２０１７年９月上 论述２８９ 基于单片机的校园安防系统研究 吴 更（山东省泰安第一中学，山东省泰安市２７１０００） 【摘 要】校园安全问题是长久以来一直备受人们关注的一个问题。保护学生的生命安全，为学生提供一个安全的校园环境是学校的职责所 在，而建立安全高效的校园安防系统是能够起到最大防护作用的方法和路径。而基于单片机的校园安防系统便是在这一社会大背景下应用而 生的，价格较为低廉且性能相对完整，不仅可以最大程度地保证学生的安全，还能够在一定程度上节省学校的安装成本，目前已经被广泛应用 在多个学校之中，也取得了较为显著的成效。本文从基于单片机的校园安防系统的模块设计和软件设计两个主要方面着手分析，目的是借助单 片机设备建立一个全方面、立体化的校园安防系统，给其他学校一定的参考和借鉴。 【关键词】单片机；校园安防系统 【中图分类号】ＴＰ３６８．１ 【文献标识码ｌＡ 【文章编号１１００６—４２２２（２０１７）１７—０２８９—０２ 本次研究在充分地考虑了多方面的因素，如：资金、功耗、 稳定性、单片机需要作为核心部件、运算速度、处理能力以及 扩展性等之后，决定选用某著名公司生产的单片机。主模块在 整个系统中发挥的主要作用是分析和传递数据。在端口的分 配方面．对显示模块、视频采集模块和网络通信模块进行端口 分配 引言 毫无疑问，学校培养的学生都是国家的栋梁、祖国的未 来、父母的希望，在学生进入学校接受知识的同时，更重要的 是保证学生的生命安全．如果学校在校园安防上有一定的纰 漏。引发安全事故．首先是成胁到学生的生命安全，其次对整 个家庭留下深深的阴影．同时也给学校和社会带来严重的影 响。所以，建立严谨科学高效的校园安防系统是学校发展过程 中必须密切关注的问题 校园安防系统的主要功能是火灾预 １．２视频采集模块 经过前期长时间的调研考察视频监控常用的设计方案主 警、视频采集等。近年来，基于单片机的校园安防系统在引用 过程中表现出良好的应用性能 １基于单片机的校园安防系统模块设计 １．１主控模块 达旁瓣区域地面投影电磁辐射预测结果为：二次雷达地面距 要有以下两种：①半数字化的硬盘录像方式；②网络化的视频 采集方式。最后在综合分析二者的优势、劣势、成本以及后期 的发展趋势等方面之后决定选择第二种．即网络化的视频采 集方式来进行配置．因为目前视频采集的主要发展方向是网 、驴 设，有着必要性。在建设前，要做好电磁环境实际情况监测工 离中心点＜３０ｍ的范围内．最大值为６．０６￣ｌ０ Ｗ，ｍ０，小于评价 作，预测电磁干扰相关参数，分析建设雷达站对周围电磁环境 标准值０．Ｏ８Ｗ，ｍ ．所以不需要设置防护距离 的干扰影响，提出污染防治措施。基于上述分析，开展雷达站 因为二次雷达主波束按照２．４。的宽度．朝向天空发射信 建设，要采取以下污染预防措施：①合理选址。在选择空管雷 达站建设地址时．要按照航路与机场发展规划．选择电磁环境 号，俯仰角是＋一１。，按照集合换算，雷达站地面１５４６ｍ区域内， 主波束不能达到＞５００ｍ的评价区域 按照二次雷达天线垂直 方向图以及远场区域划分标准．远场区域预测是从水平距离 良好并且便于控制的地方，减少对周围环境的影响。②完善电 磁辐射环境管理检测制度。将电磁敷设环境管理，归纳到民航 ９０ｍ开始的，利用相关公式计算，能够获得地面预测点的数据 项目管理体系内．设置专业人员，健全管理制度，落实电磁辐 信息，水平距离１００ｍ的功率密度为４８￣１０ Ｗ／ｍ ．水平距离 射环境监测计划。③定期做好检修工作。要严格按照国家电磁 ２００ｍ的功率密度为１０￣１０ Ｗ，ｍ ．水平距离５００ｍ的功率密度 辐射防护相关规定．做好定期检修工作。确保雷达站各项技术 为５×１Ｏ ｍ ，从数据和距离的关系来看．电磁辐射功率密度 指标能够达到相关要求。总体来说．要在电磁环境安全区域范 是随着距离的增加而不断减，Ｊ、．最大值４．７６￣１０ ０．，Ｊ、于评 围内建设，以确民航运行的安全性。 价标准值．由此可知此区域范围内．电磁辐射不会造对人体造 成危害．所以不需要特别防护 ３．１．３安全防护区域距离和高度的关系分析 ４结束语 关于民航空管二次雷达系统电磁环境的分析，需要结合 的排查分析．明确电磁干扰源，做好抗干扰措施，以确保民航 平达标距离为４０ｍ；距离地面高度１０ｍ，水平达标距离为 飞行的安全性 ７０ｍ：距离地面高度１６ｍ，水平达标距离为９０ｍ；距离地面高度 ２２ｍ．水平达标距离为１５０ｍ，将数据绘制成趋势图，能够明确 参考文献 远场区域９０ｍ位置处、１６ｍ以下高度、１５０ｍ位置处与２２ｍ以 『１］阎顺．城际轨道交通对机场导航设施电磁影响评价『Ｊ］．铁道工程学 、 离天线不同高度的迭标距离，结果如下：距离地面高度３ｍ，水 实际情况，合理选择计算公式，做好全面的计算与分析。对于 基于评价限值Ｏ．０８Ｗ／ｍ ．利用相关公式计算能够获得距 航运期间发生的丢点与其它有源干扰情况等，需要做好全面 下高度是安全辐射区域。由此可知水平辐射达标距离远，则电 报，２０ｌ５（０６）：１０２—１０５． 磁辐射安全区域高度就越高。总体来说．民航空管二次雷达近 『２】段宇．民航空管二次雷达系统电磁辐射探讨［Ｊ］．通讯世界，２０１５（１５）： 场区域为雷达站建设最为合适的区域．是维护人员所处的安 ２６９～２７０． 全区域，在１６ｍ高度范围以内，电磁辐射对人体没有伤害。就 远场区域来说，距离不断增加，电磁辐射功率密度呈现递减趋 势，在上述高度范围内为安全辐射区域 『３１郭井波，严浩，文敏．ＤＬＤ一１００Ａ二次雷达受到有源干扰现象分析 及排除『ＪＪ．科技风，２０１２（１０）：１９￣２０． ３．２污染防护措施 收稿日期：２０１７～６—２８ 本科，主要从事技 雷达管制是空中交通管制工作的重要内容，雷达站是重 作者简介：夏畅（１９９０一），男，助理工程师，术保障和设备维护．维修工作。 点管理区域。为促进民航运行业的快速发展．加强雷达站建 ２９０论述 ２０１７年９月上 络化，而且采用第二种也可以为后期扩展人为终端奠定良好 的网络基础。但是因为网络化存在一定程度上安全隐患．所以 需要加强同网络中心的沟通和交流．以此来提高整个网络安 全防护水平。视频监控的基本实现原理是，前端摄像头采集的 数据传递到单片机，单片机将数据传递到控制中心．控制中心 发送指令使单片机控制摄像头按要求进行调节．以此来实现 视频监控的效果 在有危险情况时安防系统的警报会被触发．警务人员在 觉察警报之后需要使报警警告停止，这时需要设定密码程序。 只有输入原先设定的密码才可以解除警报．输入的密码必须 和提前设定好的密码相匹配．如果三次机会之后仍不匹配就 会持续报警。密码设定的具体流程是：密码程度一定时计数 器一输入密码一密码正确（是）一返回．但如若输入的密码不正 １．３显示模块 校园安防系统是在有警情的时候才会发挥其功能．在其 他时间内则处于待机状态，这在一定程度上便会导致资源的 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。综合考虑键盘接口、显示电路操作以及现有的键盘接口 技术等多方面之后决定在此次研究中采用ＣＨ４５１芯片来对 键盘接Ｉ２＇进行扩展．这样占用的接口设备较少，一定程度上减 确就会立即触发密码错误警报一三次到否（是）一驱动报警，过 程中即便是不到三次但定时时间已到，同样会驱动报警。 ２．４火灾报警程序构建 驱动火灾报警的原理是。前端的光电烟雾探测头可以随 时将采集到的数据传输至核心芯片之中，如果采集到的数据 比提前设置好的数值高的话就会触发报警电路和执行电路 这一过程中为了有效地防止出现误报的情况，建议在发生警 报的房间查看温度的相关信息，在以上提到的两个条件都符 合时再驱动报警电路 少了模块的复杂度．内部各部分之间影响较小，传输速度快， 传输延时短，连接的外部设备简单。功耗较低，可以有效地减 少学校安装成本。且该显示模块容易操作，对暗访人员的培训 工作比较简单。 ２．５视频采集程序构建 视频采集过程中主要进行以下两个方面的操作：①把数 据传输到控制中心；②控制中心对前端摄像头进行控制。程序 设计是这一过程中最重要的一个环节．由于单片机的存储容 量不是很大。所以需要设计成单片机不储存采集到的视频而 直接传输给控制中心的模式 控制中心对前端的摄像头的控 制的具体运行流程是：单片机初始化一接头控制代码一预置 调用—÷判断功能—＋调用—＋调用位置— 检测当前位置—＋和所调 位置的对比一判断中间的差值一返回。 １．４温度湿度采集模块 本次研究选用的是盛世瑞公司生产的ＳＨＴｌ１传感器．它 可以精确识别温度和湿度，而且价格比较适宜。它目前被广泛 应用与温度调节器等多个领域之中 此次研究中是通过单片 机对ＳＨＴ１１进行调控来采集温度和湿度数据。 １．５火情监测模块 火情监测要具备超高的准确性和及时性，因为如果出现 火情错报的情况就会造成校园内学生的恐慌，很容易引发难 以想象的后果。所以必须保证预报的准确和及时，可以采用烟 ２．６防入侵模块程序构建 防入侵模块主要从入侵报警和地点的判断两个方面进行 分析。为了减少这一过程中可能出现的误报情况。需要对单片 雾探测器来探测火灾。当前普遍使用的有离子感烟探测器和 机进行初始化．而且同时还应该不断地检测核心设备来判断 光电感烟探测器两种，在经过细致的对比分析之后．决定将海 是否存在报警信息．这一过程的具体软件流程是：程序初始 湾公司的ＧＳＴ９７１ｌｅｘ型光电感言火灾探测器和８３２２编制模 块配合使用 化一循环检测一有无报警信息（有）一延时等待一读取相同端 口一是否相符（是）一显示并报警。 １．６防入侵模块 防入侵模块的作用是当有人非法入侵时，会触发红外线 ３结束语 综上所述．虽然基于单片机的校园安防系统目前已经取 探测器的电源接受．产生报警的电信号，将电信号传送给单片 机，单片机内部会自动对传送来的电信号进行分析、评定和记 录。如果在这一系列的过程之后该信号符合报警的条件。即确 园警力做出及时的行动。 得了较为显著的成效，在维护学校安全方面发挥了巨大的作 用．但是，单片机自身的功能还不是很全面，依旧存在一定的 缺陷和不足，在未来的构建过程中还需要不断地通过完善软 实有人非法入侵学校，就驱动报警执行电路进行报警，提醒校 硬件、与无线网络实现在线连接等手段来弥补不足之处，提高 安防设备的利用率和操作熟练程度，更好地为保护学生和教 师的安全服务。营造一个安全和谐的学习和教学环境，为国家 培养更多地优质人才。 １．７网络传输模块 网络传输模块是将每一个单独的模块连接起来．实现信 息传递的作用。此次研究网络控制的芯片选择，选用Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ公司生产的ＣＰ２２００，该芯片集成以太网控制器、 并行主机接口和储存器 参考文献 ｆ１］鹿蕾，王玉凯，石华．基于单片机的校园安防系统研究．四川水泥， ２０１６（７）：３２１。 ２基于单片机的校园安防系统软件设计 ２．１核心程序构建 初始化— 设置初始密码—＋ＣＨ４５１初始化— 开中断—＋定时器计 数器基准时钟—＋一秒钟到否— ＣＨ４５１显示 ［２］曾咪，赵锋．校园安防系统中单片机串行口通信效率研究．福建电 脑，２０１２（３）：１２１～１２２，１０５． ２０ｏ７（５）：１２－ｌ４． 该系统核心程序的运行流程是：开始一关中断一单片机 ［３］林华，薛昭武．基于单片机的智能电话报警系统．国外电子元器件， ２．２温度湿度模块构建 收稿日期：２０１７—８—５ 针对温度湿度模块的某件．选用串行二线接口ＳＣＫ（时钟 作者简介：吴更（１９９９一），男，山东￣．ｅｒＡ－，高中生，研究方向 为电子电气方面。 线）和ＤＡＴＡ（数据线），大致显示流程是：温度湿度显示程 序一初始化ＳＨｌ１一与ＳＨｌｌ坚立通信一读取温度一送 ＣＨ４５１显示一读取湿度一送ＣＨ４５１显示一按键松开否（是） 一返回。 ２．３密码程序设定