基于單片機(jī)的校園安防系統(tǒng)研究

鹿 蕾 王玉凱 石 華

（沈陽(yáng)理工大學(xué) 遼寧 沈陽(yáng) 110159）

基于單片機(jī)的校園安防系統(tǒng)研究

鹿 蕾 王玉凱 石 華

（沈陽(yáng)理工大學(xué) 遼寧 沈陽(yáng) 110159）

校園安全問題一直都是社會(huì)關(guān)注的問題。通過建立安全有效的校園安防系統(tǒng)才能夠最快最有效的將危險(xiǎn)控制。另外，從多個(gè)角度分析，校園安防系統(tǒng)不僅要起到保護(hù)學(xué)生的作用，還需要考慮到經(jīng)費(fèi)情況，針對(duì)這個(gè)要求可以采用單片機(jī)設(shè)備。本文擬從單片機(jī)設(shè)備的角度從校園安防系統(tǒng)的模塊設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)方面進(jìn)行分析，旨在通過利用單片機(jī)設(shè)備建立一個(gè)全方位、立體化的校園安防系統(tǒng)。

單片機(jī)；校園安防系統(tǒng)；預(yù)警

0.引言

校園安防系統(tǒng)的主要作用是火災(zāi)預(yù)警、視頻采集等作用。學(xué)校培養(yǎng)的都是國(guó)家的未來，家長(zhǎng)的希望，學(xué)生一旦受到傷害不僅給社會(huì)帶來嚴(yán)重影響，對(duì)一個(gè)家庭而言更是巨大的打擊。因此關(guān)于校園安全，不僅要上升到校園層面，更加需要上升到全社會(huì)的層面。單片機(jī)在不斷的發(fā)展過程中逐漸展現(xiàn)出良好應(yīng)用性能。

1.基于單片機(jī)的校園安防系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

（1）主控模塊，本次研究在綜合考慮了多個(gè)方面的因素之后針對(duì)核心部件的選擇，既要考慮資金，又要考慮功耗和穩(wěn)定性，利用單片機(jī)作為核心部件，同時(shí)考慮到運(yùn)算速度、擴(kuò)展性、處理能力方面最終選擇某公司生產(chǎn)的C8051F020單片機(jī)。主模塊在整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵作用是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與傳遞[1]。在端口的分配方面，對(duì)顯示模塊、視頻采集模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊進(jìn)行端口分配。

（2）視頻采集模塊，考慮到單片機(jī)的存儲(chǔ)容量，該模塊的基本工作程序?yàn)榍岸瞬杉瘑卧鷨纹瑱C(jī)→網(wǎng)絡(luò)傳輸→控制中心。針對(duì)視頻監(jiān)控方面，擬采用網(wǎng)絡(luò)化的視頻采集方式[2]。如何實(shí)現(xiàn)視頻的監(jiān)控，這就需要單片機(jī)將前端攝像頭采集到的信息傳輸至控制中心，再對(duì)攝像頭進(jìn)行調(diào)節(jié)達(dá)到監(jiān)控要求。目前市場(chǎng)上有半球攝像頭和槍式攝像頭，可根據(jù)校園具體情況安裝不同類型的攝像頭。

（3）顯示模塊，考慮到校園安防系統(tǒng)是在有警情的情況下實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能。其他時(shí)間就處于待機(jī)情況，待機(jī)情況在一定程度上會(huì)造成資源的浪費(fèi)，因此可以設(shè)計(jì)成單片機(jī)在待機(jī)狀態(tài)下顯示時(shí)間和室內(nèi)溫度。從鍵盤接口和顯示電路操作兩個(gè)方面分析，綜合性考慮現(xiàn)有鍵盤接口技術(shù)，結(jié)合本次研究目的最終選擇CH451芯片實(shí)現(xiàn)鍵盤接口的擴(kuò)展。該鍵盤接口能夠與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交換，并通過鍵盤掃描完成復(fù)位等監(jiān)控功能。根據(jù)本次設(shè)計(jì)，使用四分之一的按鍵就能夠滿足本次設(shè)計(jì)要求，因此需要對(duì)其他三個(gè)引腳采取加電阻的方式有效阻止電源干擾。

（4）溫度濕度采集模塊，本次研究采用的是某公司生產(chǎn)的SHT11,該傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)溫度和濕度的精確識(shí)別，而且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。其在溫濕度調(diào)節(jié)器等領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。在本次研究中，通過利用單片機(jī)對(duì)SHT11進(jìn)行調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度和濕度的采集。

（5）火情監(jiān)測(cè)模塊，火情監(jiān)測(cè)不僅要報(bào)告準(zhǔn)確，還要報(bào)告及時(shí)。一旦出現(xiàn)誤報(bào)的情況十分容易引起校園內(nèi)學(xué)生恐慌，甚至造成嚴(yán)重后果。為了提高預(yù)報(bào)質(zhì)量，采用煙霧探測(cè)器探測(cè)火災(zāi)[3]。目前市場(chǎng)中主要由離子感煙探測(cè)器、光電感煙探測(cè)器。對(duì)比分析兩種不同類型的感煙探測(cè)器的優(yōu)缺點(diǎn)，最終決定使用某公司生產(chǎn)的光電感煙探測(cè)器。

（6）防入侵模塊，這個(gè)模塊主要針對(duì)的是校園內(nèi)重要的場(chǎng)所例如財(cái)務(wù)室等，針對(duì)非法侵入的人員實(shí)現(xiàn)報(bào)警。在綜合考慮了經(jīng)濟(jì)條件、功能功耗等多個(gè)方面因素之后決定使用熱釋電紅外線傳感器。防入侵報(bào)警模塊的具體工作流程：開始→系統(tǒng)初始化→檢測(cè)外部有無信號(hào)輸入（有）→啟動(dòng)聲光報(bào)警電路開始報(bào)警→聲光報(bào)警是否持續(xù)10S（是）→聲光報(bào)警結(jié)束→是否還有檢測(cè)信號(hào)等待下次報(bào)警（無）→結(jié)束。

（7）網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊，這個(gè)模塊是將每一個(gè)單獨(dú)的模塊連接起來，實(shí)現(xiàn)一個(gè)信息傳遞的作用。網(wǎng)絡(luò)控制的芯片選擇，選擇某公司生產(chǎn)的CP2200，該芯片集成以太網(wǎng)控制器、并行主機(jī)接口、存儲(chǔ)器。

2.基于單片機(jī)的校園安防系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本次研究基于單片機(jī)的校園安防系統(tǒng)，其日常工作狀態(tài)為：在沒有任何險(xiǎn)情、警情和入侵情況發(fā)生之余，系統(tǒng)發(fā)揮出顯示時(shí)間、室內(nèi)溫度和濕度的作用。另外視頻采集模塊將每一個(gè)攝像頭采集到的信息通過數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心，針對(duì)有情況發(fā)生讓監(jiān)控中心的管理人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)[4]。該系統(tǒng)核心程序的運(yùn)行流程：開始→關(guān)中斷→單片機(jī)初始化→設(shè)置初始密碼→CH451初始化→開中斷→定時(shí)器計(jì)數(shù)器1基準(zhǔn)時(shí)鐘→一秒鐘到否→送CH451顯示。

（1）針對(duì)溫度濕度模塊的某件，采用串行二線接口SCK（時(shí)鐘線）和DATA（數(shù)據(jù)線），顯示流程為：溫濕度顯示程序→初始化SH11→與SH11建立通信→讀取溫度→送CH451顯示→讀取濕度→送CH451顯示→按鍵松開否（是）→返回。

（2）一旦因任何危險(xiǎn)因素出發(fā)安防系統(tǒng)警報(bào)，相關(guān)工作人員在發(fā)現(xiàn)警報(bào)之后還需要一個(gè)操作停止報(bào)警警告，這就需要設(shè)定密碼程序。通過這個(gè)程度輸入密碼完成警報(bào)的解除[5]。這就需要利用鍵盤輸入密碼，密碼輸入與提前設(shè)置好的密碼匹配上則報(bào)警信號(hào)取消，一共有三次輸入機(jī)會(huì)，三次密碼錯(cuò)誤則持續(xù)報(bào)警。具體流程為：密碼程度→定時(shí)計(jì)數(shù)器2→輸入密碼→密碼正確（是）→返回，如果密碼不正確則觸發(fā)密碼錯(cuò)誤警告→三次到否（是）→驅(qū)動(dòng)報(bào)警，如果三次未到但定時(shí)時(shí)間到同樣驅(qū)動(dòng)報(bào)警。

（3）火災(zāi)報(bào)警，通過前端的光電煙霧探測(cè)頭能夠?qū)?shí)時(shí)采集到的數(shù)據(jù)傳輸至核心芯片，得到的數(shù)值如果高于系統(tǒng)設(shè)置的數(shù)值則觸發(fā)報(bào)警電路和執(zhí)行電路。為了避免出現(xiàn)誤報(bào)情況，最好能夠在發(fā)生警報(bào)的房間進(jìn)行溫度信息的查看，當(dāng)兩個(gè)條件都滿足則啟動(dòng)報(bào)警電路。

（4）視頻采集，這個(gè)過程主要進(jìn)行兩個(gè)方面的操作，一方面是將數(shù)據(jù)傳輸至控制中心，另一方面是控制中心對(duì)前端攝像頭進(jìn)行控制。這個(gè)過程最重要的就是程序設(shè)計(jì)，考慮到單片機(jī)存儲(chǔ)容量不大，因此設(shè)計(jì)成單片機(jī)不存儲(chǔ)視頻直接將其傳送至控制中心。控制中心對(duì)前端攝像頭的控制方面，具體的運(yùn)行流程：?jiǎn)纹瑱C(jī)初始化→接頭控制代碼→預(yù)置調(diào)用→判斷功能→調(diào)用→調(diào)用位置→檢測(cè)當(dāng)前位置→與所調(diào)用位置對(duì)比→判斷差值→返回。

（5）防入侵模塊，主要從兩個(gè)方面進(jìn)行分析，包含入侵報(bào)警和地點(diǎn)的判斷。為了減少發(fā)生誤報(bào)的可能，需要對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化，而且核心設(shè)備還需要不斷的檢測(cè)是否存在報(bào)警信息，具體的軟件流程：程序初始化→循環(huán)檢測(cè)→有無報(bào)警（有）→延時(shí)等待→讀取相同端口→相符（是）→顯示并報(bào)警。

3.結(jié)語(yǔ)

本次研究重點(diǎn)是從單片機(jī)的角度進(jìn)行校園安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過結(jié)合實(shí)際的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出了涵蓋溫濕度采集、防火防盜報(bào)警、誤操作提醒、視頻采集等多項(xiàng)功能的校園安防系統(tǒng)。通過利用某型號(hào)的單片機(jī)作為核心完成各個(gè)程序的構(gòu)建與設(shè)計(jì)。本次研究的重點(diǎn)是充分站在實(shí)際應(yīng)用的角度，從經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、安全、功耗多個(gè)方面進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)，在達(dá)到校園安防要求的基礎(chǔ)上為校園建立一個(gè)完善的、立體化的保衛(wèi)系統(tǒng)，真正發(fā)揮出安防系統(tǒng)的作用。

[1]曾咪,趙鋒.校園安防系統(tǒng)中單片機(jī)串行口通信效率研究[J].福建電腦,2012,11（03）:121-122+105.

[2]徐偉恒,蘇志芳,榮劍,張宏翔.校園安防智能電話報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子設(shè)計(jì)工程,2011,21（03）:31-33.

[3]吳成茂.基于圖像識(shí)別的校園安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2011, 3（06）:118-120.

[4]趙月靜,陳繼榮,張永弟.單片機(jī)原理及應(yīng)用課程創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)改革[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2013,27（01）:176-179.

[5]呂俊亞.一種基于單片機(jī)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)仿真,2012,19（07）:230-233.

G322

B

1007-6344（2016）07-0321-01

鹿蕾（1994.04--）女，遼寧省葫蘆島市人，本科學(xué)歷，專業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器。

王玉凱（1994.12--）男，遼寧省葫蘆島市人，本科學(xué)歷，專業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器。

石華（1993.01--）男，內(nèi)蒙古省赤峰市人，本科學(xué)歷，專業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器。