邹治银-第六届信息技术应用水平大赛.doc

“第六届信息技术应用水平大赛”电子系统设计产品申报表

产品名称
基于C8051F020的自动报警监控系统
申报单位名称
湖北师范学院 教育信息与技术学院
参赛队员
何欣 陈绪词 邹治银
指导教师
梅斌
联系方式
联系人
邹治银
电话
0714-6575817
手机
13092762028
邮箱
1045005116@
作
品
简
介
(含开发背景、结构说明、功能与使用说明等，字数不超过1000字)
开发背景
城市视频监控管理系统是衡量一个城市现代化管理水平的重要体现，是实现一个城市乃至整个国家安全和稳定的基础。“平安城市”数字视频集中管理系统化科技手段为直接战斗力，整合各种资源以适应城市应急保障制度，是打造“平安城市”的必行之路。城市治安动态监控系统是集安全防范技术、计算机应用技术、网络通信技术、人机交互技术等高新技术为一体的庞大系统。
结构说明
本作品是以C8051F020为核心的自动报警监控系统，设计主要包括C8051F020控制核心、上位机图像处理程序、电源供电电路、555产生不同频率声音的报警电路、显示电路、模拟开关功能选择电路。
该系统的核心是C8051f020，它一方面可以实时捕捉外界的中断信号，一方面通过内部固化软件驱动12864液晶显示器和按键为用户提供人机操作界面，显示系统的具体操作方式，以用户习惯的目录形式展现系统的功能，通过按键获取用户反馈的操作信息；上位机图像处理程序是基于VC的面向对象的串口调试助手，它和一般的调试助手有很大的区别，它不但可以实现串口通信功能，而且还可以进行图像捕捉，因为它集成了OPENCV的图像处理功能；当C8051f020采集到外界中断给的信号，就可以通过它驱动摄像头，从而进行图像捕捉并适当报警；电源部分是系统正常运行的前提，它把220V/50Hz交流电变为系统所需的5V和12V电压，采用分立元件和小型集成芯片提供了稳定的电源电压；报警部分，采用555定时器产生不同频率的声音，使得报警声音符合用户需要，用户也可以通过电位器来调整声音频率，从而满足用户的需要；系统电路还包含继电器和模拟开关，控制报警器系统的正常运行。
功能与使用说明
作品的功能是通过C8051F020单片机的串口控制计算机对突发事件现场进行图像捕获，采用VC与OPENCV图像处理技术实时采集图像并保存图像，并按设定的要求进行报警，从而对事发现场进行实时监控。
使用方法是：
1． 接通5V,12V电源
2． 按任意键进入主目录
3． 按KEY1,KEY2,KEY3进行功能选择:系统运行、解除警报、进入下级目录
4． 系统进入相应的工作状态
设
计
说
明

1．设计方案
1.1 控制方法及实现方案
C8051F020器件是全集成的混合信号系统级MCU芯片。共拥有64个标准数字输入输出接口。C8051F020采用Cygnal的专利CIP-51微控制器内核。CIP-51内核具有标准的8052的所有外设部件，包括5个16位的计数器/定时器、两个全双工的UART、256字节内部RAM、128字节特殊功能寄存器（SFR）地址空间以及8个字节宽的I/O口。CIP-51工作在最大系统时钟频率25MHz时，它的峰值速度达到25MIPS。
拥有片上VDD监视器、看门狗和时钟振荡器的C8051F020芯片可以组成完全独立工作的片上系统。所有数字和模拟外设均可由用户设置使能或禁止。Flash存储器具备系统中编程能力，提供非易失性数据存储，并且允许现场更新51器件。
片上JTAG调试电路使得对安装在最终产品上的8051芯片进行非侵入式（不占用系统资源）、全速的在线调试成为可能，并且支持观察并修改存储器中的寄存器，支持断点、观察点、单步运行、连续运行和停止命令。在使用JTAG进行调试时，所有的模拟和数字外设都可以全功能运行。
1.2电源供电部分方案
方案一是由分立元件构成稳压电源。电路主要由开关调整管、滤波电容、脉冲调制电路、比较放大器、基准电压和采样电路组成。其中电压调节为脉宽调制，并引入反馈调节，使主电路输出±5V电压。该电路是由施密特触发器74HC14、运算放大器LM324、三极管、二极管、电阻、电容以及电感等器件组成，提供了自由调整的功能。图1为主回路的拓扑结构。

图1 由分立元件构成构成的电源电路
方案二是由78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源。通过变压器将交流电网电压220V降为较低的交流电压，然后通过整流桥和电容初步整流滤波得到±17V的电压，最后通过三端固定式集成稳压器7805、7905和电容得到稳定的±5V电压。使用该器件构成的电源电路的电路如图2。

图2 由78/79系列三端稳压IC来组成电源电路
由于由分立元件构成的稳压电源电路复杂，而用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。因此本系统选择方案二。
1.3 显示方案
方案一是由LCD12864进行显示。带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64，内置8192个16*16点汉字，和128个16*8点ASCII字符集。利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16点阵的汉字，也可完成图形显示，并具有低电压低功耗等特点。
方案二是由LCD1602进行显示。字符型LCD 通常有14 条引脚线或16 条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线VCC(15 脚)和地线GND16 脚)，其控制原理与14 脚的LCD完全一样。
由于字符型液晶显示模块是一种专门用于显示字母、数字、符号等点阵式的LCD，本系统设计需要用到汉字显示和人机操作界面。所以使用1602就显得资源不足，通过对以上方案的比较，本系统设计选择方案一。
2系统硬件设计与实现
 系统硬件整体分为电源电路和控制电路两部分。
2.1 主电源电路的设计
电源是整个电路的动力，选择合适的、稳定的电源电路能使整个系统单元能够更好地协调工作。下图是的由三端固定式集成稳压器7805、7905和电容得到稳定的±5V电压的电源电路。

图2.1 主电源电路图
2.2 单片机控制电路的设计
控制电路的设计是基于C8051F020的核心板以及外围电路来完成的，P2.0~P2.2接KEY1,KEY2,KEY3，组成按键电路；P3.0，P3.1来控制报警电路；
P3.2进行中断检测；P4口与LCD进行数据传输。部分原理图如图2.2

图2.2 C8051F020核心芯片部分原理图
2.3. 报警电路的设计
报警电路所用的声音频率是555定时器产生的，可以通过改变下图2.3(a)的电阻值的大小，从而可以实现不同的频率的声音；本系统还用了模拟开关进行选择与控制声音的频率与开关，从而可以很方便控制报警系统。

图2.3(a)　555定时器产生不同声音频率

图2.3（b　报警电路
3.系统的软件设计
本系统使用的上位机是用VC编写的串口通信软件，在这个串口通信软件中集成了很多OPENCV的关于图像处理方面的函数，主要是在C8051F020捕捉到中断时，单片机向PC机发送指令，而指令的接受和传输是通过串口来完成的，所以必须把图像处理函数和串口通信软件集成才可以进行实时捕捉事发现场；当有中断来触发单片机时，单片机发送命令给PC机，PC机就马上控制摄像头进行捕捉图片，并且将捕捉来的图片保存下来。
另外，本系统还用C8051F020控制LCD12864进行显示，用12864以目录的形式显示本系统的大致功能与具体的使用方法，方便对本系统进行操作与使用。
图3是本系统的程序流程图：

图3 系统主程序流程图
产
品
特
色
（含产品的先进性、实用性、创新性等，字数不超过500字）
本系统使用的上位机是用VC编写的串口通信软件，它集成了很多OPENCV的关于图像处理方面的函数，可以进行实时捕捉事发现场；当有中断来触发单片机时，单片机发送命令给PC机，PC机就马上控制摄像头进行捕捉图片，并且将捕捉来的图片保存下来。
但是后来发现 opencv函数保存的图片名称都是一样的，在下一张图片被保存的时候，前一张会被覆盖。所以必须调用PC机的系统函数，并把PC机的本地时间捕捉过来，通过数组把时间信息保存下来，在命名图片时，就可以以时间来命名，这样不但解决了图片被覆盖的问题，还可以方便以后数据的查找，这也是系统的创新点之一。
另外，该系统还是低功耗环保的，在液晶显示部分该系统还加入了一个控制显示的开关，在系统运行的时候可以关闭显示，但系统还是正常运行，由于系统的电源是由我们自己提供的直流电源，就可以省去电池等不环保的电源的使用了。
最后，该系统的实用性十分好，不管是用在火灾现场还是家用的安全报警，还是水位的控制等都可以，只要用户将系统的中断按键用相应的传感器代替就行，当传感器感应到外界的事件产生一个低电平，就可以触发系统运行并报警。