传感网技术应用 课件 项目2 智慧园区安防监测系统

项目2智慧园区—安防监测系统CONTENTS目录01

【项目描述】02

【项目要求】03

【学习目标】04

任务2.1安防监测系统的功能调研CONTENTS目录05

任务2.2传感器的检测06

【项目实施】07

【拓展阅读】【项目描述】01园区安全风险隐患园区工厂堆放原料与设备，火灾易致重大财产人员损失，且园区人员复杂，存在非法闯入、纠纷取证等安全难题。安防系统解决作用园区管理者关心的安全保障、人员财产保护、非法闯入防范、纠纷取证等问题，可通过安防监测系统解决。安防系统解园区难题【项目要求】02工作任务传感器技能要求需熟悉智慧园区安防检测系统常用传感器的功能，掌握其对应的检测方法。开发与通信操作准确说出KeilMDK开发环境的配置步骤，能正确搭建RS-485通信系统并查看数据。学习产出

搭建一个安防监控系统并通过串口调试工具查看数据【学习目标】03安防传感器知识要求熟悉智慧园区安防检测系统常用传感器的功能，掌握其对应的检测方法。开发环境配置要求准确说出KeilMDK开发环境的配置步骤，明确相关操作流程要点。知识目标技能目标

传感器识别与质检能正确识别红外、气体、火焰、烟雾传感器，运用合适检测手段判定传感器质量。

传感器配置与调试能将传感器正确安装在M3主控模块上，完成节点固件下载与端口地址配置。

安防系统搭建验数能按安防监测系统硬件接线图搭建系统，运用串口工具查看相关数据。素质目标

1）提高学生安全防范意识，进而尊重生命、热爱生命。2）提升与人交流、与人合作、信息处理的能力任务2.1安防监测系统的功能调研04[任务目标]

安防系统认知目标能分析智慧园区安防监测系统功能，知晓所需传感器并能说明其功能与应用场景。

综合能力培养目标着重培养学生查阅资料、交流沟通以及团队协作的多方面综合实践能力。[知识准备]

智慧园区概述智慧园区运用新一代信息通信技术，联动园区各关键资源，是随需服务的新型园区。[知识准备]：智慧园区安防监测系统功能分析智慧安防系统构成完整的智慧安防系统主要涵盖门禁、报警和监控三大部分，包含防火防盗、视频监控等多类报警子系统。园区常见安防系统园区常见的智慧安防系统有视频监控系统、周界报警系统和防火防盗报警系统三类。安防系统技术背景信息化、物联网技术成熟普及，园区安防管理需借助这类技术手段来搭建智慧安防系统。[知识准备]：智慧园区安防监测系统功能分析视频监控系统

视频监控系统定义是利用视频技术探测、监视设防区域，可实时显示、记录现场图像，还能检索和显示历史图像的电子或网络系统。监控系统发展历程历经模拟视频监控系统、数字视频监控系统，发展到完全基于IP网络的视频监控系统，数字监控优势明显，是监控行业未来发展方向，蕴藏巨大商机。[知识准备]：智慧园区安防监测系统功能分析

周界报警系统周界报警系统可24小时监测社区周界，触发报警时联动提示处置，有多种技术类型，常用红外对射等。防火防盗报警系统工厂、单位盗、火、劫事件频发损失大，可采用防火防盗报警系统，还可通过结构图掌握系统关联[知识准备]：安防监测系统常用传感器红外传感器

光电传感器定义及原理光电传感器可将红外、可见光及紫外光等光信号转变为电信号，先把被测量变化转为光信号变化，再借助光电元件转换成电信号。

红外传感器概述红外传感器是感知目标红外信号的光电传感器，红外光是频谱在红光外的电磁波，高于绝对零度的物体都会辐射红外信号，应用领域广泛。

槽型红外光电传感器槽型红外光电传感器槽体内含面对面的红外发射管和接收管，无阻挡时接收管接收红外光，有物体通过遮挡光路则输出开关控制信号，检测距离仅几厘米。[知识准备]：安防监测系统常用传感器对射型红外光电传感器对射型红外光电传感器原理类似槽型，发射管和接收管距离更大，检测距离可达几米至几十米，检测物通过阻挡光路时输出开关控制信号。反光板反射型红外传感器反光板反射型红外光电传感器将发射器和接收器装在同一装置，前方设反光板，光路被检测物挡住时，收光器收不到光就输出开关控制信号。人体感应红外传感器人体感应红外传感器可探测人体红外热辐射，由透镜、红外热辐射感应器等组成，广泛应用于安防报警、自动照明等智能控制系统。[知识准备]：安防监测系统常用传感器气体传感器

气敏传感器基础介绍气敏传感器可检测气体特定成分并转换为电信号，提供气体存在性及浓度信息，按结构特性可分为七大类。

气敏传感器检测应用常见气敏传感器检测对象涵盖易燃易爆、有毒、环境、工业等类气体，应用于家庭、煤矿、冶金等多场所。

半导体型气敏传感器这类传感器应用广泛，通过半导体与气体作用引发电特性变化来检测气体，分为电阻式和非电阻式两类。

典型气敏传感器特性TGS813可燃气体传感器驱动简单功耗低，对可燃气体敏感度高；MQ135空气质量传感器可监测多种污染气体，应用场景广泛。[知识准备]：安防监测系统常用传感器火焰传感器

火焰传感器核心原理基于红外敏感特性，采用特制红外接收管检测火焰辐射信号，将火焰亮度变化转换为高低电平信号传输至中央处理器处理。

火焰传感器类型划分按火焰光特性分为紫外传感器、红外传感器、紫外/红外混合传感器，还可根据探测波段和防爆类型细分。

火焰传感器应用场景作为感光式火灾探测器，广泛用于消防系统，适用于石油化工等易燃易爆场所，也在发动机、工业锅炉及窑炉等设备的火焰报警系统中发挥作用。

典型红外传感器特性以Flame-1000-D为例，可探测700—1100nm短波近红外线，具备数字、模拟双重输出，满足不同精度需求。

典型红外传感器参数Flame-1000-D探测距离大于1.5m，供电电压3V-5.5V，数字输出依是否检测到火焰切换高低电平，模拟输出随火焰强度变化。[知识准备]：安防监测系统常用传感器烟雾传感器

01气敏烟雾传感简介烟雾传感器可监测烟雾浓度防范火灾，气敏式可将气体信息转电信号，实现检测、监控、报警，还能与计算机组成自动系统。

02常用气敏传感应用不同类型气敏烟雾传感器应用不同，可燃性气体款用于抽油烟机等，一氧化碳款用于多场景泄漏报警，氧传感器多领域需求大，毒性款检测污染气体。

03典型气敏传感参数MQ-2是典型气敏烟雾传感器，探测广、灵敏度高、响应快等，输入电压DC5V，功耗150mA，有AO和DO两种输出及对应接线方式。[知识准备]：安防监测系统常用传感器视觉传感器

光导视觉传感器介绍利用光学元件和成像装置获取环境图像，经处理计算对象物特征量，输出数据和判断结果，常安装在其他机器上传输视觉信息，工作过程含图像检测、分析、绘制、识别。

主流视觉传感器类型目前常用的有光电二极管、位置敏感探测器、光导视觉传感器、CCD图像传感器、CMOS图像传感器及其他摄像元件，CCD和CMOS是典型代表。

CCD传感器详情说明CCD即电荷耦合器，属特殊半导体材料，受光照射时感光单位产生电荷，信号叠加成画面实现光电转换与信号储存，结构分线阵型和面阵型。

CMOS传感器分类特点由光敏二极管、MOS场效应管等在同一芯片集成，按光敏像元结构分光栅型和光电二极管型，按是否有放大功能分无源和有源像素图像传感器。调研表编制背景遵循循序渐进原则，经网络查询安防监测系统功能、常用传感器种类及应用后，完成《智慧园区——安防监测系统功能调研表》。调研表核心内容调研表涵盖目的、时间、地点、内容、方式、人员、成果等项，需填写安防监测系统功能、所需传感器及传感器原理、功能与种类。[实践操作][实践操作]：单项选择题

智慧园区功能考题智慧园区功能考题：选出关于智慧园区功能说法正确的选项，选项为A.感知、B.监测、C.互联、D.智能。

智慧安防系统考题智慧安防系统考题：选出完整智慧安防系统不包含的部分，选项为门禁、报警、控制、监控。

园区常见系统考题请选出下列选项中不属于园区常见系统的一项：A.视频监控系统B.周界报警系统C.全球定位系统D.防火防盗报警系统[实践操作]：单项选择题安防技术类综合考题

安防系统阶段考题题目为判断不属于视频监控系统发展经历阶段的选项，选项含模拟、数字、IP网络、仓储运输。

周界报警技术考题题目为判断不是目前市面周界报警技术的选项，选项有红外对射、电缆传感、电子围栏、报警监控。

视觉传感器流程考题题目为判断不属于视觉传感器工作过程的选项，选项含图像检测、分析、绘制、报警监控。红外传感器选择题属于红外传感器的选项：A.槽型红外光电传感，B.对射型红外光电传感器，C.反光板反射型红外光电传感器，D.人体感应红外传感器气体与火焰传感器题按结构特性，气体传感器分半导体型、接触燃烧式等；按光特性，火焰传感器分紫外、红外、紫外/红外混合式。烟雾与视觉传感器题烟雾传感器主要有离子式、光电式等三种；常用视觉传感器有CCD、CMOS图像传感器等。[实践操作]：多项选择题任务2.2传感器的检测05[任务目标]传感器检测方法认知知晓智慧园区安防监测系统里各类传感器对应的不同检测方法。传感器质量检测掌握学会运用不同检测方法，对智慧园区安防监测系统传感器质量进行检测。综合能力培养目标着重培养学生查阅资料、交流沟通以及团队协作的多方面综合能力。[知识准备]：传感器检测方法

传感器故障检测意义传感器工作中易出现故障，运用有效检测方法可快速定位故障原因，大幅缩短检修时长。

传感器检测核心要求实际检测需结合具体传感器类型，做到快速、准确检测，以此高效排除设备故障。

传感器检测方法引入为助力开展传感器检测工作，接下来将介绍几种在检测中常用的实用方法。[知识准备]：传感器检测方法观察法

静态观察检测法又称断电观察法，在不通电条件下，通过目测查找故障，操作遵循先外后内、循序渐进的原则。

通电观察检测法通过设备带电运行检测故障，需目视查火花冒烟、听运行声音、闻烧焦异味、摸元件温度，多感官协同排查明显故障。[知识准备]：传感器检测方法测量法

电阻测量法说明含在线测量和脱焊测量两种，在线测量受并联支路影响，阻值不大于标称值；脱焊测量操作繁琐但结果准确可靠。电压电流测量法电压测量法是基本常用手段，电压偏离大处多为故障点；电流测量需断开电路串入万用表，电流异常处多为故障点。波形测量法介绍运用示波器将传感器输出电流或电压以波形显示，根据波形有无、大小及是否失真来判断故障。[知识准备]：传感器检测方法

“串口调试小助手”法以M3主控模块传感器检测为例，"串口调试小助手"法含装传感器、烧程序等五步替代法替代法：用同规格、性能好的元器件或电路，代换故障电器上可疑且难测的部位，以此判断故障。[知识准备]：传感器质量检测

检测系统搭建逻辑需结合检测目的与实际情况确定可行检测方法，再匹配合适技术工具，组成完整检测系统开展检测。

传感器检测方法示例以新大陆智能安防监测系统的两种传感器模块为例，介绍传感器的“串口调试小助手”质量检测法。[知识准备]：传感器质量检测火焰传感器的质量检测方法

红外火焰传感器检测Flame-1000-D红外火焰传感器采用“串口调试小助手”五步检测法，出现对应数据则模块质量可用。可燃气体传感器检测针对甲烷、丙烷等灵敏的TGS813可燃性气体传感器，通过“串口调试小助手”五步法，出现对应数据则质量可用。[知识准备]：[实践操作]

任务分析与分解遵循循序渐进、先易后难原则，分解安防检测系统传感器调研任务，拟制对应表格

实训任务核心内容于物联网××实训室开展实训，需查安防传感器种类，完成烟雾传感器检测、记录等工作传感器检测常用方法传感器检测常用方法包含观察法、电阻测量法、替代法等，观察法又分为静态观察法与动态观察法。静态观察法要点静态观察法即断电观察法，需在不通电条件下，通过目测查找传感器相关电路的故障。电阻测量法分类电阻测量法分为“电阻在线测量法”和电阻离线测量法，后者需将被测元器件从电路中断路后用万用表测电阻。电压与波形测量法电压测量法通过万用表测疑似故障点电压，偏离正常值较大处即为故障点；波形测量法用示波器将传感器输出的电流或电压以波形显示。[知识准备]：[交互式练习测试题]填空题[知识准备]：[交互式练习测试题]单项选择题

传感器观察法考题考查传感器观察法类别，选项含静态观察法、电阻测量法、电压测量法、电流测量法。

传感器检测方法考题考查测量法检测传感器质量的类别，选项含替代法、观察法、外观法、电阻测量法。

电阻测量法操作考题考查电阻测量法的操作内容，选项含通电测波形、通电测电压、测量在线电阻、通电测电流。

电流测量法步骤考题考查不属于电流测量法的操作步骤，选项含给传感器通电、正确连接、选合适量程、通电测电压。

串口调试步骤考题考查“串口调试小助手”五步法步骤，选项含给传感器通电、正确连接、烧写程序、通电测电压。任务2.3智慧园区安防监测系统开发环境搭建及运用[任务目标]掌握KeilMDK开发环境配置及工程操作，掌握STM32单片机结构、引脚、存储、时钟与复位电路、I/O模式。任务2.3智慧园区安防监测系统开发环境搭建及运用：[知识准备]

KeilMDK的开发环境介绍搭建前物料准备需从KeilMDK官网获取MDK安装包、注册机软件，以及适配STM32F1系列的开发支持包。MDK软件安装流程双击安装包启动安装，设置Core和Pack路径，填写注册信息，完成安装后关闭相关弹窗。器件包安装与注册可选择离线双击Pack包或在线通过软件更新按钮安装STM32器件支持包；以管理员模式运行软件，复制CID到注册机生成激活码完成注册。新建工程操作步骤打开Keil5新建工程并命名保存，选择STM32F103VE单片机型号，手动添加Device-Startup配置运行环境。工程配置与文件创建配置工程时勾选微库和生成HEX文件选项，选择对应仿真器型号；新建.c文件并添加到工程，编写main函数编译验证。任务2.3智慧园区安防监测系统开发环境搭建及运用：[知识准备]单片机的硬件系统

STM32基础概况STM32是意法半导体的微控制器系列，该公司1987年成立，1998年更名，现为世界大半导体公司之一，STM32基于ARMCortex内核，分多个产品系列，性价比高。单片机核心定义单片机又称单片微控器，是集成式电路芯片，内部由CPU、存储器、可编程IO口、定时/计数器等部件构成。STM32结构详情分增强型和通用型系列，有丰富GPIO接口，含80个兼容5V的通用I/O口，可配置16个外部中断，集成2个12位模数转换器和温度传感器。任务2.3智慧园区安防监测系统开发环境搭建及运用：[知识准备]

STM32引脚功能引脚分电源、时钟、控制、特殊功能四类，数量因型号而异，可编程配置功能，满足多类应用需求。

STM32存储结构以STM32F103VET6为例，它是32位高密MCU，含512kB闪存，搭载ARMCortex内核，运行频率72MHz，有多种通讯接口。

时钟与复位系统时钟系统有HSI、HSE、LSI、LSE、PLL五个时钟源，复位支持系统复位、上电复位、备份区域复位三种形式。

并行I/O口工作模式STM32的I/O口共8种工作模式，包含4种输入模式和4种输出模式，不同模式适配不同外部信号交互需求。任务2.3智慧园区安防监测系统开发环境搭建及运用：[实践操作]前期准备与软件安装基于智慧园区安防监测资料，安装KeilMDK软件，完成建区、建工程等操作及相关表格编制实训操作记录要求完成KeilMDK软件安装并记录步骤；完成工作区、工程、文件相关操作并截图入表任务2.3智慧园区安防监测系统开发环境搭建及运用：[交互式练习测试题]

填空题开发环境搭建要点KeilMDK开发环境搭建步骤含准备环节；开发软件使用涵盖新建工程、新建文件等操作。工程操作具体流程新建工程需单击Project下级对应菜单，新建文件单击File下级对应菜单，魔术棒配置后可在工程文件上操作添加文件。STM32IO口模式考点STM32的IO口共8种工作模式，其中上拉和下拉输入模式为两类特定的输入工作模式。单项选择题1.安防监测系统串口调试需设：正确COM号、8位数据位、115200波特率2.单片机I/O口指输入输出端口任务2.3智慧园区安防监测系统开发环境搭建及运用：[交互式练习测试题]【项目实施】06项目实施要求

系统搭建部署基于RS-485总线通信系统搭建智能安防系统，由一个主机、两个从机构成通信网络，上位机装“USB转485”转换器连接从机，从机节点连传感器。

系统配置调试完成程序烧写和端口地址配置，搭建好系统后利用串口助手进行数据查看，验证系统运行状态。单片机选择根据本项目需要，选择基于STM32的M3主控模块。传感器的选择本项目需要选择Flame-1000-D火焰传感器和TGS813可燃气体两种传感器。实施步骤实施步骤：节点固件的下载1）传感器的安装

选取两个“M3主控模块”作为从机，按插针差异，将火焰、可燃气体传感器分插于不同模块板上。实施步骤：节点固件的下载2）hex文件烧写

从机硬件烧写设置先将M3主控模块板的JP1拨码开关由“NC”拨向“boot”模式，完成烧写前的硬件设置。从机软件参数配置使用ST官方ISP工具“FlashDownloadDemostrator”，配置串行通信口及波特率，选择MCU型号STM32F1_High-denity-512k。从机固件下载操作配置完成后选择后缀为.hex的固件文件，点击“Next”开始下载，完成后出现绿色条框即烧写完成，重复操作完成另一从机下载。主机程序烧写操作按照从机固件下载的上述步骤，完成安防监测系统M3主控模块主机节点程序的烧写。实施步骤：节点配置

切换从机拨码模式首先，将从机M3主控模块板的JP1拨码开关由“boot”拨向“NC”模式。

打开配置工具并连接双击打开“M3主控模块配置工具”，选COM3口并勾选“485协议”，再打开连接以配置RS-485节点

配置从机节点1参数配置从机节点1参数：节点地址设为“0x0001”，传感器类型设为“火焰传感器”，单击设置完成配置。

配置从机节点2参数参照前述步骤配置从机节点2