趙佩勇 遼寧錦州渤海大學工學院

基于單片機的校園安防系統(tǒng)

趙佩勇 遼寧錦州渤海大學工學院

校園安全問題從始至終都得到社會的廣泛關注。通過控制校園危險最直接有效的方式是設計安全可靠的校園安防系統(tǒng)，另一方面，校園安防系統(tǒng)設計中除了能夠保障校園的安全以外，也要將系統(tǒng)實現(xiàn)所需要投入的資金成本考慮進去，該需要的實現(xiàn)能夠通過單片機設備實現(xiàn)。本文主要是站在單片機的角度上進行校園安防模塊的設計，其中具體從軟件設計以及硬件設計進行介紹。

單片機 校園 安防系統(tǒng)

1 安防系統(tǒng)結構設計

作為保護體系中一種，安防系統(tǒng)的功能以預警為主，起到及時報警的作用，從個人盡可能地將損失以及危險最小化。實時采集信號，分析數(shù)據(jù)后，將反饋發(fā)送給監(jiān)控中心，另外在所有的報警節(jié)點部分都可以完成預警的操作。本文主要是基于單片機的高校校園防護設計，該系統(tǒng)的主要功能模塊包括了防火模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、監(jiān)視控制模塊、險情警報模塊、防入侵模塊等等。核心模塊的功能是預存底層模塊采集的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的傳遞是由數(shù)據(jù)傳遞模塊完成的，控制中心進行遠程控制。安防系統(tǒng)工作流程圖如圖1所示。

隨時隨地地觀察，同時將設備中的相關有用信息進行調取，并且把信息的反饋情況發(fā)送到控制中心，最終完成監(jiān)控視頻的目的。溫度濕度顯示的實現(xiàn)中采取了矩陣鍵盤技術，火災報警功能的實現(xiàn)運用了報警驅動電路，單片機負責接收來自監(jiān)控中心發(fā)送的命令，這些，命令的發(fā)起者是單片機。控制中心負責對報警信息、數(shù)據(jù)信息進行接收，各個模塊彼此之間通過芯片實現(xiàn)連接。核心芯片中保存了重要的準確信息。對接收到的信息進行加工處理，信息傳遞是由中控室以及網(wǎng)絡模塊實現(xiàn)完成的。系統(tǒng)的總體架構圖如圖2所示。

2 系統(tǒng)軟件設計

2.1 核心程序構建

圖1 安防系統(tǒng)工作流程圖

圖2 系統(tǒng)的總體架構

圖3 核心程序的流程圖

基于單片機的校園安防系統(tǒng)設計的主要思路是：當沒有出現(xiàn)外來入侵或者火災情況的時候，就不會產(chǎn)生報警信息，此時顯示的信息就是屋內(nèi)的濕度以及溫度信息，其次還包括了當時的時間信息。而且，監(jiān)控中心會及時地接收到視頻數(shù)據(jù)，由于視頻監(jiān)控的目的是當出現(xiàn)異?，F(xiàn)象的時候，可以及時通知監(jiān)控中心的相關工作人員。不管是哪個模塊實現(xiàn)提取數(shù)據(jù)，都必須先要申請INT引腳。如果同時提出申請的模塊有多個，那么此時需要做的就是判斷模塊的優(yōu)先級，級別高的，將會優(yōu)先提出申請。構建硬件主程序的時候，第一步要做的就是初始化程序，接著再將單片機的讀寫格式、工作方式以及報警上傳方式和鍵盤鍵位設置確定下來。然后就是初始化設置時首先是上電復位，給點期間對監(jiān)視器進行初始化，讓MCU恢復初始狀態(tài)，直到VRST電平低于VDD。核心程序的流程圖如圖3所示。

圖4 設定密碼的流程

2.2 構建溫度濕度模塊

溫濕度傳感器通信中選擇DATA以及串行二線接口，時鐘線用SCK表示，數(shù)據(jù)線用DATA表示。

2.3 設定密碼程序

在報警模塊中具有重要作用的程序是密碼程序，密碼程序的作用主要是對報警警告實行終止的操作，當在獲取密碼后就能夠將報警解除，如果因為操作的失誤而導致了報警，那么只需要安防工作人員將密碼通過鍵盤方式輸入就可以成功地把報警解除，從而保衛(wèi)處就可以分辨出該操作是人為無意導致的，還是其他因素導致的，大大地減少了工作人員的工作負荷。

根據(jù)密碼的設置，當因為工作人員的錯誤操作而產(chǎn)生報警信息時，通過鍵盤輸入密碼，那么此時系統(tǒng)就會比較人為輸入的密碼和系統(tǒng)初始化設置的密碼。當密碼是正確的時候就將報警信號取消掉，不然在系統(tǒng)設定時間以內(nèi)，持續(xù)產(chǎn)生報警信息，每次輸入密碼都有給3次機會，如果超過了3次后，密碼依然錯誤，那么將無法取消報警，最終表明了有非法入侵行為發(fā)生。設定密碼的流程如圖4所示。

2.4 視頻采集程序構建

構建視頻采集程序中涉及到了2塊功能：設計數(shù)據(jù)傳輸程序以及控制前端攝像頭。因為單片機本身容量存儲比較小，同時視頻采集中數(shù)據(jù)的容量很大，因此單片機在不存儲視頻前提下，控制中心就會接收到數(shù)據(jù)。此外第二個功能指的就是所謂的云臺控制，該操作的實現(xiàn)前提是將事先編輯好的命令固化?？刂泼钣煽刂浦行陌l(fā)出，接著這些數(shù)據(jù)就會經(jīng)過網(wǎng)絡傳輸模塊從而被單片機接收，云臺接收到命令，并且和單片機間形成一種特定的網(wǎng)絡傳輸協(xié)議，云臺方向的以及鏡頭的方向控制由單片機操作，視頻采集模塊的軟件程序流程圖如圖5所示。

3 硬件設計

3.1 視頻采集模塊設計

校園安防系統(tǒng)中的一個比較重要的模塊就是視頻采集模塊，視頻采集模塊的重要任務就是傳遞采集到的數(shù)據(jù)，并且數(shù)據(jù)保存操作又控制中心完成。視頻采集模塊的程序圖如圖5所示。

圖5 視頻采集塊的程序圖

3.2 顯示模塊設計

通常情況下單片機的一天工作時間是24小時，校園安防系統(tǒng)中的重要功能模塊是報警模塊，信息傳遞模塊。當處于待機時候，單片機不能顯示數(shù)據(jù)信息，從而將資源大大地浪費了，鑒于以上因素的考慮，可以運用單片機解決這個難題，將待機時候，系統(tǒng)的時間顯示出來，同時將屋內(nèi)的溫度以及濕度顯示出來。

3.2.1 顯示電路操作

從功能上CH451可以監(jiān)控外圍以及顯示應用數(shù)碼管，CH451里面的RC震蕩電路是用于啟動數(shù)據(jù)設置，以及編譯數(shù)據(jù)和復位數(shù)據(jù)等，從而完成八位數(shù)碼管顯示功能。與單片機進行數(shù)據(jù)交換中，應用鍵盤掃描實現(xiàn)復位操作。單片機連接CH451用到了4個引腳。如果按鍵操作是不需要的時候，中斷引腳就不需要了，電源干擾的阻止操作可以將電阻附加在3個引腳處，并且所加的電阻值范圍是500Ω到10KΩ之間波動，當傳輸?shù)木嚯x比較短的時候就不用加電阻了。

3.2.2 防入侵報警實現(xiàn)的具體流程

防入侵報警模塊在啟動中會實現(xiàn)分時采集報警，從而可以大大地節(jié)約資源，另外使得工作人員的壓力大大減少了。當系統(tǒng)是待機監(jiān)測的時候，一旦出現(xiàn)了非法侵入的現(xiàn)象，前端探測信號就會被觸發(fā)，單片機就會截獲該信號，并且驅動報警信號，報警信號被觸發(fā)后時間周期被限制。如果因為操作上的失誤就會導致了報警無法終止，只有復位裝置后，警報才停止。

結語：本文設計的系統(tǒng)的總體架構運用的是防入侵模塊以及視頻采集模塊，借用單片機對聲音以及視頻影像進行采集。單片機會接收到來自前端攝像頭集的數(shù)據(jù)，接著控制中心就將這些數(shù)據(jù)接收，單片機對控制攝像頭的操作是根據(jù)來自控制中心的指令進行的，當出現(xiàn)了非法入侵的時候，紅外探測器就會被觸發(fā)，同時電源就會將給觸發(fā)信號接收，進而生成報警電信號。

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