試一個(gè)軟件也是對一個(gè)軟件破壞的過程，發(fā)現(xiàn)了更多的錯(cuò)誤，并不代表軟件的正確功能有問題。6.3測試注意事項(xiàng)第一，測試需要根據(jù)系統(tǒng)的需求來進(jìn)行。第二，測試應(yīng)該提前一段時(shí)間進(jìn)行。第三，在撰寫測試的案例過程中，要考慮全面，包括一些極端的角度，如特殊值、限制值等等情況。第四，使用的測試案例要有合理的輸入，還應(yīng)該有不合理的輸入條件，對于測試的聚集效應(yīng)要特別留意。6.4系統(tǒng)實(shí)物圖從實(shí)物圖中，可以看到本系統(tǒng)主要是使用STM32C8T6為主控芯片，有OLED顯示屏以及4個(gè)按鍵，其中包含聲光報(bào)警按鍵和布防撤防按鍵，使用ZIGBEE通信模塊、震動(dòng)傳感器模塊、超聲波測距模塊、紅外傳感器模塊、蜂鳴器模塊。為了驗(yàn)證系統(tǒng)完成后的功能是否達(dá)到了預(yù)計(jì)的功能，需要進(jìn)行加電測試，對本設(shè)計(jì)中的功能逐個(gè)排查。圖6.1系統(tǒng)完整實(shí)物圖6.5紅外傳感器功能測試在本設(shè)計(jì)中，采用紅外傳感器，在布防狀態(tài)下，檢測有無人員靠近，如果有人靠近，并且在所設(shè)的距離閾值范圍內(nèi)靠近，那么OLED顯示屏上就會(huì)顯示有人，同時(shí)左上角的燈光會(huì)閃爍。圖6.2紅外傳感器數(shù)值采集測試6.6超聲波測距傳感器功能測試在本設(shè)計(jì)中，采用超聲波測距傳感器，在布防狀態(tài)下，檢測人員靠近的距離，如果人員靠近的距離，小于所設(shè)的距離閾值范圍，那么OLED顯示屏上就會(huì)顯示有人和距離值。圖6.3超聲波測距傳感器數(shù)值采集測試6.7震動(dòng)傳感器功能測試在本設(shè)計(jì)中，采用震動(dòng)傳感器，檢測是否有人破壞電子封條設(shè)備，震動(dòng)的程度在所設(shè)的震動(dòng)閾值范圍內(nèi)，OLED顯示屏上會(huì)顯示震動(dòng)數(shù)值。圖6.4震動(dòng)傳感器數(shù)值采集測試6.8OLED顯示屏功能測試OLED屏幕能夠顯示距離信息、震動(dòng)信息、有無人員情況以及模式信息等，如下圖所示。圖6.5OLED顯示功能測試6.9測試結(jié)果在測試過程中，本設(shè)計(jì)的所有功能基本上都能實(shí)現(xiàn)，在布防和聲光報(bào)警器開啟的狀態(tài)下，采用震動(dòng)傳感器，檢測是否有人破壞電子封條，如果有人靠近，并且靠近距離小于所設(shè)的距離閾值，下位機(jī)燈光會(huì)閃爍，OLED顯示屏上會(huì)顯示有人和距離值，上位機(jī)會(huì)出現(xiàn)異常信息的彈窗，顯示距離近，同時(shí)觸發(fā)聲光報(bào)警功能。圖6.6測試結(jié)果顯示圖6.10本章小結(jié)系統(tǒng)測試是一項(xiàng)非常重要的任務(wù)，測試計(jì)劃應(yīng)該包括具體的測試范圍、測試目標(biāo)、測試時(shí)間表和測試報(bào)告的撰寫等內(nèi)容。在測試過程中，應(yīng)該及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修復(fù)問題，并根據(jù)問題的性質(zhì)和嚴(yán)重程度進(jìn)行優(yōu)先級(jí)排序和處理。在測試報(bào)告中，應(yīng)該準(zhǔn)確記錄測試情況和測試結(jié)果，并描述各項(xiàng)指標(biāo)的達(dá)成情況，以及未達(dá)成目標(biāo)的原因和解決方案。在測試完成后，可以進(jìn)行真實(shí)環(huán)境下的模擬測試，以確保系統(tǒng)能夠在實(shí)際應(yīng)用場景下正常運(yùn)行。總之，系統(tǒng)測試是一項(xiàng)需要注重細(xì)節(jié)和全面性的任務(wù)，并在測試過程中嚴(yán)格按照計(jì)劃進(jìn)行測試，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問題，并記錄測試過程和結(jié)果。通過系統(tǒng)測試，我們能夠更好地保證系統(tǒng)的質(zhì)量和穩(wěn)定性，確保其可以穩(wěn)定、可靠地運(yùn)行。第7章總結(jié)與展望本章讓我對整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)有了深刻的了解，并深入理解了相關(guān)軟硬件開發(fā)技術(shù)，還了解了系統(tǒng)各功能模塊之間的關(guān)系，讓我受益匪淺。7.1總結(jié)本次設(shè)計(jì)不僅僅是硬件電路設(shè)計(jì)和編程的過程，更重要的是對實(shí)際問題的分析和設(shè)計(jì)階段的努力。首先，通過查閱文獻(xiàn)獲取研究資料，初步設(shè)想系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能和系統(tǒng)設(shè)計(jì)涉及的相關(guān)內(nèi)容所采用的技術(shù)，收集相關(guān)資料作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的素材。其中，針對系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要的內(nèi)容，初步設(shè)計(jì)系統(tǒng)所使用的功能和技術(shù)，收集必要的信息作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的素材，分析與綜合，抽象與概括，深入理解相關(guān)軟硬件開發(fā)技術(shù)，了解系統(tǒng)各功能模塊之間的關(guān)系，管理系統(tǒng)的運(yùn)行原理和核心，確定開發(fā)流程。最后，希望通過現(xiàn)有的各個(gè)功能的組合，設(shè)計(jì)出一套優(yōu)秀的系統(tǒng)，規(guī)范編程。在進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)許多未預(yù)料到的問題。對于軟件來說，邏輯是個(gè)大問題。有的時(shí)候，想法并不是很縝密，也不是很細(xì)致，但經(jīng)過反復(fù)的嘗試，最終發(fā)現(xiàn)了其中的缺陷，并將其解決。在這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，對單片機(jī)開發(fā)的靈活性和快速性等特點(diǎn)進(jìn)行了充分的發(fā)揮與利用，并通過對相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)和了解，結(jié)合自己所學(xué)專業(yè)，來實(shí)現(xiàn)智能控制的設(shè)計(jì)。在整個(gè)過程中，我了解到，在學(xué)習(xí)和工作中遇到問題時(shí)，不能輕易放棄，要多問多想，在仔細(xì)分析之后再進(jìn)行解決。在今后的工作與學(xué)習(xí)中，要勤勉、多思，以提高自己在這個(gè)高度競爭的社會(huì)中的實(shí)際價(jià)值。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)為我提供了一次難得的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，從中我學(xué)到了許多，獲益良多。7.2展望本設(shè)計(jì)以遠(yuǎn)程監(jiān)控為研究對象，重點(diǎn)分析了傳感器、OLED顯示屏、按鍵、LED燈、蜂鳴器等，明確提出了基于單片機(jī)的報(bào)警系統(tǒng)。根據(jù)相關(guān)資料和國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，確定了報(bào)警系統(tǒng)的作用，并在此基礎(chǔ)上，明確提出了一種傳感器和ZigBee模塊接入系統(tǒng)的軟件報(bào)警系統(tǒng)，并且利用了紅外傳感器檢測有無人體，用單片機(jī)控制傳感器為系統(tǒng)主要的設(shè)計(jì)方案。根據(jù)市場對傳感器的調(diào)研和選擇，確定傳感器的采集，硬件配置供電電路采用傳感器的采集元件，STM32為主板上的芯片。隨著全球疫情的不斷爆發(fā)和蔓延，對隔離人員的管控變得異常重要。為了更好地掌握隔離人員的情況，疫情管控隔離人員遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，這一系統(tǒng)結(jié)合了多種傳感器和ZigBee等技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對隔離人員的監(jiān)測、管理和報(bào)警等功能，對疫情防控和公共衛(wèi)生安全具有重要意義。隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的不斷進(jìn)步，疫情管控隔離人員遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)也將會(huì)不斷完善和發(fā)展。未來，可以考慮引入更加先進(jìn)的深度學(xué)習(xí)等算法，對視頻和傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行更加準(zhǔn)確和高效的分析，并結(jié)合機(jī)器視覺等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更加精確的識(shí)別和監(jiān)測。同時(shí)，在數(shù)據(jù)管理和隱私保護(hù)方面也需要不斷完善和強(qiáng)化，避免敏感數(shù)據(jù)被泄露和不法分子利用。總之，疫情管控隔離人員遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是一項(xiàng)非常有價(jià)值的技術(shù)體系，可以幫助政府和醫(yī)療機(jī)構(gòu)更加精細(xì)化地管理隔離人員，從而更加有效地應(yīng)對疫情。在未來，這一系統(tǒng)將會(huì)得到更多關(guān)注和應(yīng)用，成為公共衛(wèi)生安全保障的重要手段之一。參考文獻(xiàn)李奎整理.電子封條:法院執(zhí)行查封的AI"神器"[J].法律與生活,2020(10):2.孫廣宇，羅國杰，韓平,等.電子封條監(jiān)控系統(tǒng)及監(jiān)控方法:.CN112532684A[P].2021.陳志權(quán).可遠(yuǎn)距離監(jiān)控的電子封條CN103914723B[P].2019.陳志強(qiáng)，李元景，吳相豪,等，電子封條和電子封條系統(tǒng):.CN204782324U[P]2019.尹平平，吳文詡.科技治"賴":你有"賴功",我有"電子封"[J].中關(guān)村,2020(9)137.王賢立，門三義，魏子坤,等.一種電子封條裝置:,CN213150155U[P].2021.林偉，史曉東，王毅男.可遠(yuǎn)程監(jiān)控的電子封條鎖:.CN204163497UIP].2018.梁秀龍.“電子封條”智能監(jiān)管技術(shù)在煤礦安全監(jiān)管中的應(yīng)用探析[J].江西煤炭科技,2022(04):236-238.楊傳印,王春素.煤礦“電子封條”智能監(jiān)管技術(shù)研究[J].采礦技術(shù),2021,21(S1):140-142.DOI:10.13828/ki.ckjs.2021.s1.037.劉瑞特.一種智能電子封條監(jiān)控鎖:,CN211397003U[P].2020.吳云,周雨田,左彤,王曉東.基于RFID技術(shù)電子封條的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].東北電力大學(xué)學(xué)報(bào),2019,33(05):61-64.DOI:10.19718/j.issn.1005-2992.2019.05.014.魏曉雯.全國首例使用"電子封條"執(zhí)行案[J].中國審判,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).附錄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計(jì)數(shù)器，作為主函數(shù)的基本周期unsignedchartick_1ms=0;//1ms計(jì)數(shù)器，作為電機(jī)的基本計(jì)數(shù)器unsignedchartick_200ms=0;//刷新顯示intmain(void){u8data_len,send_jason[200]; 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