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1、毕业论文设计任务书院(系) 物理与电信工程学院 专业班级 通信1204 学生姓名 陈珊珊 一、毕业论文设计题目 家用无线视频监控系统的设计与实现 二、毕业论文设计工作自_2015 _年_ 12 _月_ 日 起至_ 2016_年 6 月 日止三、毕业论文设计进行地点: 物理与电信工程学院实验室 四、毕业论文设计的内容要求：1、本次毕业设计要求如下： 设计一个家用无线视频监控系统，要求： 用户可通过使用手机客户端软件实时观看远程的监控视频，随时了解监控范围内的情况； 当监控区域有异常情况出现，监控现场应立刻声光报警，同时应在第一时间通过用户手机客户端软件报警，以提醒业主与相关家庭成员，与时采取相应
2、措施，排除危险情况的发生。 用户使用手机客户端软件，可远程方便地对监控场所进行设防与撤防管理。 2、毕业设计成果要求： 程序代码、硬件实物与论文，论文要求计算机打印（A4纸），论文有不少于3000词的相关英文中文翻译。 3、毕业设计时间安排： 14周：查阅相关资料，熟悉题目内容，掌握设计原理，提交开题报告； 510周：根据设计原理，进行相应软、硬件设计； 1112周：完善设计功能，整理资料并进行结果测试与分析； 1314周：毕业设计验收； 1516周：撰写、修改、提交毕业论文，毕业答辩。 指 导 教 师 系(教 研 室) 系(教研室)主任签名 批准日期 接受论文 (设计)任务开始执行日期 学生
3、签名 家用无线视频监控系统的设计与实现陈珊珊（陕西理工学院物理与电信工程学院通信工程专业1204班，陕西 汉中 723001）指导教师：张文丽 摘要家用无线视频监控系统可通过手机APP监控室内情况，在发生异常情况时，用户可做出相应的安全措施，以保证监控场所人身与财产的安全。该系统由703N型号的摄像头采集数据、图片等信息，通过串口传输给Atmega328p型号单片机，单片机处理后通过无线路由器传输到手机APP。当发生异常情况时，系统发出声光报警提示。该系统易于搭建、灵活性高、成本低，具有较高的实用价值。 关键词单片机;超声波;视频监视;Atmega328p Design and Impleme
4、ntation of Wireless Video Monitoring System Chenshanshan(Grade12,Class 4,Major of Communication Engineering，School of Physics and TelecommunicationEngineering of Shaanxi University of Technology, chenshanshan 723001,China)Tutor:zhangwenli abstract Twireless video monitoring system can spy on home wh
5、ich makes the corresponding safety measures under emergency to remind the user by the phone APP just in case. Eespeciall ensure the personal and property safety monitoring places.he system consists of 703 n types of cameras to collect data, pictures and other information, through the serial transmis
6、sion to Atmega328p type microcontroller, single-chip microcomputer processing through the wireless router transmission to the phone APP. When an exception occurs, the system sends out sound and light alarm prompt. this device has the advantage of small volume,low cost,wide application,which has the
7、strong practical value in application. key words MCU ultrasonic , Atmega328p , video surveillance目录引言1222232. 方案论证44453. 硬件设计663.2 单元电路设计663.3.2 斩波降压电路73.2.3 超声波检测电路83.2.4 晶振电路与复位电路93.2.5 报警电路103.2.6 模块数字量接口113.2.7 路由器与舵机摄像头114. 软件设计13134.2 部分程序设计模块134.2.1 主控程序模块134.2.2 超声波报警子程序134.2.3 视频监控子程序145. 系
8、统的调试与分析155.1 软件程序调试155.1.1 软件介绍155.1.2 程序调试155.2 硬件调试1516结束语18致谢19参考文献20附录A：外文文献原文21附录B：外文献翻译29附录C：部分程序38附录D：元器件清单42附录E：实物图与原理图43第 42 页引言现在，随着网络、计算机以与图像处理1、传输技术的迅速发展，视频监控制技术也有非常长远的发展，无线视频监控系统【2】是安全防范系统的重要组成部分，它是防范能力较强的一种综合系统。无线视频监控可以以其方便、直观信息丰富而内容广泛应用于许多场合。在这科技越来越发达的社会上出现了很多不安全事件，尤为突出的是盗窃事件，而且还是通过各种
9、高科技手段。所以现在社会对于防盗事件也是严肃的态度，高度重视以防止出现更大的损失就是通过视频监控最为常见。同样的在现代社会中，视频监控系统是农业生产、交通运输、环保监测、公共安全、现代国防等领域的关键技术设备之一。无线视频监控是视频监控系统的重要组成部分，由于其具有灵活性好、移动性强、布点灵活、工程量小与工程周期短等优点，已逐渐成为视频监控领域的研究热点。本章介绍无线视频监控系统的背景、发展现状、研究意义以与本课题研究内容。此课题是根据视频监视系统的小型模块以与超声波报警系统的组合来完成家用无线视频监视系统，这种小型的系统可以应用于其他领域里。我是通过手机里的APP来监控室内的画面，若是有异常
10、的情况出现，手机端也会有相应的提示，用户则会被通知有异常的情况。室内则是由超声波测距来检测是否有异常的情况，若是有异物被超声波检测到，则会有蜂鸣器报警装置发生声光报警。 实现实时传输是借助无线路由器进行实时串口通信传输，路由器就是作为一种媒介分别与单片与摄像头机连接，无线路由器为整个系统提供网络环境，为用户进行画面的采集与传输，使系统能够实现实时监控，其串口通信是通过USB接口与其他的设备相连接。监控画面的手机APP是利用WIFI智能小车的软件，其是一款Android客户端软件，来进行实时画面的抓拍。通过这样的小型系统可以为人们提示有异常情况出现，人们就可以有所警觉做到保护好自己的个人以与家里
11、的经济财产以防有损失。 本设计作为本科毕业生来说，其内容还是较为复杂，但是作为研究的方向来说还是相对简单的。论文中详细介绍了设计方面的所有要点，并且附带了电路原理图与所有的相关程序。可以对无线控制方面的得到了解，同时，对这款单片机的实际应用能够更好的掌握。参考硬件电路与源程序进行调试，对系统的设计方法有一个明确的概括。将毕业设计实物更好的运用于实际中，与生活紧密的联系起来。毕业设计无线视频监控系统是大学生运用自己所学的专业与理论知识联系实际的一个很好的课题。在21世纪，社会上安全防盗产业的主要方向是安全监控类型的产品，但是安全监控类的产品在专业领域中又分为防盗设备，门禁，对讲与视频监控等应用，
12、在这些应用中，视频监控系统是最重要组成部分。在这科技越来越发达的社会上出现了很多不安全事件，尤为突出的是盗窃事件，而且还是通过各种高科技手段。所以防盗安全还是显得尤为重要的。这次毕业设计就是针对这个方向的进行简单的设计与实现，在国内外市场上，主要推出的是数字控制的模拟视频监控与数字视频监控两类电子产品。第一种是发展技术已经非常成熟、性能稳定，并在实际工程应用中被得到广的泛应用，尤为是在大、中型视频监控工程中的应用尤为广泛；第二种是新近崛起的以计算机技术与图像视频压缩为核心的新型视频监控系统，该系统基本解决了模拟系统部分弊端而迅速发展，但仍需进一步完善与发展。在应用中，视频监控系统是最重要组成部
13、分。随着Android手机影响全世界以与不断成熟的WIFI技术2，基于Android手机与WIFI技术开发的娱乐软件也越来越多。为了更人性化的设置，在视频监控系统中由客户端监控管理软件的部分尤为关键。市场上网络摄像机种类也日渐增多，应用也日趋广泛。鉴于Android软件与WIFI技术是当下的热门话题，我认为对它们的开发与研究对于人们的生活与高新科技的发展都将会有很高的价值与意义。同样的在现代社会中，视频监控系统是农业生产、交通运输、环保监测、公共安全、现代国防等领域的关键技术设备之一。第三代视频监控系统是以数字视频的压缩、传输、存储与播放为核心，以网络为依托，以智能实用的图像分析为特色，引发了
14、视频监控行业的技术革命，受到了学术界、产业界与使用部门的高度重视。越来越多贴合行业应用需求的无线监控设备与方案已研制出来，如无线摄像机、无线视频服务器、无线车载硬盘录像机、车在动态取证系统、单兵取证系统系列无线视频监控产品与相关解决方案等。可以说无线视频监视正以快速的步伐走进用户的视野，在还有网络内无线视频监控也具有巨大的市场开发潜力。无线监视控制系统是信息时代的产物，它以科学计算机与网络技术为核心，并且与现代人们日常需求相结合，希望的曙光即将显现。其发展前景主要有： （1）方便制作：无线视频监视系统是个小型的家用模块，容易制作。（2）成本低：用户不需要专门配置电脑与设备，手机就可以监控画面与
15、接受到异常情况的消息，而且耗电量低，还性能稳定。（3）实时监控：只要监控设备与手机无线网络与观看APP正常就可以实时监控画面。（4）可拓展性：无线视频监视系统加上有报警装置与其他外设的联动是大势所趋。（5）人性化：可在未来对异常情况识别做出更进一步的研究，以与做到对画面监控有抓拍声音的记录。以便方便人们对视频监视的画面中能刚好的得到有用信息。无线监视控制系统加上超声波检测报警装置是信息时代的产物，它以科学计算机与网络技术为核心，则其可以应用于多个领域中。 （1）是高端行业的视频监控的应用，比如检验疫苗的电子监管视频监控、交通的道路监控等。这些行业大多为大型化的城域性甚至全国性的行业视频监控系统
16、。 （2）小型商店、中等规模连锁商业组织、医疗、教育机构银行、ATM自动取款机、医院图像分析等。如上海杭州已经能够实现全城的无线局域网的覆盖，如小区、高速公路、学校、港口等环境。 （3）由于超声检测3与视频监视系统是一种非接触检测技术，不受光线、被测对象颜色等的影响，较其它仪器更卫生，更耐潮湿、粉尘、高温、腐蚀气体等恶劣环境，具有少维护、不污染、高可靠、长寿命等特点。因此可广泛应用于纸业、矿业、电厂、化工业、水处理厂、污水处理厂、农业用水、环保检测、食品（酒业、饮料业、添加剂、食用油、奶制品）、防汛、水文、明渠、空间定位、公路限高等行业中。无线视频控制系统是一项以家庭安全人性化控制为主要目的，
17、为人们安全生活带来诸多便利的一个系统。在日常生活中，它可以实时监控室内的人数，检测眼下室内是否有异物，能够对室内进行不同场景下的现场监视。本课题的研究范围主要有三大部分，一个是单片机的硬件部分，一个是摄像机单片机4软件部分，最后一个是摄像机Andorid客户端监控管理软件部分。其通过手机APP对家庭的实时监控，是由路由器的串口通信连接摄像头与单片机5，手机的APP对WIFI进行指令的控制，通过串口的连接在传输给路由器，在传输给单片机，单片机在通过相应的运算进行一系列的操作指令，然后在手机APP就可以监控到室内的画面。若是有异物进入室内，则声光报警模块立即发出报警的动作，可以立即通知手机主人，手
18、机主人就可以立即做出相应的措施，以免有家庭经济损失，而且这种小型的家用无线视频监视成本小易操作，简单搭建非常实用。 鉴于上述研究背景，本系统将利用超声波测距报警，再根据根据手机APP实时异常提示，实时地对室内灯安全监控，针对本课题，计划采取如图1.1所示的设计思路。图1.1 系统整体设计思路2. 方案论证方案论证是对视频监视系统的构思，分析用何种方法可以实现，该方法有哪些好处以与局限性，并根据功能要求，性价比，实现难易程度等作以比较，选择一个最优的解决方案。从任务书的要求出发设计一个家用无线视频监控系统，要求如下： 用户可通过使用手机客户端软件实时观看远程的监控视频，随时了解监控范围内的情况。
19、 当监控区域有异常情况出现，监控现场应立刻声光报警，同时应在第一时间通过用户手机客户端软件报警，以提醒业主与相关家庭成员，与时采取相应措施，排除危险情况的发生。 用户使用手机客户端软件，可远程方便地对监控场所进行设防与撤防管理。 本课题需要解决的问题就是围绕要求解决实现中遇到得各种问题。 方案一：采用WIFI模块的无线视频监控系统，基于WiFi模块的无线视频监控系统框图。图2.1 WiFi模块的无线视频监控系统框图本方案应用的是单片机最下系统电路、无线视频画面的采集还有控制转发，还有声光报警指令以与舵机的转动指令。此设计时基于单片机Atmega328p的控制，实现家用无线视频监控系统。本系统是
20、由无线路由器提供网络环境，单片机与摄像头均是与路由器进行串口通信，用USB接口相连接。用户可以使用安卓手机连上该网络摄像机的WiFi网络后打开该Android客户端软件能实时进行远程视频监控，并且可以通过界面的按钮移动摄像头左右上下四个方向的摆动与抓拍图片保存在手机里，也可以在Android客户端软件中查看，并对之前抓拍的图片进行管理。网络视频采集与控制指令转发电路由一个无线路由器与一个USB摄像头组成。其中无线路由器上带有USB接口，USB摄像头直接接入该无线路由器中，然后从无线路由器中引出其调试串口的TXD接口接到单片机最小系统的RXD引脚，这样便能将无线路由器接收到的控制指令传送到单片机
21、中，单片机处理完成后做出相应的操作。由单片机控制的软件语言是C语言，安卓用户是的手机APP是采用java程序两大部分组成，所进行一系列的指令传达。以与本模块加入了超声波检测报警，有异常的情况就会出现报警的声音，还有手机APP的消息提示，从而达到了监控的功能。方案二：采用A/D与D/A转化的数字无线视频监控系统， A/D转换无线发射与 D/A转换无线接收框图如图。图 A/D转换无线发射与D/A转换无线接收框图所有图像是摄像头所采集到的图像信号经过C8051F310单片机内部的转换电路转换成视频信6号传给高速A/D，其把摄像头的模拟电压信号转换成对应的8位数据量，整个系统的中心环节就是单片机，单片
22、机就将从A/D取得的数据信号经过处理后送给无线发射模块进行调制发送。把无线接收模块接收的信号进行解调，再用C8051F310单片机接收解调后的8位数据量。高速无线接收模块的开始与结束是由单片机通过指令控制，运算处理所得到的数据量然后再传送给高速D/A，其将数据量转换成对应的模拟量，然后送给显示设备。从而达到了监控的功能。本章介绍了两个方案，两种方案各有优缺点都可以实现无线视频监控功能，但是本次毕业设计选择的是方案一。方案一电路简单，容易实现，使用范围广，可扩展用于银行、煤矿等安全地带可以很方便控制摄像头的电机进行检测。功耗低、软件编程较简单，WiFi模块的体积小、整个系统成本低。用单片机来实现
23、无线视频监控系统，充分利用了单片机的资源。同时使用Atmega328p单片机与WiFi模块一起控制,系统也加入了声光报警模块7，各部分的硬件都是可以移动，搭建硬件非常的简单，非常的灵活而且体积也小，最方便的是利用手机APP软件进行监控，非常的人性化符合现在的人生活习惯手机不离手，可以做到实时监控，非常符合我们的设计思路，所以本设计采用方案一。其中方案二处理速度快，功能与可靠性强，视频中分辨率高，可以控制距离远，达到很好的效果，使用范围广。但是，电路通过信息采集、数据处理、传输、系统控制等部分组成，硬件电路结构复杂，需要使用高速的单片机与高速A/D与D/A转换芯片，电路实现与调试都相当困难。各芯
24、片成本高，适用于专业场合，不便于本次毕业设计。其还需要电脑配备，进行专门的人看守画面，就会花费许多的人力资源与物力资源。无线视频监控系统，是一款简单易用的小型远程数字监控系统，与网络摄像机配套使用，可采用有线或无线方式连接网络，易于安装部署，不需要用户额外配置专用电脑与采集录像等设备。用户可采用手机监控终端设备，可随时随地接收报警信息与查看监控视频。本系统具有稳定可靠、经济实用等特点，可用于防火防盗、安全护卫、人员监护、远程管理等，特别适合个人、家庭、店铺等使用。3. 硬件设计一个完整系统的运作，首先必须建立在硬件基础之上，硬件设计要充分考虑到系统所应用的环境状况，影响系统稳定运行的各种干扰等
25、因素，再据其功能选择性能可靠，性价比高，抗干扰强且精度较高的元器件。基于设计方案的选定，该系统现以Atmega328p单片机作为控制装置的智能组件，其它外围电路主要包括：机晶振电路、复位电路、降压斩波电路、数字输出输入电路、超声波报警电路等如图所示。图3.1 系统硬件组成根据产品功能的需求以与性价比，本课题选择的Arduino是一个硬件平台其单片机的型号是ATmeg32是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位COMS微控制器。由于其先进的指令以与单时钟周期指令执行时间，ATmea32的数据吞吐率高达1MIPS/MHZ ,从而减轻系统在功耗与处理速度之间的矛盾。AMS1117-5.0：DC、
26、降压芯片，降压芯片利用斩波降压原理进行降压。超声波模块采用现成的HC-SR04超声波模块。LM358集成运放芯片。当有异物被超声波模块检测到，超声波会给单片机传送一个信号，同时单片机给报警的蜂鸣器一个指令，蜂鸣器就会发生报警。同时手机软件APP也会出现异物的画面，还有手机软件的提示，均是通过单片机的与摄像头的串口通信来实现的，从而达到家用无线视频监视系统的要求。3.2 单元电路设计此次毕设的系统选用的ATmega328主控芯片，控制主板是为Arduino UNO R3的板子。Arduino UNO是Arduino USB接口系列的最新版本，作为Arduino平台的参考标准模板，ATmega32
27、8是UNO的处理器核心，UNO已经发布到第三版。Atmega328p芯片管脚图与实物图如图所示。图3.2 为Atmega328p芯片管脚图与实物图ATmega328主控芯片它拥有数字输入/输出口14路（其中6路可作为PWM输出），模拟输入有6路，AVR内核具有丰富的指令与32个通用寄存器，一条指令可以在一个时钟周期内同时访问两个独立的寄存器，是因为所有的寄存器都是直接与算逻辑单元（ALU)相连接，同时这样的结构也大大提高了代码率，是普通的CISC微控制器的数据吞吐率8】的10倍。单片机的最小系统是由一个16MHz晶体振荡器与一个ICSP header以与一个复位按钮，当然还有一个USB口，一个
28、电源插座。处理器 ATmega328其工作电压为5V，输入电压范围为 7-12V，输入电压范围为6-20V。若是电压超过了15伏电压，则板子会烧毁。其具体引脚说明如表所示。表3.3 Atmega328p引脚功能VCC电源GND接地端口 A(PA7.PA0)端口 A 做为 A/D 转换器的模拟输入端。端口A为8为双向I/O口，具有内部上拉电阻。其输出缓冲具有对称的驱动特性，可以输出与吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口 A 处于高阻状态。端口 B(PB7.PB0)端口B为8位为双向I/O口，具有内部上拉电阻。其输
29、出缓冲具有对称的驱动特性，可以输出与吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口 B 处于高阻状态。 端口 C(PC7.PC0)端口C为8位为双向I/O口，具有内部上拉电阻。其输出缓冲具有对称的驱动特性，可以输出与吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口 C 处于高阻状态。如果JTAG接口使能，即使复位出现引脚PC5(TDI)、PC3(TMS)与PC2(TCK)的上拉电阻被激活除去移出数据的ATP 态外，TD0 引脚为高阻态，端口C也可以用
30、做其他不同的特殊功能 。端口D（PD7.PDO)数字输入输出端口D为8位为双向I/O口，具有内部上拉电阻。其输出缓冲具有对称的驱动特性，可以输出与吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口 C 处于高阻状态，端口 D 也可以用做其他不同的特殊功能。单片机板子的RXD是WIFI模块的串口数据接收接口，连接路由器与单片机进行串口通信。单片机板子的TXD是WIFI模块的串口数据输出接口，连接路由器与单片机进行串口通信。RESET复位输入引脚。持续时间超过最小门限时间的低电平将引起系统复位。持续时间小于门限间的脉冲不能保证可
31、靠复位。XTAL1反向振荡放大器与片内时钟操作电路的输入端。XTAL2反向振荡放大器的输出端。AVCCAVC是端口与A/D转换器的电源，不使用ADC时，该引脚直接与Vcc时应通过一个低通滤波器与 Vcc连接。使用ADC时应通过一个低通滤波器与 VCC 连接。AREFA/D 的模拟基准输入引脚。通过对单片机型号的介绍以与各部分的引脚功能介绍，对Arduino UNO就有了较为全面的认识，以便后期的学习。3.3.2 斩波降压电路在本次毕设中斩波降压电路是将电池电源12V降到5V电压，为整个小型系统提供所需的电源。降压电路采用的是LM2596-5.0 DC降压芯片，电压斩波电路原理图如图3.4所示。
32、图3.4 电压斩波电路原理图波降压电路也称为直流直流变换器（DC/DCConverter）9就是将直流电变为另一固定可调电压或电压的直流电。直流斩波电路是指直接将直流电变为另一直流电的情况，不包括直流交流直流的情况，直流斩波电路包括6种基本斩波电路：升压斩波电路、降压斩波电路、升降压斩波电路、Sepic斩波电路、Cuk斩波电路、Zeta斩波电路。直流降压斩波电路主要分为三个部分，驱动电路模块、主电路模块、控制电路模块，除了这些主要模块之外，还需要考虑电路中控制电路与主电路的电气隔离以与电力电子器件的保护。在实际应用中IGBT为功率器件的直流斩波电路，是要求注意下列问题：栅极电阻10、系统损耗的
33、问、驱动电路实现过流过压保护的问题。 板子的供电部分就是由电池电压提供12伏电压则，由于该单片机的承受电压是5伏电压，所以就采用斩波电路原理。通过降压芯片LM2596-5.0 DC稳压器11，最大驱动电流50mA。电源注意事项，设计时未经过处理的电源只能最大是15V,超过15V后会发热，整体性能就差了最终会烧毁板子。3.2.3 超声波检测电路超声波模块采用现成的HC-SR04超声波模块，其原理图如图3.5所示。图3.5 HC-SR04超声波模块的原理图应用IO口TRIG 触发测距，高电平信号的给出时间至少为10us，模块自动发送 8个40khz 的方波，否有信号返回模块会自动检测；若是IO口
34、ECHO 输出一个高电平则表示有信号返回，超声波从发射到返回的时间就是高电平持续的时间，测试距离=(高电平时间*声速(340M/S)/2。这个模块可提供理论值2cm-400cm 的非接触式距离感测功能，测距精度可达高到3mm。模块包括超声波发射器、接收器与控制电路。超声波传感器多为开放型也是市面上最为常见的一种，其内部结构有一个复合式振动器被灵活地固定在底座上。该复合式振动器是由个压电陶瓷片以与一个金属片组成的双压电晶片元件振动器。谐振器是呈喇叭形，有效地辐射由于振动而产生的超声波为目的，并且可以有效地使超声波聚集在振动器的中央部位。如果压电陶瓷受到电压作用时，就会随频率的变化与电压的变化产生
35、机械变形。另一方面，压电陶瓷受到震动时，就会有一个电荷产生。根据这一原理，当给由一片压电陶瓷或者两片压电陶瓷与一个金属片构成的振动器，就叫双压电晶片元件。给与一个电信号时，它就会因为弯曲振动发射出超声波。相反，当向双压电晶片元件被给予施加超声振动时，就会有一个电信号产生。根据以上作用，便可以将压电陶瓷用作超声波传感器。超声波是属于一种在弹性介质中的机械振荡12，若果其频率超过20KHz，分为纵向振荡与横向振荡两种。超声波在不同的媒介中的传播速度是不同的，它可以在气体、液体、固体中传播。同时，它也有反射现象与折射现象，而且在传播过程中有所衰减，这样超声波就会为报警电路做出反应。3.2.4 晶振电
36、路与复位电路晶振是石英振荡器的简称，英文名字叫做Crystal，它是时钟电路中最重要的部分，如图所示为晶振时钟电路图。图3.6 晶振时钟电路它是时钟电路中最重要的部分，为单片机提供时钟信号，一个机器周期拥有6个状态周期，而每个状态周期为2个振荡周期，所以一个机器周期共有12个振荡周期，如果外接石英晶体振荡器的振荡频率为12MHZ，一个振荡周期为1/12us，故而一个机器周期为1us。反向放大器的输入与输出分别为XTAL1与XTAL2。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡与陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。石英晶体振荡器的结构是利用石英晶体也就是二氧化硅的结晶体
37、的电压效应制成一种特定的谐振器件，它的大致构成是从石英晶体上按一定的方位角切下薄片简称晶片它的形状可以为多样的，在它的两个对面上涂敷银层作为电极，在每个电极上各焊一根引线接到管脚上，再加上封装外壳就构成了石英晶体与谐振荡器，它的产品外壳一般是金属包装，当然也有陶瓷、玻璃或者塑料。晶片之所以会产生形变是因为在晶体的两个电极加上电场，否则，如果在晶片相关的方向上产生电场，这种物理效应称之为压电效应。若是在晶片的两极上加上交变电压，晶体就会产生机械振动的振幅与交变电场的振幅非常小，但当外加交变电压的频率为一定的值，振幅明显加大，比其他下的振幅大得多，这种现象称为压电谐振，它与回路的振谐现象十分相似，
38、它的谐振频率与晶体的切割方式、尺寸、几何形状等有关。石英晶体振荡器的高稳定度与高精度的振荡器，其被广泛的应用于通信系统中用于频率发生器、为数据处理设备产生时钟信号与为特定系统提供基准信号。本设计采用的是自动复位电路，为确保微机系统中电路稳定可靠工作，其基本电路如图所示。图3.7 复位电路一般有外部按键手动复位以与上电自动复位，时钟电路在单片机中起作用后，当有2个机器周期的高电平在RESET端持续被给出，即就可以完成复位操作。如果复位信号持续时间应不小于2us时，那么使用的晶振频率则为12MHz。复位电路的组成：电路都是由比较的简单的元器件的组成的，一般情况只有电阻与电容组合，稍微复杂一点的就是
39、有三极管等加程序进行操作。上电复位是复位电路的第一功能，一般情况下其工作所要的电压为5V，但是微机13电路是时序数字电路，必须要求为稳定的时钟序号。所以，在电源上电的时候，就对电源电压有范围限制4.75-5.25V之间，微机电路才会开始正常的工作，复位信号才会被撤出。分析：电路恢复到原始最初的起始状态，就是利用复位电路，就像计算机的清零按钮的作用一样，使操作界面回到了最初的原始状态，以便于进行下一步继续操作。但是又与计算器清零按钮有不一样的地方就是，启动复位电路的方法有所不同，一是马上进行复位操作在当给电路通电时；二是在必须的情况下进行手动复位操作；三是根据电路或者程序的运行，进行自动的复位操
40、作。当VCC上电时，电容C就开始充电了，在10K电阻上出现高电位电压，就可以使单片机进行复位操作，几个毫秒后，10K电阻上电流降为0，C充满，使得单片机进入工作状态。工作期间，按下S22，C放电，在10K电阻上出现电压，使得单片机复位。3.2.5 报警电路在本次毕设中报警电路起到了重大的作用，当发生异常的情况，电路会发生声光报警，报警电路的原理图如图3.8所示。图3.8 报警电路报警电路主要由由放大器与蜂鸣器构成，收到单片机的控制，由单片机直接输出的报警信号比较微弱，必须通过放大器放大，才能驱动蜂鸣器发出警报，其中蜂鸣器与LED灯分布在D8与3V3引脚引连接。在本次毕设中报警电路起到了重大的作
41、用，为家庭的人身安全以与经济财产得到有效的保护作用。当超声波检测到有异物通过时，超声波会给单片机一个相应的信号，单片机就会做出反应给报警电路指令，则报警电路就会发出声光报警的操作。给人们有声光报警提示，家里的人们或者是持装有APP软件手机得人就会有消息提示，则人们会做出相应的保护措施，以防有损失。3.2.6 模块数字量接口Arduino开发板上数字输入输出引脚中的3、5、6、9与11都提供0V与5V之外的可变输出，其原理图如图3.9所示。图3.9 模块数字量接口Arduino开发板上数字输入输出引脚中的3、5、6、9与11都提供0V与5V之外的可变输出。在这些引脚的旁边，都会标有脉冲宽度调制-
42、PWM，脉宽调制是pulse width modulation 其简写为PWM。模拟电路进行被控制是利用微处理器的数字输出来来进行操作的一种有效的技术。这种技术被广泛的应用于通信、测量到功率的控制与变化的许多领域。数字输出与模拟输出最直观的区别就是数字输出是二值的，只有0与1，而模拟输出的范围就比较广为0255之间变化。就像一架飞机，数字输出控制着飞机跑或者不跑，但是飞机的速度就必须得由模拟输出，因为模拟输出是会用到函数analogWrite(pin,value)，其中pin是输出的引脚号，value为0255之间的数值。所以这样的输出是精准的，这样飞机就会有准确的速度。通过这种函数，PWM通过0255之间的任意值来编程硬件，255为全功率，其中0为关闭，一个约490Hz的占空比可变的脉冲序列可由0255之间的任意一个值产生，其中Arduino软件限制PWM通道为8位计数器。3.2.7 路由器与舵机摄像头无线路由器为该系统提供网络，为单片机何摄像头进行串口通信提供环境，是本毕业设计的重要组成部分。路由器的型号为703N.实物图如图3.10所示。图3.10 无线路由器的模型图无线路由系统被植入一个OpenW