（机械电子工程专业论文）基于单片机系统的智能化学生公寓的改造.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 随着人们生活水平的提高，以及微电子、自动控制和计算机等技术的飞速 发展和广泛应用，智能住宅的安全防范系统研究和应用已经日趋成熟。而高等 学校作为国家人才培养的重要场所和机构，随着我国高等教育改革的不断深化， 高校的校园面积和招生规模以及功能的变化都对高校校园安全管理提出了新的 要求，高校校园安全也越来越受到社会各方面的关注。在科技高速发展的今天， 利用科技手段来提高高校校园安全防范能力，实现“人防”到“技防”的转变，是营 造安全和谐的校园环境的一个重要途径。 本文分析了目前高校的构成特点，以及管理所面临的问题，提出了高校校 园安防系统的构建方案。并根据高校的特殊情况，以学生公寓的智能化改造为 目标，参考国内外智能住宅安全防范技术的发展概况和趋势对照高校安防环境 和要求，研究并设计了一种基于单片机系统的学生公寓智能安全防范报警系统， 是智能住宅技术在高校的一个创新应用。本智能化报警系统集防盗、防火、节 能以及日常显示于一体，除了提供时间与温度的显示和自动警情的检测与报警 之外，提出了寝室节能控制的方法，具有一定的创新意义。由红外探测器作为 盗警信号和电源节能控制信号的输入端探测器，通过对传统水表的改造实现节 水控制，而由温度探测器、光电感烟探测器构成的复合式火灾探测器实现火警 信号的检测。这种多传感器技术的应用降低了系统的漏报、误报率，增强了系 统的可靠性。当探测器检测到警情信号或者节能信号的时候，就会向单片机发 出电平跳变输入，再由单片机通过中断或者查询程序的判断来执行进行相关的 控制。另外，本系统还设置了密码验证，通过键盘可输入密码并可修改密码。 本系统还配置了备用电源以及具有断电自诊断功能，增强了系统的安全性和稳 定性 本系统除了能可靠的实现安防报警之外，通过软件协调，实现资源的分时 共用，大大节省了硬件资源。节能模块的提出，对构建节约型校园，提高节能 意识，具有一定的促进作用。系统建立在大量相关实验的基础上，并通过硬件 及软件仿真验证，证明系统能够稳定的工作，能够达到设计目标的要求，具备 一定的实用性，对后续研究开发有一定的参考意义。 关键词：学生公寓，安防系统，节能控制，单片机控制 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t w i t hg r e a ti m p r o v e m e n to fp e o p l e sl i v i n gs t 趾d a r d , t h er a p i dd e v e l o p m e n ta n d a b r o a da p p l i c a t i o no fm i e r o e l c e t r o n i e s ，a u t o m a t i o na n dc o m p u t e ra b i l i t y , t h er e s e a r c h a n da p p f i e a t i o no fs e c u r i t ys y s t e mo f $ m a r t l a o m ea r ci n o r ea n dn l o l r l s u c c e s s f u l t h e e o l l e g ei sf i l li m p o r t a n ti n s t i t u t i o nw h e r et h ec o u n t r yc u l t i v a t e st a l e n t e dp e r s o n a l o n g w i t l a 小笼p 她h i g he d u c a t i o n sr e f o r mo f0 1 1 1 e o u n t a - y , t h ec h a n g eo fc a m p u sa r e a , n u m b 盯o fs t u d e n t sa n df u n c t i o no ft h ec o l l e g eb r i n g so nn a t , vd e m a n d st os e c u r i t y m a n a g e m e n to f c a m p u s t h es e c u r i t yo f c a m p u sa n n i c t sp e o p l e sa t t e n t i o n n o w a d a y s s c i e n c ea n dt e e l m o l o g yd e v e l o pl a s t l y c h a n g i n gt h es a f e g u a r dm e , , a s t t r 衄l e n to f c a m p u sb yt e c h n o l o g yi s8 1 1i m p o r t a n tw a y t ob u i l das a f ec a m p u s t h i st e x ta n a l y z e st h es m l e t u r ef e a t u r eo f t h ep r 龉, , c n tc o l l e g e sa n dp r o b l e m so f t h e m a n a g e m e n te n e o u n t i n g i ta l s os u g g e s t st h ec o l 3 s w u c t - u l r ep r o j e c to fc a m p u ss e e u r i t y s y s t e m a c c o r d i n gt ot h es p e c i a ls i t u a t i o no fe o l l e g e , w ew i l lr e b u i l ds m a r ts t u d e n t a p a r t m e n t s b a s i n go nt h ed e v e l o p m e n td i r e c t i o n , t h es u r v e yo fs e c u r i t yt c e l m o l o g yo f s m a r t h o m eo - v e l s e a s , t h es i t u a t i o n so f0 1 1 1 e o t m t r i e sa n dt h ec o l l e g es e c u r i t y e n v i r o n m e n ta n dd e m a n d , w eh a v er e s e a r e l a e da n dd e s i g n e dak i n do fi n t e l l i g 衄ta l a r m s y s t e mf o rs t u d e n ta p a r l m e n t sb a s i n go ns i n g l ec h i pm i c r o p r o c e s s o rs y s t e m i ti sa c r c l l t i o no fa p p l y i n g $ m a r t h o m et c e h o l o g yi nu n i v e r s i t i e s i ti n c l u d e st h ef u n e t i o mo f t h e e q , r o o f ；r l r 印r o o t ；e n e r g ys a v i n ga n dd a i l yd i s p l a y m e a n w h i l e , i na d d i t i o nt o d i s p l a y i n gt h et i m ea n dt e m p e r a t u r e , p e r f o r m i n ga u t o m a t i cd e t e e l i o na n da u t o m a t i c a l a r m , i ta l s op u t sf o r w a r dt h ea p p r o a c ho f a p a r t m e n te n e r g y - s a v i n gc o n t r 0 1 i th a sf l o n l c i n n o v a t i o ns i g n i f i c a n c e p y r o e l e e t r i ei n f r a 栅i su s e df o rd e t e c t i n gt l a e i t p r o o fa n d c o n t r o l l i n gp o w e r w a t e rs a v i n ge o n l r o li sa c h i e v e db yr e b u i l d i n go f i r a d i t i o n a lw l l t e l m e t e r t e m p e r a t u r es l 岛l s o ra n dp h o r o e l e e t r i es m o k es e n s o ra 托i n t e g r a t e dt oac o m p o u n d d e t e c t o ff o rf i r e p r o o f - t h em u l t i - s e m o r sm a k et h el e a s tf a i lt oa l a r ma n df a l s ea l a r m , s o t h 砒i t 豇i h a 蛸t h er e l i a b i l i t yo ft h es ) 哦吼w h e r l ld e t e c t o r sd e t e c ta n ya b n o r m a l i t y s i g a lo re l l l 豇 g ys a v i n gs i 掣i a l ，a ni n t e r r u p tr e q u e s tw i l lb es e n tt ot h em c u t h e n t h e m c uw i l lc o n t r o lt h es y s t 鼬d e p e n d i n gt h e j u d g m e n ta n dr , e r f o r m a e eo f t h ep r o c e d u r e i na d d i t i o n , t h e d ev a l i d a t i o nh a sb e e ni n t e r c a l a t e d 证t h es y s l e m u s e t sc 趾i n l e ta n d m o d i f yt h ec o d eb yk e y b o a r d i no r d e rt ob u i l du pt h es y s t 锄i cs e e r i t ya n ds t a b i l i t y , t h es y s t e mh a ss t a n d b yp o w e rs u p p l ya n d 咖i ；p tw h e t h e rt h ew i r ea n dt h ep o w e r 重墨奎兰堡主堂垡堡奎 茎奎塑墨 b r e a ko rn o t t h i ss ) s t c mn o to n l yc a np r o v i d es e c i l r i t ya l a r m , b u tc a nu t h e 咖l 跚a t d i f f e r e n tt i m ea c c o r d i n gt ot h es o f t w a r ec o o r d i n a t i o n i tc a nb a v cm u c hm o 他h a r d w a l 暗 n 粥o u 鼬t h es u g g e s t i o no fe a e r g y - s a v i n gm o d u l eh a ss o i n ep o s i t i v ee f f c 圮 t o i l c o n s t r u c t i n gs a v i n gt y p ec a m p u sa n di m p r o v i n gt h ec o n s c i o u so fe n e r g y - s a v i n g t h e s y s t e 缸lc a nw o r ks t a b i l i t ya n da c h i e v et h ed e s i g np 1 1 r p o t 圯b a s i n go na g r e a td e a lo f c , o r r e l a t i v ee x p e r i m e n t s ，h a l d w a r ea n ds o f t w a r e se m u l a t i o n t h er e s u l ta l s op r o v e st h a t i th a s8 0 1 1 1 ed e f i n i t rp r a c t i c a b i l i t y a s 而口嬲r e s e a r c ha n de x p l o i t a t i o n , t h i sh a s $ o m c d e f i n i t es i g n i f i e a n c 宅o f r e f c r e n c 圯 k e y w o r d s s t u d e n ta p a r t m e a t , s c 煳r i t ys y s c e m e n e r g y - s a v i n gc o n t r o l ，m c ue o n l a = 0 l h i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重庆盔堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：皙嚼御 签字日期：知卯年5 月3 。日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重鏖盔堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权 重麽盔堂 可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密( ) ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“”) 学位论文作者签名：嗡嗡吻 导师签名：狲咳松 签字日期：2 0 0 1 年5 月o 日签字日期：p 7 年j 月j d 日 重庆大学硕士学位论文i 榻述 1 概述 1 1 课题的研究背景和意义 1 1 1 研究背景 随着人们生活水平的提高，以及微电子，自动控制和计算机等技术的飞速发 展和广泛应用，人们对住宅的安全性能的要求也越来越高，智能住宅的安全防范 系统也应运而生。而在当今智能化住宅小区蓬勃发展的时候，却忽视了同样需要 智能化管理的一块巨大市场大学校园。随着物质生活的富裕，和计划生育的 实施，当代的大学生是在家长的溺爱和应试教育的模式下成长起来的一代，大多 缺乏独立生活的能力，和对生活常识的了解，对能源的节约意识也不够强。所以 公寓寝室经常发生诸如能源浪费，火灾等事件，给学校造成了巨大的损失，也给 学生的生命财产带来了巨大的威胁。 高校后勤社会化是社会主义市场经济发展的必然趋势，是我国高等教育跨越 性发展的前提，是科教兴国战略的客观需要。而在高校的各项后勤工作中，学生 公寓的管理和服务是后勤工作不可或缺的重要组成部分，因此必然成为改革中的 重要内容。1 9 9 9 年1 1 月在上海召开第一次高校后勤社会化工作会议后，高校后 勤社会化被正式提上了议事日程，学生公寓建设取得了飞速发展。据不完全统计， 从1 9 9 9 年至2 0 0 2 年底，4 年内全国新建大学生公寓3 8 0 0 多万平方米，改造1 0 0 0 万平方米【1 1 。全国四年新建的学生公寓超过1 9 9 9 年前5 0 年建设的总量，大大改 善了学生公寓的住宿条件，同时也给公寓管理工作一个广阔的空间和新的发展机 遇。但学生公寓等后勤设施不完善、管理水平有待提高，仍然是制约高等教育发 展的一个关键因素。国家教育部非常重视高校学生公寓的管理工作，为了推动高 校后勤社会化改革的深入，加强学生公寓的管理创新，建立适应社会主义市场经 济发展所需要的学生公寓管理体系，推进高校两个文明建设，从1 9 9 9 年至2 0 0 2 年共召开了四次全国性的高校后勤工作会议并于2 0 0 2 年2 月2 2 日以教发( 2 0 0 2 ) 6 号文下发教育部关于进一步加强高等学校学生公寓管理的若干意见；2 0 0 2 年 8 月2 6 日以教社政( 2 0 0 2 ) 9 号文下发了教育部关于加强高等学校学生公寓安 全管理的若干意见中国高教学会后勤管理研究分会于2 0 0 3 年7 月2 5 日还专 门成立了学生公寓专业部，这些都体现了高校学生公寓建设和管理的重要性 计算机技术发展到今天，已经全面迈向了集成化、智能化和网络化。国家建 设部在1 9 9 9 年1 2 月制定的全国住宅小区智能化系统工程建设要点与技术导则 中，就智能化小区的建设首次提出了智能化包括三个子系统的准则：即安全防范 系统( s a s ：s a f e t ya u t o m a t i o ns y s t e m ) 、信息管理系统( i m s ：i n f o r m a t i o n 重庆大学硕士学位论文1 概述 m a n a g e m e n ts y s t e m ) 、信息网络系统( i n s ：i n f o r m a t i o nn e t w o r ks y s t e m ) t 2 1 ，为学 生公寓智能化管理提供系统的参考。无可置疑，以计算机网络技术为代表的信息 技术正推动管理手段、管理方式的变化，计算机技术的发展和运用将促使学生公 寓向管理网络化，办公微机化，决策科学化，制度系统化转变【3 】 为此，高校学生公寓的建设以及改造，要认真吸取俄罗斯莫斯科人民友谊大 学和我国北京交通大学、东北大学学生宿舍发生火灾的教训，进一步规范加强学 生公寓的管理，健全防火安全长效机制。在完善规章制度，健全组织机构的同时， 利用先进的科技手段，发展智能化管理系统。坚决杜绝违章用电，特别是学生公 寓内的违章用电问题，做好学生公寓的防火防盗工作。充分依靠技术手段完善管 理缺陷，实现管理智能化。通过硬件系统的构建，实现放火防盗等功能。借助信 息技术手段，建设学生生活网络和公寓管理服务网络，用计算机进行科学的管理 和服务，体现高效管理，实施高效服务。将几幢学生宿舍形成的社区实行连网管 理，学生进出公寓进行红外刷卡管理，减少管理人员，杜绝了外来人员的进入； 对公寓内部的床位、电费、水费管理等都实行智能化管理系统【4 】。 随着高校后勤社会化改革的不断深入，向高校提供更好的后勤服务，是目前 急需解决的重点课题。为了应对高校的大规模扩招，学生公寓建设应该成为高校 后勤社会化改革的重点，传统的学生公寓管理模式已经束缚了后勤产业的发展， 学生公寓的改革势在必行。从高校后勤社会化改革的发展方向看，不断完善学生 公寓中的教育管理机制，积极探索学生公寓管理的新思路、新办法，建立与传统 的学生宿舍差距较大的新型大学生公寓是发展的方向。新型大学生公寓发展的方 向应该是向学生公寓的管理智能化和服务社区化的管理模式发展【5 】。 1 1 2 高校校园的构成特点 现在的学生突显个人化、自由化、复杂化、思想社会化，多数吃苦少、生长 环境较好，有的娇生惯养、心理脆弱、群体意识差，对公寓环境的要求较高。高 考连年扩招，学生整体素质有所下降，而学校住宿紧张且住宿环境无法跟上时代 的变化、住宿条件满足不了学生的要求。随着我国普通高等教育改革的不断深入， 目前全国己经有公立普通高等学校1 0 0 0 余所，民办高等学校3 0 0 余所，在学校数 量不断增加的同时，各个学校的招生规模近几年也不断扩大。为了满足高等教育 不断发展的需要，大学校园的各种要素构成较以往发生了很大变化。这些变化主 要表现在校园的建筑组成、人员构成等方面t 6 。 建筑组成多样化：高校校园的建筑必须满足大学教育所承担的各项功能， 其组成除了必要的教学设施，如图书馆、教室、实验室和学生宿舍之外，还包括 了食堂、商场、住宅和其他各类具有特定服务功能的建筑物，使当今的大学校园 形成了功能完备且又具备自身特点的生活小区。近些年，各个学校为了适应招生 2 重庆大学硕士学位论文1 概述 规模增加的需要，纷纷开辟和建设新校区，使得高校校园的构成又形成了跨区域 的新特点。 人员构成日趋复杂：高校校园人员构成以学生和教师为主，他们的数量占 到学校人员数量的绝大部分。但是为了完善校园的各种功能，其他人员也渐渐成 为学校人员构成的重要成分。诸如各类服务机构的员工、教师的亲属、学生的家 长、校园的建设者以及其他身份难以确认的流动人口等，使得校园的人员构成日 趋复杂。 新旧建筑同时存在：普遍高校拥有多年的校史，大部分建筑，包括部分学 生宿舍都有多年的历史，从建筑材料，到建筑结构都有安全隐患。新的教学楼、 学生公寓、电梯公寓拔地而起，新旧建筑同时存在，给学校的管理增加了新的课 题。 公寓电器多样化，大功率化：学生公寓通常住有2 8 人不等，为了提高 学生的生活水平，寝室里增加了大量大功率电器如空调、饮水机、电脑、电热水 器等，存在用电器的安置和使用时间相对集中的特点，加上学生为了节省电费私 拉乱接，存在很多安全隐患。 伴随着这些变化的产生，人们在大学校园中的工作、生活与通信、信息的关 系也日益紧密，使得学校校园成为既隶属于社会大环境又有别于其他人群居住场 所的独特的小区。在这个小区中，每一个人员个体是构成这个环境的细胞”，同 时又是校园与整个社会的主体和服务对象，在这个环境中能否安全舒适地学习、 工作和生活也越来越成为人们关心的问题。正是由于校园建筑多样化、人员组成 复杂等问题的出现，给高校校园的安全管理带来许多新的问题。 对于高校校园这一特定的小区环境，特别是学生相对集中的学生公寓，必须 利用有效的科技手段和管理方法对其进行稳定的、长期的实时监控，保证高校校 园的安全，积极寻求改变学校的安全防范的手段和途径，使校园的安全防范模式 不断向信息化、综合化、网络化和主动化方向发展，才能适应日益发展的社会要 求。 1 1 3 高校校园安全管理面临的问题 我国是世界上人口最多的国家，人均占有的高等教育资源相对匾乏。叶五” 期间，我国高等教育逐步完成了由精英化向大众化的转变，目前不论是公立普通 高校还是民办普通高校，招生规模均在不断上升，高校校园中聚集的人员数量较 此之前有了大幅度的攀升，大多数学校的在校生规模均超过万人，有的民办学校 学生数甚至高达十万人与此相适应，高校校园中的各类建筑物数量也不断增加旧 学生数量的增加造成了学生来源的复杂化，组成学生群体的每个个体良萎不 齐，同时学生数量的增加也造成了校园人员组成更为复杂。与社会上的各类人员 3 重庆大学硕士学位论文 1 概述 交织混杂，构成了大学校园的人员组成特殊性，这些情况为各类治安刑事案件的 发生造成了可能性。特别是高校越来越趋于开放，这种开放性和人员数量的增加、 成份组成的复杂化相结合，如果不寻求有效的管理办法、实施有效的安全措施， 就势必会造成治安状况下降。近些年，部分高校校园内的盗窃、抢劫案件发生数 有所增加，与校园的这种人员构成特点是密不可分的。 如此种种现象的存在，使得高校校园安全面临许多复杂而有待解决的问题。 虽然这些问题的组成较为复杂，但是归结起来主要包括以下三个方面的内容。 人员安全问题。高校校园中教职员工和学生的人身安全是校园安全管理面 临的首要问题。校园安全首先是人的安全，承担校园安全管理的职能部门应当本 着为师生人身安全负责的态度，使居住于此环境中的人群具备基本的安全感。人 身安全的威胁主要来自于两个方面，一是侵害师生身体权利的治安或刑事案件， 如故意伤害案件等；二是涉及师生人身安全的各类灾害事故，如火灾或实验物品 爆炸案件等；两种情况虽在社会上也有雷同，但往往在高校中涉及人多，影响面 广。 财产安全问题。近些年，一方面高校为扩大规模，提高办学能力，纷纷投 入巨资购置贵重仪器设备；另一方面随着我国居民生活水平的提高，大学生拥有 电脑、手机等贵重物品的数量也有很大程度的增长。加之近年来教职员工生活条 件大为改善，个人财产快速增加，使得高校逐渐成为侵财案件的重要目标，所以 高校财产安全同样成为安全管理的重要内容。 能源浪费问题。当代大学生多为独生子女的一代，由于生活的富裕、家长 的溺爱，多数学生仍然缺乏节约意识和环保意识。造成学生寝室长期出现“长明 灯”、“长流水”的现象，在能源日趋短缺的今天，是对能源的巨大浪费。 由此我们可以看出，高校校园安全管理所面临的问题：一是如何有效的控制 各类治安案件和刑事案件的发生，如何有效的预防各类灾害事故的发生；二是在 各类安全事故发生之后如何建立快速、高效的反应机制，使各种损失降低到最小； 三是帮助和监督学生节能意识的培养。校园安全管理除了要充分调动人的主观因 素之外，还需要必要的技术支持，表现在技术层面上，就是如何利用现代化的信 息管理手段对高校校园中复杂的人员进行控制，对其中的可疑的人员进行辨识， 利用信息技术建立案件和灾害事件的预防、报警系统，使校园安全管理纳入到综 合的安全防护体系之中，运用各种有效的技术手段使校园安全得到有效的保障， 使人身和财产安全得到有效的保护，构建和谐稳定的校园环境。 1 2 学生公寓智能系统技术来源及可行性分析 1 2 1 技术背景国内外智能建筑研究现状 4 重庆大学硕士学位论文 1 概述 国外研究现状 1 9 8 4 年世界上第一座智能大厦在美国诞生，很快掀起一股“智能建筑煞潮。 在短短的十几年中美国，日本，欧洲的几万座智能大厦纷纷建成。美国1 9 8 6 年成 立了“智能建筑协会”，其会员横跨1 7 个国家，并宣布1 9 9 5 年以后要大幅度增加 智能大楼的比例。日本建设省1 9 8 5 年成立了国家智能建筑专业委员会，对智能建 筑的发展给予政策上的支持，使日本在智能建筑上成为发展非常快的国家。据统 计，日本新建的建筑物中6 0 以上是智能型的。进入9 0 年，英国、法国、加拿 大、瑞典等国家都相继建成一批有自己特色的智能建筑。 现代安防监控系统已有了新的概念，通常称为安全自动化s a s ( s e c u r i t y a u t o m a t i o n s y s t e m ) ，并与防火自动化系统f a s ( f i r e a u t o m a t i o n s y s t e m ) 共同构成 智能建筑系统最底层的系统【”。目前国外发达国家已逐渐形成了一个集安防、消 防、医疗救护为一体的安全保障行业。安全技术防范行业真正形成行业规模是在 第二次产业革命中即1 9 5 0 年1 9 7 1 年，首先在美国、英国等国家形成，像 d e m c o ( 安定宝) ；v i c o n ( 维康) ；c m m o ( 集宝) ；a m e r i c a ( a d ) 等。6 0 年代视 频图像技术i s 、7 0 年代计算机数字技术、8 0 年代生物识别技术以及9 0 年代国际 互联网技术的应用，使安防行业得到快速的发展。 8 0 年代日本正处于住宅建造过剩，房产市场清淡时期，日本政府抓住了智能 住宅的概念，推动房地产的振兴。邮电省与通产省于1 9 8 6 年组织日本的机械工业 协会与电波技术协会共同组建f i b s 标准委员会，这里的f i b s 是指家庭总线系统 ( h o m e b u ss y s t e m ) 。1 9 9 8 年初成立了“日本信息化推荐协会”，从而进一步促 进了日本智能住宅的发展。当时提出对住宅区内所有住宅的信息管理采用超级家 庭总线技术( s - - h b s 、s u p e r - - h o l v l eb u ss y s t e m ) 。1 9 9 0 年前后，日本幕张 建立了一个高水平示范性的智能住宅区，美国、新加坡也都建立了基于e i 在1 9 8 8 年制定智能化住宅系统o i i s ) 及其通信标准家庭总线q d s 、h o m e d i s t r u d u n o ns y s t e m ) 的智能化住宅 9 1 。 西门予楼宇科技公司针对社区住宅及分散型小型建筑安全防范的实际情况， 充分结合社区住户本身，最新推出了g u a r t oe a s y 新型安全防范系统【“。西门子 楼宇科技公司的最新产品g u a r t oe a s y 将视频监控、音频对讲监听、防盗报警( 有 线或无线连接方式) 、火灾探测、危险气体探测等多种警告方式( 声光、无线、拨 号) 结合起来，对社区住宅及分散型小型建筑进行全方位的安全防范。g u a r t oe a s y 采用总线式结构，符合安防系统的暴露线路最短的原则。通过适配器可以接入各 种信号( 电压、触点等) ，可以连接防盗探测器、震动探测器、气体探测器、火灾 探测器、紧急按钮以及门禁触点等各种探测器，能够适应各种情况。在线路上， 可以接入中继器实现探测线路的延长，从而更好的适应环境。 5 重庆大学硕士学位论文1 概述 国内研究现状 我国从1 9 9 7 年初开始制定小康住宅电气设计( 标准) 导则( 讨论稿) ，在“导 则”中规定了小康住宅小区电气设计总体上应满足以下要求：高度的安全性，舒适 的生活环境，便利的通信方式，综合的信息服务，智能化的家庭系统。同时也对 小康住宅与小区建设在安全防范、家庭设备自动化和通信与网络配置等方面提出 了三级设计标准，即第一级为“理想目标”：第二级为“普及目标”；第三级为“最低 目标，1 ”。 在我r o d , 区安全防范报警系统已成为智能小区中实现安全管理的重要系统， 根据我国建设部的规定，主要包括电视监控、防盗报警、求助求救、煤气泄漏报 警、消防报警等内容。该系统是一种比较完善的安全防范系统，通过在可视对讲 的基础上，不断扩展主机功能，增设室内各探测器的比较信号。室内分机有多个 探测器接口，可接受感烟探测器，温度探测器、红外及微波探测器、煤气泄漏探 测器等传来的报警信号。 在我国，以北京、深圳、上海、广州等较发达的城市为龙头在近几年内也形 成了一股智能化住宅热。目前，公安部、建设部均要求智能住宅小区必须具有安 防系统，可以预见，智能住宅、智能小区将成为2 l 世纪建筑业的发展主流，特别 是在我国，随着人们生活水平的日益提高，住宅小区是否智能化，安防系统是否 完备、可靠将成为评价住宅小区的重要指标。 1 2 2 系统可行性分析 针对新型大学生公寓应该向学生公寓的管理智能化和网络化发展的趋势，本 课题把已经广泛应用于智能小区的技术，针对学生公寓的特殊情况和特殊要求， 对传统学生公寓进行智能化改造，以满足当前高校后勤社会话的客观需求。根据 住宅智能系统的发展现状及其发展趋势，研究并设计了一个比较完整的适合于学 生公寓管理的智能系统。把各个校区分散的公寓群，通过计算机网络进行集中的 控制，建立数据库，方便统一管理，其宏观硬件图如图1 1 所示 从技术上分析，实现一个集多种功能于一体的智能系统是可行的且比较容易 实现的。利用学生公寓现已普及的电话线和宽带，能够利用现有资源方便的进行 数据的传输和控制【1 2 1 3 1 系统的工作流程大致如下：主控模块通过对数据采集模块采集到的水电表数 据，以及报警模块的报警信息，按照预先设定的程序处理和保存，然后发送给网 络通信模块。终端处理机通过接收的信息保存和处理数据，可以远程控制系统的 工作，也可以通知管理员采取必要的措施。考虑到该系统的实际应用环境，和实 现节能低功耗的目的，本文所介绍的系统在充分考虑了实际情况和系统的性价比 之后，确定利用m i e r o c h i p 公司的p i c l 6 f 8 7 7 a 单片机作为系统的中央处理器实现 6 重庆大学硕士学位论文1 概述 上述几种功能。 重霭t i - 一i j | 酣 孰 i | 碰竺| |j1 旋竺孙 ： ： i：i 。 l i 服务器 圄 i i l 其他校区 i l i 一一一一一一一j r 一一一一一一一 i i 1 第扑校区 i i i 一j 注l r 一一一i 檬i 图1 1 ：智能公寓管理的宏观硬件图 f i 9 1 1 ：酬e a lh 锄c d w 缸ec 吼胡o o u tt h em a n a g e m e n to f m n m th o u s e 1 2 3 市场需求分析 进入2 l 世纪后，中国社会快速的进入信息化的时代，在科技高速发展的今 天，大学生作为国家培养的未来建设者和接班人，其学习和生活的场所不仅关系 到自身的健康成长，也影响者众多的家庭和社会的稳定。正是这种情况使得高校 校园的安全管理成为不仅涉及自身区域环境的问题，而且成为影响整个社会稳定 的重要问题，愈来愈成为社会各方面关注的焦点和核心，成为众多学者关心的重 要课题。 由于现今高校具有建筑组成多样化；人员构成日趋复杂；新旧建筑同时存在； 公寓电器多样化，大功率化的特点，客观上造成了高校不得不面对，且又必须解 决的人员安全问题；财产安全问题和能源浪费问题。通过管理方式的改善和规章 制度的完善，只是在一方面解决了以上问题。仍然必须依靠技术手段，监督和预 防危险事件的发生，才能最终切实的解决高校所面临的问题。 基于大学校园构成的特点，以及存在的问题，结合今后高校建设的发展方向， 智能安防系统在大学校园的应用必将有巨大的潜力和广阔的市场。 1 3 主要工作内容和意义 本课题根据安全防范系统的发展现状及其发展趋势，研究并设计了一个具体 7 重庆大学硕士学位论文l 概述 针对学生公寓特殊情况的，比较完整的安全防范系统，其中重点设计了基于p i c 单片机的防盗、防火报警系统以及节能系统。该智能报警系统主要包括用户端防 盗、防火报警系统、节能控制系统、温度及时间显示系统等。用户端防盗、防火 报警系统又包括探测器、自动报警器、电源自动切换等组成部分，并引入模块化 思想，从而使系统整体更简洁、完善。本课题重点设计了探测器部分和显示部分， 做到分时复用，节约了硬件资源，充分发挥了每个元件的最大效率。其中对红外 热释电探测器及其芯片的工作原理作了详细分析。本课题完成了各种探测器原理 图和部分p c b 图，进行了元器件的选择、分立元件面包板模拟、编程、软件调试 等。 本系统所要实现的功能主要包括：对入室盗窃实现自动检测和自动报警：对意 外情况实现紧急呼救；对住宅的火灾自动检测和自动报警，对温度和时问的显示， 以及节能模式等。 本课题具有重要的实践探索意义：一方面针对高校校园的综合安防系统的设 计研究目前在国内尚不普遍，系统性的描述和论证高校校园安全防范系统的设计 理论和设计方法也不多见。并且，本系统所设计的适合于公寓寝室应用的节能模 块，能较好的解决寝室“长明灯”、“长流水”的问题，是智能安防系统在学生公 寓的一个创新应用。另一方面住宅智能安全防范系统是我国未来智能住宅建筑的 重点发展方向，而智能防盗、防火报警系统又是当前智能报警领域的技术热点， 虽然这方面的资料比较多，但是只是单纯含防盗或防火功能，并且这些报警器的 误报率比较高，即使有部分产品的性能较好，但是价格又比较昂贵，并且受距离 和容量的限制。因此，针对高校的智能化公寓安防系统的研究很有必要，并且应 当有所创新和突破。开发一套功能和结构合理、包含多种技术和功能的具有针对 性和高性价比的新型报警系统具有重要的现实意义。本文作者在研究基础薄弱和 经费欠缺的情况下，力图找到高校校园综合安防系统设计的基本思路和方法，并 力求将其应用于实例之中。 1 4 本章小节 本章介绍了课题的研究背景及意义，提出了针对高校环境的智能化安防系统 的概念，分析了高校后勤化所面临的问题和发展方向。分析参考了国内外智能住 宅的技术现状和发展趋势，提出了高校后勤化发展智能安防系统的技术思路，最 后确定了该课题的内容和研究方案，详细的技术实现路线将在后面几个章节中阐 述 重庆大学硕士学位论文2 总体方案设计 2 总体方案设计 2 1 系统总体架构的设计 一个完整的智能住宅的安全防范系统不但要能对各种报警信号进行及时的 采集，还要能对采集到的信号进行实时的分析和处理，而且还要具有报警功能【1 1 1 。 为此，根据智能住宅安全防范系统的具体要求提出设计方案： 各探测器能对所发生的警情进行实时、准确的探测； 可进行判断处理，自动报警； 有密码验证和修改功能； 节能模块能判断并关闭电源和自来水阀门； 无警情时作为时间和温度的显示； 能与上位机实现实时通信。 本系统作为一个完整的学生公寓智能化系统，应该包括水电表数据采集模 块、报警接收模块、键盘显示模块、外设控制模块、网络通信模块、以及上位机 系统和数据库的建立。鉴于这是一个复杂庞大的系统工程，考虑到实验经费以及 作者精力有限，本项目作为一个实验性方案，主要工作针对下位机的报警控制设 计，而水电表数据采集，系统通信以及上位机的设计，有待于进一步的开发研究， 在此仅作为完整系统的理论总体方案构建的讨论。本系统已预留扩展空间，作为 后续开发完善之用。 系统的工作流程大致如下：主控模块通过对数据采集模块采集到的温度及 水、电表数据，以及报警模块的报警信息，按照预先设定的程序处理和保存，然 后发送给网络通信模块。终端处理机通过接收的信息保存和处理数据，可以远程 控制系统的工作，也可以通知管理员采取必要的措施。考虑到该系统的实际应用 环境，和实现节能低功耗的目的，本文所介绍的系统在充分考虑了实际情况和系 统的性价比之后，确定采用m i c r o c h i p 公司的8 位微处理器p i c l 6 f 8 7 7 a 单片机 作为系统的中央处理器，将电子探测、智能控制和通信技术相结合，形成一个两 级联网通信的防盗、防火报警系统。系统总体架构简图如图2 1 所示。 9 重庆大学硕士学位论文2 总体方案设计 图2 1 系统的原理框图 f i g 2 1s c h e m a t i cd i a g r a mo f t h es y s t e m 2 2 系统各子功能模块概述 本系统采用模块化设计，使系统更简洁，便于完善，提高了系统的可扩展性 和可移植性。智能网络控制系统通过数据采集、命令控制模块和网络通信模块实 现安全监控网络化。命令控制分为3 种模式：( 1 ) 电话远程控制；( 2 ) 网络远程控 制；( 3 ) 现场当机操作。现在的公寓寝室大部分开通了电话线和网线，利用现有 的资源可以和方便的实现数据的网络通信。可以单独选择电话线通信，也可选择 t c p i p 网络通信。为了确保通信的可靠性，甚至可以利用电话线和网线实现双 网通信，这样可以大大提高安防信息传输的可靠性。鉴于实验室的条件和课题的 实际需求，本课题主要研究现场当机操作控制，对电话远程控制和网络远程控制 只作理论和可行性研究。 智能控制系统主要实现以下功能：( 1 ) 实现参数的管理：控制水电表数据的 传输；( 2 ) 节能控制：智能探测并判断室内水、电处于浪费状态的时候进行控制 操作；( 3 ) 紧急情况处理：遇到火灾等突发事件采取应急措施，并及时报警。( 4 ) 常规显示：无险情时正常显示时间和温度。本系统设有复位键，可以进行集中的 本地和远程控制。 本课题按照要求，将整个系统相应地分成5 大功能模块，其系统原理框图如 图2 1 所示，主要研究内容如下： 正常显示模块：该模块是整个系统空闲时的主要工作模块。通过 p i c l 6 f 8 7 7 a 的内部的定时计数器t r m 0 计数实现时间程序，外部扩展数码管显 示驱动和键盘扫描控制芯片c h 4 5 1 来实现时间的显示和键盘的扩展，由按键控 制外接的数字温度传感器d s l 8 8 2 0 进行温度数据的采集，和显示的切换 网络通信模块：基于单片机的t c p i p 协议通信，由单片机和网络接口芯 片共同实现嵌入式t c p i p 协议，如图2 2 所示。采用的网络接口模块是r e l t e k i o 重庆大学硕士学位论文2 总体方案设计 公司的r t l s 0 1 9 a s 全双工网络控制器，它可实现嵌入式t c p i p 协议中m a c 层 的功能，单片机则实现嵌入式t c p 口协议中的其它协议层的功能，从而共同实 现嵌入式t c p m 协议。它自带1 6 k b 的s r a m ，并通过r j 4 5 接口实现与网络通 信。另外，网络控制芯片r l 8 0 1 9 a s 还扩展了一块l k 的e e p i 的m9 3 c 4 6 用来 存储网卡信息。设计该模块的t c p 疋服务程序，系统上电初始化后，该模块工 作于服务模式，时刻侦听来自远程计算机通信程序的请求，并依据远程客户的要 求通过主控模块查询或发送控制指令并获得相关返回信息。 图2 2 单片机网络接口 f i g2 2t h el m e r n e ti n t c l 噶a r , eo f m c u 由于学校可以使用自身的局域网实现网络通信而不产生通信费用，所以基于 单片机的t c p i p 协议通信模式可作为本系统远程控制通信的首选方案。而通过 电话线实现的通信模式，必须具备独立的电话号码，在现在手机普遍普及的情况 下，不少寝室没有开通电话座机服务，所以，在实现上有一定的困难。在本系统 中不建议使用此种通信方式。 数据采集模块：要求数据采集模块能完成对水表、电表、实现远距离抄 收和自动化管理。通过对各表的电