基于单片机的校园安防系统

赵佩勇 辽宁锦州渤海大学工学院

基于单片机的校园安防系统

赵佩勇 辽宁锦州渤海大学工学院

校园安全问题从始至终都得到社会的广泛关注。通过控制校园危险最直接有效的方式是设计安全可靠的校园安防系统，另一方面，校园安防系统设计中除了能够保障校园的安全以外，也要将系统实现所需要投入的资金成本考虑进去，该需要的实现能够通过单片机设备实现。本文主要是站在单片机的角度上进行校园安防模块的设计，其中具体从软件设计以及硬件设计进行介绍。

单片机 校园 安防系统

1 安防系统结构设计

作为保护体系中一种，安防系统的功能以预警为主，起到及时报警的作用，从个人尽可能地将损失以及危险最小化。实时采集信号，分析数据后，将反馈发送给监控中心，另外在所有的报警节点部分都可以完成预警的操作。本文主要是基于单片机的高校校园防护设计，该系统的主要功能模块包括了防火模块、数据传输模块、监视控制模块、险情警报模块、防入侵模块等等。核心模块的功能是预存底层模块采集的数据，数据的传递是由数据传递模块完成的，控制中心进行远程控制。安防系统工作流程图如图1所示。

随时随地地观察，同时将设备中的相关有用信息进行调取，并且把信息的反馈情况发送到控制中心，最终完成监控视频的目的。温度湿度显示的实现中采取了矩阵键盘技术，火灾报警功能的实现运用了报警驱动电路，单片机负责接收来自监控中心发送的命令，这些，命令的发起者是单片机。控制中心负责对报警信息、数据信息进行接收，各个模块彼此之间通过芯片实现连接。核心芯片中保存了重要的准确信息。对接收到的信息进行加工处理，信息传递是由中控室以及网络模块实现完成的。系统的总体架构图如图2所示。

2 系统软件设计

2.1 核心程序构建

图1 安防系统工作流程图

图2 系统的总体架构

图3 核心程序的流程图

基于单片机的校园安防系统设计的主要思路是：当没有出现外来入侵或者火灾情况的时候，就不会产生报警信息，此时显示的信息就是屋内的湿度以及温度信息，其次还包括了当时的时间信息。而且，监控中心会及时地接收到视频数据，由于视频监控的目的是当出现异常现象的时候，可以及时通知监控中心的相关工作人员。不管是哪个模块实现提取数据，都必须先要申请INT引脚。如果同时提出申请的模块有多个，那么此时需要做的就是判断模块的优先级，级别高的，将会优先提出申请。构建硬件主程序的时候，第一步要做的就是初始化程序，接着再将单片机的读写格式、工作方式以及报警上传方式和键盘键位设置确定下来。然后就是初始化设置时首先是上电复位，给点期间对监视器进行初始化，让MCU恢复初始状态，直到VRST电平低于VDD。核心程序的流程图如图3所示。

图4 设定密码的流程

2.2 构建温度湿度模块

温湿度传感器通信中选择DATA以及串行二线接口，时钟线用SCK表示，数据线用DATA表示。

2.3 设定密码程序

在报警模块中具有重要作用的程序是密码程序，密码程序的作用主要是对报警警告实行终止的操作，当在获取密码后就能够将报警解除，如果因为操作的失误而导致了报警，那么只需要安防工作人员将密码通过键盘方式输入就可以成功地把报警解除，从而保卫处就可以分辨出该操作是人为无意导致的，还是其他因素导致的，大大地减少了工作人员的工作负荷。

根据密码的设置，当因为工作人员的错误操作而产生报警信息时，通过键盘输入密码，那么此时系统就会比较人为输入的密码和系统初始化设置的密码。当密码是正确的时候就将报警信号取消掉，不然在系统设定时间以内，持续产生报警信息，每次输入密码都有给3次机会，如果超过了3次后，密码依然错误，那么将无法取消报警，最终表明了有非法入侵行为发生。设定密码的流程如图4所示。

2.4 视频采集程序构建

构建视频采集程序中涉及到了2块功能：设计数据传输程序以及控制前端摄像头。因为单片机本身容量存储比较小，同时视频采集中数据的容量很大，因此单片机在不存储视频前提下，控制中心就会接收到数据。此外第二个功能指的就是所谓的云台控制，该操作的实现前提是将事先编辑好的命令固化。控制命令由控制中心发出，接着这些数据就会经过网络传输模块从而被单片机接收，云台接收到命令，并且和单片机间形成一种特定的网络传输协议，云台方向的以及镜头的方向控制由单片机操作，视频采集模块的软件程序流程图如图5所示。

3 硬件设计

3.1 视频采集模块设计

校园安防系统中的一个比较重要的模块就是视频采集模块，视频采集模块的重要任务就是传递采集到的数据，并且数据保存操作又控制中心完成。视频采集模块的程序图如图5所示。

图5 视频采集块的程序图

3.2 显示模块设计

通常情况下单片机的一天工作时间是24小时，校园安防系统中的重要功能模块是报警模块，信息传递模块。当处于待机时候，单片机不能显示数据信息，从而将资源大大地浪费了，鉴于以上因素的考虑，可以运用单片机解决这个难题，将待机时候，系统的时间显示出来，同时将屋内的温度以及湿度显示出来。

3.2.1 显示电路操作

从功能上CH451可以监控外围以及显示应用数码管，CH451里面的RC震荡电路是用于启动数据设置，以及编译数据和复位数据等，从而完成八位数码管显示功能。与单片机进行数据交换中，应用键盘扫描实现复位操作。单片机连接CH451用到了4个引脚。如果按键操作是不需要的时候，中断引脚就不需要了，电源干扰的阻止操作可以将电阻附加在3个引脚处，并且所加的电阻值范围是500Ω到10KΩ之间波动，当传输的距离比较短的时候就不用加电阻了。

3.2.2 防入侵报警实现的具体流程

防入侵报警模块在启动中会实现分时采集报警，从而可以大大地节约资源，另外使得工作人员的压力大大减少了。当系统是待机监测的时候，一旦出现了非法侵入的现象，前端探测信号就会被触发，单片机就会截获该信号，并且驱动报警信号，报警信号被触发后时间周期被限制。如果因为操作上的失误就会导致了报警无法终止，只有复位装置后，警报才停止。

结语：本文设计的系统的总体架构运用的是防入侵模块以及视频采集模块，借用单片机对声音以及视频影像进行采集。单片机会接收到来自前端摄像头集的数据，接着控制中心就将这些数据接收，单片机对控制摄像头的操作是根据来自控制中心的指令进行的，当出现了非法入侵的时候，红外探测器就会被触发，同时电源就会将给触发信号接收，进而生成报警电信号。

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[2]周进兵.基于风险评估的中小学校园安防系统设计[J].山西建筑,2015(14):239-240

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[4]Anonymous. Norman Data Defense Systems; Government Agency Highlights Norman Cyber Security Assistance in Disabling Large, Multinational Malicious Software Organization[J]. Computers, Networks & Communications,2010

[5]Anonymous. Foreign Military Review; U.S. missile defense system inRomania will benefit regional security - diplomat[J]. Interfax : Russia & CIS Military Information Weekly,2010