校园安防系统设计开发

摘要

　　随着当今社会的发展，校园安全问题成了大家比较关注的问题。只有建立全方位立体化的校园安防系统才能够将危险降到最低，同时校园的安防系统将成为保卫学生安全，控制学校总体情况的关键。在型号设备的选取上，需要考虑价格相对低廉，性能相对完整的单片机设备来实现。

　　设计的过程中，参考国内外关于小区及校园安防系统的研究，结合呼伦贝尔学院的实际情况设计出了本系统，本系统主要具有的功能是视频采集、日常显示、防火防盗报警、网络传输等功能。本系统设计的主要框架是：1.前端检测：通过前端设备采集相关数据。2 信息的处理：使用单片机对信息进行汇总处理。3.网络传输：通过以太网网络控制芯片将数据传递到控制中心。4.控制中心：接收前端信息，根据情况发出处置命令。本系统采用的主要技术有：入侵检测、烟雾检测、单片机信息处理、单片机网络传输、中控室下达指令、前端设备处理等。

　　相比较其他安防系统在研究的过程中，总会存在很多设备单兵作战，相互之间没有配合，本次设计主要实现所有设备最终将信息统一汇总到控制中心，由控制中心对所有的人员和设备进行统一的控制和处理。在整个开发过程中，选择设备也进行从简单、易操作、性价比高的设备进行选取。大力发挥系统中设备的利用率，减少人为的参与，能够提高对事件处置的准确性同时还能减少人员的工作量，节省开支。网络传输方面，也尽量使用学院网络中心已搭建网络，减少额外网络的建设。

　　控制中心在整个系统开发中占有至关重要的地位，所以本文详细描述了控制中心所需要实现的具体功能，特别是在视频监控模块中，充分考虑到，备份数据，生成安防报告，断电保护，画面切换，都做了考虑。控制中心的具体位置设定，也做了深入的论证，将控制中心定在网络中心附近，这样既能提高网络的传输速率，又能够及时和网络中心工作人员及时沟通解决问题，通过位置的确定将整个安防系统的效率提高到最大。本系统充分考虑到节省建设费用，在设备选取以及网络搭建过程中，选取性价比好，价格相对低廉的产品。充分考虑到安防工作人员，专业技术水平不高，对设备的操作不够熟练，所以选取结构简单易于操作，易于培训掌握的设备来为整个系统进行服务。

　　考虑到处理问题的关键的所在还在安防人员，本次设计还将如何将信息及时的传递到安防人员处进行了研究。将整个校园形成一个全方位，立体化的防护体系，以保证学生及教师的安全。单片机的自身功能还有一定的缺陷，在后续构建过程中，考虑通过对软硬件的完善来弥补这方面的问题。无线网络的使用是本系统下一步升级的一个主要的研究方面，通过无线网络的使用能够更好的调配工作人员及时处置和发现问题。

　　关键词：单片机，安防，数据采集，预警

Abstract

　　With the development of today's society, the campus security problems become more attention. By establishing all-round three-dimensional campus security system to minimize risk, campus security system will be to protect students' safety at the same time, it`s important to control all kind of situation. On the type selection of equipment, need to consider the price is relatively cheap, relatively complete Microcontrollers to implement performance.

　　In the process of design, the reference study of community and campus security systems at home and abroad, combined with the actual situation of hulun buir college this system are designed. This system mainly has the function of is Video acquisition、Daily display、Fire alarm 、Network transmission function, etc. The main frame of this system design is:

　　1. The front-end detection: through the front-end equipment to collect related data.

　　2 information processing: using Microcontrollers to collecting and processing information. 3. Network transmission: through Ethernet network control chip to pass data to the control center.

　　4. The control center: receiving front-end information, according to the situation from the disposal of command. This system adopts the main techniques are:

　　Intrusion detection, smoke detection, Microcontrollers information processing, Microcontrollers network transmission, give orders and the front-end equipment, central control room.

　　Compared with other security system in the process of research, there is a lot of equipment normal, not cooperate with each other, this design mainly realizing the unity of all the devices will eventually information summary to the control center, by the control center for all unified control and processing personnel and equipment. Also in the whole development process,the choice of equipment from the simple, easy to operate, cost-effective equipment selection. Vigorously play system equipment utilization, reduce artificial participation, it can improve the accuracy of the incident disposal at the same time also can reduce personnel workload, save the money. On the other hand,Network transmission also try to use the college network center has set up the network, reducing additional network construction.

　　Control center in the whole system has a crucial role in the development, so this article describes in detail the control center to implement the specific function, especially in video monitoring module, fully take into account, the backup data, generate security report, power-off protection, the scene changes, have to consider. Control center location set,also do a thorough reasoning, near to the control center set in the center of the network, so can not only improve the network transmission rate, and able to work in a timely manner and network center personnel timely communication to solve the problem, determined by the location of the to increase the efficiency of the whole security system to the maximum. The system fully consider the save construction costs, in the process of equipment selection, and networking, selecting good cost performance, relatively low price products. Fully consider the security staff, professional and technical level is not high, not enough skilled to the operation of the equipment, so the selection of structure simple easy to operate, easy to training to master the equipment to serve the whole system.

　　Given the key to deal with problems of security personnel, the design will also how to transfer information in a timely manner to the security personnel were studied. The entire campus to form a comprehensive,three-dimensional protection system, to ensure the safety of students and teachers. Single chip microcomputer, we still have some defects in its function, in the process of building a follow-up, considering to the improvement of the hardware and software to make up for this issue. The use of the wireless network is the system upgrade next, one of the main research through the use of a wireless network can better allocate personnel timely and found the problem.

　　Key words:Microcontrollers、security 、The data collection、Warning

　　2011 年世界瞩目的全国两会召开，很多代表带来了他们自己的提案，其中部分高校代表特别关注并提出了校园安全。在教育部强调“两会”期间学校安全管理工作后，2010 年 8 月，为了保障校园安全，现在防护也面向社会，公开招聘校园安全卫士，将于 9 月 1 日开学后投入学校工作，由此可见我国对学校校园安全越来越重视。

　　伴随着中国经济的不断发展，人们对教育的认识度不断提高，我国高校数量在迅猛的增长，民办、公办、合办等不同类型的高校不断崛起，例如本人所在的呼伦贝尔市即将要成立第三所高校。伴随着高校数量的不断增加，高校的校园安全成为社会的重点问题。如何建立一个既经济又好用的校园安防系统时本课题主要研究的内容。

　　近年来学校案件不断增加，在所有案件当中以盗窃案、抢劫案居多[1]。究其原因主要是一些学校规划不够科学，特别是学生宿舍设计不够合理，造成很多视觉死角，使很多小偷容易得逞。他们抓住大学生丢三落四的心理，甚至有个别学生离开宿舍不锁门，使得很多盗窃者轻易得手。与此同时，由盗窃引发的暴力事件也逐渐增多，特别是女生宿舍抵御能力差，更容易产生一些由盗窃引发的犯罪事件，所以校园安全形势十分严峻。

　　校园安防系统是指以一些简单实用价格便宜的设备构建一套校园安防体系，达到实现视频采集、火灾预警、设备防盗等功能。高校所培养的都是国家的栋梁之才，寄托着社会和家长的希望，大学生一旦受到伤害无疑会给社会和家庭带来巨大的损失，大学生的安全不光是学校的责任而是全社会的责任，校园安防系统会把校园的危险降到最低，把学生的安全系数提到最高，为国家为社会减轻负担，保护好全体师生的安全作出巨大贡献。

　　高校由于人员比较聚集，知识水平比较高生活常识却比较少，对于防火防电的意识相对较差，所以容易造成火灾等情况[2]。同时当前的大学生多数为多生子女，以自我为中心，和同学以及一些进入校园的外来人员很容易产生一些治安事件，造成不良后果，安防系统能够很好的解决这方面的问题。

　　学校占地面积大，管理人员少。现在大学普遍面临的问题就是维护校园宿舍和教学楼的人员过少。以我们呼伦贝尔学院为例，每年给校园维护工作人员的支出达到几百万，这样的给学校带来很大负担。同时学校的建筑物多，地形复杂，再多的管理人员也不可能照顾到每一个角落，一般一个教学楼只有一个管理人员，一旦某一个区域出问题，管理人员就照顾不到其他的区域，在管理上造成了漏洞。再有就是宿舍，一般晚上宿舍值班人员都是一个人，查宿舍时就照顾不了大门，特别是有一些情况不能及时发现，不能及时处置。例如有些同学在查完宿舍后跳窗逃寝，还有个别宿舍出现一些火情等，不容易被宿管老师发现，这样就给整个校园带来了很大的安全隐患。校园安防系统能够很好的解决这些隐患，最基本的有摄像头等这些设备，能够总体的监控整个校园的各个部分，而不用大量的人力去关注整个校园，这样节省了学校对管理人员的开支，同时更好的控制了校园的安全，保卫人员和住校派出所民警只要坐在校园安防系统的监控室内就能够保卫整个学校的安全，哪里出现险情就最近的保卫或者管理人员及时处置，校园安防系统使高校校园安全管理节约化、数字化、整体化、安全化。

　　校园安全是全国人民一直在关注的问题，同时校园也是经常容易出现问题的地方，特别是高校园这个比较敏感的地方，一旦出现问题后果将不堪设想，所以校园安防系统的建设意义重大，校园安防系统最大的特点是以预防为主，及时处理有可能出现不良后果的情况，尽量将危险情况抑制在能控制的范围之内，即便没有能力处理的事件也可以在事后处理时有所依据，为善后工作和日后改进提供重要的帮助。校园安防系统是高校建设的终极目标，为学院内师生的安全提供重要的保证，为校园公共财产安全防护体系，免除学校的后顾之忧，为整个校园的保卫工作建立立体化，快速、稳定的防范系统。

　　大部分国外高校校园格局类似于广场，没有严格的围栏或者是围墙，社会拥有学校的所有道路，外来人员无需登记可以任意穿梭于学校之内，校园内的空间处于对外开放状态。美国高校已经完全取消了我们传统意义上的校园防护，在美国校园之内看不见我们平时所见的类似水泥围墙、防盗围窗[3]。美国使用的是人们能够接受的方式来保护着学校安全，充分利用现代电子科技手段建立起了立体化的安全防护体系，看似安全的校园，枪击事件频发，应该在主要路段对汽车车速探测。以及采用能够识别校园一卡通的红外探测器，对有可能产生威胁的人员进行提前的预警。

　　校园安防系统模块设计：

视频监控工作原理

SHT11 的结构图

SHT11 工作流程图

传感器的内部原理图

声音报警电路图

复位电路图

网络模块引脚连接图

目录

　　摘要
　　Abstract
　　第1章 绪论
　　　　1.1 课题研究的背景及意义
　　　　　　1.1.1 校园安全形势
　　　　　　1.1.2 构建校园安防系统的意义
　　　　1.2 国内外研究的现状
　　　　　　1.2.1 国外校园安防检测和报警
　　　　　　1.2.2. 国内安防构建与升级
　　　　1.3 校园安防系统硬件设计
　　　　　　1.3.1 微控制器的发展过程
　　　　　　1.3.2 单片机网络技术
　　　　1.4 校园安防系统的构建和需要解决的问题
　　　　1.5 本课题主要的研究工作
　　第2章 安防系统设计方案
　　　　2.1 安防系统的需求分析
　　　　2.2 安防系统结构设计
　　　　2.3 系统软硬件的功有能划分
　　　　2.4 系统总体设计
　　　　2.5 本章小结
　　第3章 系统功能模块具体设计
　　　　3.1 系统各子功能模块总体设计
　　　　3.2 主控模块具体设计
　　　　　　3.2.1 主控模块的选型
　　　　　　3.2.3 主控模块硬件设计
　　　　3.3 视频采集模块设计
　　　　　　3.3.1 视频监控基本情况
　　　　　　3.3.2 视频监控的实现情况
　　　　3.4 显示模块设计
　　　　　　3.4.1 键盘接口技术
　　　　　　3.4.2 显示电路操作
　　　　3.5 温度湿度采集模块设计
　　　　　　3.5.1 SHT11的工作原理
　　　　　　3.5.2 SHT11功能的具体实现
　　　　3.6 火情监测模块设计
　　　　3.7 防入侵模块设计
　　　　　　3.7.1 设计电路的具体实现
　　　　　　3.7.2 防入侵报警实现的具体流程
　　　　3.8 网络传输模块设计
　　　　　　3.8.1 网络控制芯片的选型
　　　　　　3.8.2 嵌入式精简TCP/IP协议栈
　　　　　　3.8.3 相关协议的报文格式
　　　　3.9 控制中心的功能设计
　　　　3.10 本章小结
　　第4章 系统软件设计
　　　　4.1 核心程序构建
　　　　4.2 温度湿度模块构建
　　　　4.3 密码程序设定
　　　　4.4 火灾报警程序构建
　　　　4.5 视频采集程序构建
　　　　4.6 防入侵模块程序构建
　　　　4.7 本章小结
　　第5章 总结与展望
　　　　5.1 总结
　　　　5.2 展望
　　参考文献
　　致谢

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