基于单片机的校园安防系统研究

鹿 蕾 王玉凯 石 华

（沈阳理工大学 辽宁 沈阳 110159）

基于单片机的校园安防系统研究

鹿 蕾 王玉凯 石 华

（沈阳理工大学 辽宁 沈阳 110159）

校园安全问题一直都是社会关注的问题。通过建立安全有效的校园安防系统才能够最快最有效的将危险控制。另外，从多个角度分析，校园安防系统不仅要起到保护学生的作用，还需要考虑到经费情况，针对这个要求可以采用单片机设备。本文拟从单片机设备的角度从校园安防系统的模块设计和软件设计两个方面进行分析，旨在通过利用单片机设备建立一个全方位、立体化的校园安防系统。

单片机；校园安防系统；预警

0.引言

校园安防系统的主要作用是火灾预警、视频采集等作用。学校培养的都是国家的未来，家长的希望，学生一旦受到伤害不仅给社会带来严重影响，对一个家庭而言更是巨大的打击。因此关于校园安全，不仅要上升到校园层面，更加需要上升到全社会的层面。单片机在不断的发展过程中逐渐展现出良好应用性能。

1.基于单片机的校园安防系统模块设计

（1）主控模块，本次研究在综合考虑了多个方面的因素之后针对核心部件的选择，既要考虑资金，又要考虑功耗和稳定性，利用单片机作为核心部件，同时考虑到运算速度、扩展性、处理能力方面最终选择某公司生产的C8051F020单片机。主模块在整个系统的关键作用是对数据进行分析与传递[1]。在端口的分配方面，对显示模块、视频采集模块、网络通信模块进行端口分配。

（2）视频采集模块，考虑到单片机的存储容量，该模块的基本工作程序为前端采集单元→单片机→网络传输→控制中心。针对视频监控方面，拟采用网络化的视频采集方式[2]。如何实现视频的监控，这就需要单片机将前端摄像头采集到的信息传输至控制中心，再对摄像头进行调节达到监控要求。目前市场上有半球摄像头和枪式摄像头，可根据校园具体情况安装不同类型的摄像头。

（3）显示模块，考虑到校园安防系统是在有警情的情况下实现各项功能。其他时间就处于待机情况，待机情况在一定程度上会造成资源的浪费，因此可以设计成单片机在待机状态下显示时间和室内温度。从键盘接口和显示电路操作两个方面分析，综合性考虑现有键盘接口技术，结合本次研究目的最终选择CH451芯片实现键盘接口的扩展。该键盘接口能够与单片机实现数据的交换，并通过键盘扫描完成复位等监控功能。根据本次设计，使用四分之一的按键就能够满足本次设计要求，因此需要对其他三个引脚采取加电阻的方式有效阻止电源干扰。

（4）温度湿度采集模块，本次研究采用的是某公司生产的SHT11,该传感器能够实现对温度和湿度的精确识别，而且经济实惠。其在温湿度调节器等领域应用十分广泛。在本次研究中，通过利用单片机对SHT11进行调控，从而实现对温度和湿度的采集。

（5）火情监测模块，火情监测不仅要报告准确，还要报告及时。一旦出现误报的情况十分容易引起校园内学生恐慌，甚至造成严重后果。为了提高预报质量，采用烟雾探测器探测火灾[3]。目前市场中主要由离子感烟探测器、光电感烟探测器。对比分析两种不同类型的感烟探测器的优缺点，最终决定使用某公司生产的光电感烟探测器。

（6）防入侵模块，这个模块主要针对的是校园内重要的场所例如财务室等，针对非法侵入的人员实现报警。在综合考虑了经济条件、功能功耗等多个方面因素之后决定使用热释电红外线传感器。防入侵报警模块的具体工作流程：开始→系统初始化→检测外部有无信号输入（有）→启动声光报警电路开始报警→声光报警是否持续10S（是）→声光报警结束→是否还有检测信号等待下次报警（无）→结束。

（7）网络传输模块，这个模块是将每一个单独的模块连接起来，实现一个信息传递的作用。网络控制的芯片选择，选择某公司生产的CP2200，该芯片集成以太网控制器、并行主机接口、存储器。

2.基于单片机的校园安防系统软件设计

本次研究基于单片机的校园安防系统，其日常工作状态为：在没有任何险情、警情和入侵情况发生之余，系统发挥出显示时间、室内温度和湿度的作用。另外视频采集模块将每一个摄像头采集到的信息通过数据传输至监控中心，针对有情况发生让监控中心的管理人员能够及时发现[4]。该系统核心程序的运行流程：开始→关中断→单片机初始化→设置初始密码→CH451初始化→开中断→定时器计数器1基准时钟→一秒钟到否→送CH451显示。

（1）针对温度湿度模块的某件，采用串行二线接口SCK（时钟线）和DATA（数据线），显示流程为：温湿度显示程序→初始化SH11→与SH11建立通信→读取温度→送CH451显示→读取湿度→送CH451显示→按键松开否（是）→返回。

（2）一旦因任何危险因素出发安防系统警报，相关工作人员在发现警报之后还需要一个操作停止报警警告，这就需要设定密码程序。通过这个程度输入密码完成警报的解除[5]。这就需要利用键盘输入密码，密码输入与提前设置好的密码匹配上则报警信号取消，一共有三次输入机会，三次密码错误则持续报警。具体流程为：密码程度→定时计数器2→输入密码→密码正确（是）→返回，如果密码不正确则触发密码错误警告→三次到否（是）→驱动报警，如果三次未到但定时时间到同样驱动报警。

（3）火灾报警，通过前端的光电烟雾探测头能够将实时采集到的数据传输至核心芯片，得到的数值如果高于系统设置的数值则触发报警电路和执行电路。为了避免出现误报情况，最好能够在发生警报的房间进行温度信息的查看，当两个条件都满足则启动报警电路。

（4）视频采集，这个过程主要进行两个方面的操作，一方面是将数据传输至控制中心，另一方面是控制中心对前端摄像头进行控制。这个过程最重要的就是程序设计，考虑到单片机存储容量不大，因此设计成单片机不存储视频直接将其传送至控制中心。控制中心对前端摄像头的控制方面，具体的运行流程：单片机初始化→接头控制代码→预置调用→判断功能→调用→调用位置→检测当前位置→与所调用位置对比→判断差值→返回。

（5）防入侵模块，主要从两个方面进行分析，包含入侵报警和地点的判断。为了减少发生误报的可能，需要对单片机进行初始化，而且核心设备还需要不断的检测是否存在报警信息，具体的软件流程：程序初始化→循环检测→有无报警（有）→延时等待→读取相同端口→相符（是）→显示并报警。

3.结语

本次研究重点是从单片机的角度进行校园安防系统的设计，通过结合实际的设计，设计出了涵盖温湿度采集、防火防盗报警、误操作提醒、视频采集等多项功能的校园安防系统。通过利用某型号的单片机作为核心完成各个程序的构建与设计。本次研究的重点是充分站在实际应用的角度，从经济、实用、安全、功耗多个方面进行综合设计，在达到校园安防要求的基础上为校园建立一个完善的、立体化的保卫系统，真正发挥出安防系统的作用。

[1]曾咪,赵锋.校园安防系统中单片机串行口通信效率研究[J].福建电脑,2012,11（03）:121-122+105.

[2]徐伟恒,苏志芳,荣剑,张宏翔.校园安防智能电话报警系统设计与实现[J].电子设计工程,2011,21（03）:31-33.

[3]吴成茂.基于图像识别的校园安防系统设计与实现[J].数字技术与应用,2011, 3（06）:118-120.

[4]赵月静,陈继荣,张永弟.单片机原理及应用课程创新实践教学改革[J].实验技术与管理,2013,27（01）:176-179.

[5]吕俊亚.一种基于单片机的温度控制系统设计与实现[J].计算机仿真,2012,19（07）:230-233.

G322

B

1007-6344（2016）07-0321-01

鹿蕾（1994.04--）女，辽宁省葫芦岛市人，本科学历，专业：测控技术与仪器。

王玉凯（1994.12--）男，辽宁省葫芦岛市人，本科学历，专业：测控技术与仪器。

石华（1993.01--）男，内蒙古省赤峰市人，本科学历，专业：测控技术与仪器。