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作者：琼州学院 何圳昂 吕帅江 李玉帝
指导教师：杨伟 龙顺宇

　　作品简介

　　开发背景：
　　多功能现场环境参量采集与异地监控系统涉及：传感器技术、图像数据处理技术、串口摄像头通信技术、DTMF语音信号存储和解码技术、RFID技术、大信息量人机交换技术等。该系统和传统监控系统相比,将实时接收和处理信息与实现远程监视和控制进行了完美结合。使其应用领域得到了极大的拓展。目前该系统已在多个领域得以广泛的应用。比如：安防、智能家居、深海探测、无人侦察机、仓库监控、森林防火、通讯电力等领域。　　

　　信息采集部分包括：温度传感器、紫外线传感器、空气质量传感器、雨雪传感器、振动传感器、土壤湿度传感器、射频识别传感器、金属探测传感器、火焰传感器、红外对射传感器、触摸传感器和热释红外传感器。通过这些传感器我们可以采集到我们想要的现场环境参量。
　　控制部分在相关命令大的控制下将采集到的信息并进行处理，再将结果发送到 LCD12864 液晶进行显示同时通过TTS语音播报技术将环境参量播报出来;摄像头可以进行现场拍照并通过 GPRS 技术发送到用户手机上，达到远程监视的目的，同时用户可以通过 DTMF 技术进行远程控制设备的工作状态，达到异地控制的目的。

　　参赛作品功能与使用说明：
　　我们以房屋模为拟现场，通过多功能现场环境参量采集与异地监控系统时时采集房屋环境的多种参量，并将这些环境参量通过液晶显示出来。同时，用户可以在异地接收数据并通过 DTMF 技术进行远程控制，更改房屋内的电器或设备改变工作状态，以达到我们想要的效果。　　

　　平台选型说明　　

　　本系统以竞赛组委会提供的51单片机开发板为设计平台，以STC15F2K61S2 芯片为控制核心搭建了全部的功能构架。如图 4 所示，控制核心统一处理和指挥 4 大部分。首先由多种传感器将现场环境参量采集并传送给控制核心，控制核心将数据进行处理后发送到液晶显示并进行语音播报，同时通过 GPRS 技术发送给手机用户;用户又可以通过DTMF 技术进行远程控制。
　　手机通过 DTMF 将控制指令发送给STC15控制核心，控制核心进行相应译码之后，进而控制外设，改变它们的工作状态或工作方式,同时传感器再次采集环境参量发送给单片机控制核心达到动态监视和闭环控制。系统不断调整外围设备的工作状态，适应现场环境的变化以达到远程控制的目的。　　

　　设计说明

　　一、多功能现场环境参量采集与异地监控系统模拟家居现场功能图：
　　整个系统利用传感器技术、图像及数据处理技术、串口摄像头通信技术、DTMF语音信号解码技术、RFID技术、大信息量人机交换技术模拟了家居现场。突破传统监控系统，实现智能化家居控制。　　

　　一、主要设计原理及方案：
　　1、RFID 射频识别技术
　　1.1RFID 射频识别技术
　　射频识别技术是当前国际上发展热点技术之一。它主要是利用无线微波对物体进行近距离无接触探测和跟踪。射频识别抗干扰能力强，可以穿透非金属物质进行识别处理。因此，该识别技术应用非常广泛，目前主要用于：物流、零售、制造业、医疗、身份识别、防伪、交通、动物识别、图书馆等领域。
　　RFID设备工作原理是：当装有无源电子标签的物体在距离 0 到10米范围内接近读卡器时，读写器受控发出微波查询信号：安装在物体表面的电子标签　收到读写器的查询信号后，波合成此 信号已携带有电子标签数据信息，读写器接受到电子标签反射回的微波合成信号后，经读写器内部微处理器处理后即可将电子标签的识别代码等信息分离读取出。　　

　　信号与标签中的数据信息，合成一体反射回电子标签读出装置，反射回的微信号已携带有电子标签数据信息，读写器接受到电子标签反射回的微波合成信号后，经读写器内部微处理器处理后即可将电子标签的识别代码等信息分离读取出。
　　1.2曼彻斯特编码与解码
　　本设计以STC系列15单片机作为微控制器，采用MCU进行接收数据帧解码的关键步骤是帧头段的捕获。图8为RFID标签回馈给阅读器的信息比特流的编码方式(曼彻斯特编码解码)。MCU检测到EM4100芯片RDY/CLK引脚端产生时钟信号时，进入帧头段的捕获状态。　　

　　在没有信号输入时，EM4100的输出端DEMOD_OUT为低电平，根据帧头的代码与编码方式，输入到MCU的帧头段信号波形如图9所示。考虑到我们所采用的RFID标签的频率(125 kHz)会有一定的误差，且数据传输率也不会精确地为2 kb/s或3.2kb/s，所以帧头的捕获包括两个方面的含义：一是帧头段的识别，即帧头代码的判断;二是波特率的确定，即信号跳变的时间间隔△T的测量。帧头捕获的目的是为帧信号后续代码段的检测解码提　　

　　2.DTMF 双音多频技术
　　DTMF 双音多频，由高频群和低频群组成，高低频群各包含4个频率。一个高频信号和一个低频信号叠加组成一个组合信号，代表一个数字。
　　如图10所示 ：双音多频的拨号键盘是4×4的矩阵，每一行代表一个低频，每一列代表一个高频。每按一个键就发送一个高频和低频的正弦信号组合，比如“1”相当于697和1209赫兹(Hz)。交换机可以解码这些频率组合并确定所对应的按键。