基于單片機的校園安防系統研究

鹿 蕾 王玉凱 石 華

（沈陽理工大學 遼寧 沈陽 110159）

基于單片機的校園安防系統研究

鹿 蕾 王玉凱 石 華

（沈陽理工大學 遼寧 沈陽 110159）

校園安全問題一直都是社會關注的問題。通過建立安全有效的校園安防系統才能夠最快最有效的將危險控制。另外，從多個角度分析，校園安防系統不僅要起到保護學生的作用，還需要考慮到經費情況，針對這個要求可以采用單片機設備。本文擬從單片機設備的角度從校園安防系統的模塊設計和軟件設計兩個方面進行分析，旨在通過利用單片機設備建立一個全方位、立體化的校園安防系統。

單片機；校園安防系統；預警

0.引言

校園安防系統的主要作用是火災預警、視頻采集等作用。學校培養的都是國家的未來，家長的希望，學生一旦受到傷害不僅給社會帶來嚴重影響，對一個家庭而言更是巨大的打擊。因此關于校園安全，不僅要上升到校園層面，更加需要上升到全社會的層面。單片機在不斷的發展過程中逐漸展現出良好應用性能。

1.基于單片機的校園安防系統模塊設計

（1）主控模塊，本次研究在綜合考慮了多個方面的因素之后針對核心部件的選擇，既要考慮資金，又要考慮功耗和穩定性，利用單片機作為核心部件，同時考慮到運算速度、擴展性、處理能力方面最終選擇某公司生產的C8051F020單片機。主模塊在整個系統的關鍵作用是對數據進行分析與傳遞[1]。在端口的分配方面，對顯示模塊、視頻采集模塊、網絡通信模塊進行端口分配。

（2）視頻采集模塊，考慮到單片機的存儲容量，該模塊的基本工作程序為前端采集單元→單片機→網絡傳輸→控制中心。針對視頻監控方面，擬采用網絡化的視頻采集方式[2]。如何實現視頻的監控，這就需要單片機將前端攝像頭采集到的信息傳輸至控制中心，再對攝像頭進行調節達到監控要求。目前市場上有半球攝像頭和槍式攝像頭，可根據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是在有警情的情況下實現各項功能。其他時間就處于待機情況，待機情況在一定程度上會造成資源的浪費，因此可以設計成單片機在待機狀態下顯示時間和室內溫度。從鍵盤接口和顯示電路操作兩個方面分析，綜合性考慮現有鍵盤接口技術，結合本次研究目的最終選擇CH451芯片實現鍵盤接口的擴展。該鍵盤接口能夠與單片機實現數據的交換，并通過鍵盤掃描完成復位等監控功能。根據本次設計，使用四分之一的按鍵就能夠滿足本次設計要求，因此需要對其他三個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的SHT11,該傳感器能夠實現對溫度和濕度的精確識別，而且經濟實惠。其在溫濕度調節器等領域應用十分廣泛。在本次研究中，通過利用單片機對SHT11進行調控，從而實現對溫度和濕度的采集。

（5）火情監測模塊，火情監測不僅要報告準確，還要報告及時。一旦出現誤報的情況十分容易引起校園內學生恐慌，甚至造成嚴重后果。為了提高預報質量，采用煙霧探測器探測火災[3]。目前市場中主要由離子感煙探測器、光電感煙探測器。對比分析兩種不同類型的感煙探測器的優缺點，最終決定使用某公司生產的光電感煙探測器。

（6）防入侵模塊，這個模塊主要針對的是校園內重要的場所例如財務室等，針對非法侵入的人員實現報警。在綜合考慮了經濟條件、功能功耗等多個方面因素之后決定使用熱釋電紅外線傳感器。防入侵報警模塊的具體工作流程：開始→系統初始化→檢測外部有無信號輸入（有）→啟動聲光報警電路開始報警→聲光報警是否持續10S（是）→聲光報警結束→是否還有檢測信號等待下次報警（無）→結束。

（7）網絡傳輸模塊，這個模塊是將每一個單獨的模塊連接起來，實現一個信息傳遞的作用。網絡控制的芯片選擇，選擇某公司生產的CP2200，該芯片集成以太網控制器、并行主機接口、存儲器。

2.基于單片機的校園安防系統軟件設計

本次研究基于單片機的校園安防系統，其日常工作狀態為：在沒有任何險情、警情和入侵情況發生之余，系統發揮出顯示時間、室內溫度和濕度的作用。另外視頻采集模塊將每一個攝像頭采集到的信息通過數據傳輸至監控中心，針對有情況發生讓監控中心的管理人員能夠及時發現[4]。該系統核心程序的運行流程：開始→關中斷→單片機初始化→設置初始密碼→CH451初始化→開中斷→定時器計數器1基準時鐘→一秒鐘到否→送CH451顯示。

（1）針對溫度濕度模塊的某件，采用串行二線接口SCK（時鐘線）和DATA（數據線），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）一旦因任何危險因素出發安防系統警報，相關工作人員在發現警報之后還需要一個操作停止報警警告，這就需要設定密碼程序。通過這個程度輸入密碼完成警報的解除[5]。這就需要利用鍵盤輸入密碼，密碼輸入與提前設置好的密碼匹配上則報警信號取消，一共有三次輸入機會，三次密碼錯誤則持續報警。具體流程為：密碼程度→定時計數器2→輸入密碼→密碼正確（是）→返回，如果密碼不正確則觸發密碼錯誤警告→三次到否（是）→驅動報警，如果三次未到但定時時間到同樣驅動報警。

（3）火災報警，通過前端的光電煙霧探測頭能夠將實時采集到的數據傳輸至核心芯片，得到的數值如果高于系統設置的數值則觸發報警電路和執行電路。為了避免出現誤報情況，最好能夠在發生警報的房間進行溫度信息的查看，當兩個條件都滿足則啟動報警電路。

（4）視頻采集，這個過程主要進行兩個方面的操作，一方面是將數據傳輸至控制中心，另一方面是控制中心對前端攝像頭進行控制。這個過程最重要的就是程序設計，考慮到單片機存儲容量不大，因此設計成單片機不存儲視頻直接將其傳送至控制中心。控制中心對前端攝像頭的控制方面，具體的運行流程：單片機初始化→接頭控制代碼→預置調用→判斷功能→調用→調用位置→檢測當前位置→與所調用位置對比→判斷差值→返回。

（5）防入侵模塊，主要從兩個方面進行分析，包含入侵報警和地點的判斷。為了減少發生誤報的可能，需要對單片機進行初始化，而且核心設備還需要不斷的檢測是否存在報警信息，具體的軟件流程：程序初始化→循環檢測→有無報警（有）→延時等待→讀取相同端口→相符（是）→顯示并報警。

3.結語

本次研究重點是從單片機的角度進行校園安防系統的設計，通過結合實際的設計，設計出了涵蓋溫濕度采集、防火防盜報警、誤操作提醒、視頻采集等多項功能的校園安防系統。通過利用某型號的單片機作為核心完成各個程序的構建與設計。本次研究的重點是充分站在實際應用的角度，從經濟、實用、安全、功耗多個方面進行綜合設計，在達到校園安防要求的基礎上為校園建立一個完善的、立體化的保衛系統，真正發揮出安防系統的作用。

[1]曾咪,趙鋒.校園安防系統中單片機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警系統設計與實現[J].電子設計工程,2011,21（03）:31-33.

[3]吳成茂.基于圖像識別的校園安防系統設計與實現[J].數字技術與應用,2011, 3（06）:118-120.

[4]趙月靜,陳繼榮,張永弟.單片機原理及應用課程創新實踐教學改革[J].實驗技術與管理,2013,27（01）:176-179.

[5]呂俊亞.一種基于單片機的溫度控制系統設計與實現[J].計算機仿真,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，本科學歷，專業：測控技術與儀器。

王玉凱（1994.12--）男，遼寧省葫蘆島市人，本科學歷，專業：測控技術與儀器。

石華（1993.01--）男，內蒙古省赤峰市人，本科學歷，專業：測控技術與儀器。