校园安防系统设计与实现(附件)【字数：15914】
摘 要摘 要最近几年，侵害学生权益、危害校园安全的案件日益增加，校园安全问题已经成为一个大家关注的热点问题。为了切实有效地保障同学和老师的人身安全和学校的财产安全，越来越多的学校都开始采取校园安防技术。研究校园安防技术对学校安全的发展具有重要的意义，因为学校作为一个特殊的场所，它的安全问题自然会受到很大的关注，自然需要安防技术对它的安全作支撑，所以本文对校园安防技术加以研究。本文采纳STM32型单片机设计方案，主要包括视频监控、红外报警、烟雾报警等功能。视频监控部分着重设计图像的采集，传输与显示；红外报警功能采用人体热释电传感器，用于入侵检测，保障学校财产安全；烟雾报警采用MQ-2模块，具有检测多种可燃气体的功能，用于学校的火灾报警，对于长期无人看守的场所尤为重要。关键词单片机；安防；报警；视频监控
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 课题研究目的和意义 1
1.3 国内外研究现状和发展前景 1
1.4 系统的任务和特点 2
1.5 本文的结构 3
1.6 本文小结 4
第二章 系统所用器件介绍 5
2.1 STM32F10单片机介绍 5
2.1.1 STM32F103ZET6介绍 5
2.1.2 STM32F103RCT6介绍 6
2.2 MQ2烟雾传感器 7
2.3 人体热释电传感器 8
2.4 NRF24L01无线模块 8
2.5 OV7670摄像头模块 9
2.6 TFT液晶显示屏 11
2.7 本章小结 12
第三章 系统硬件设计 13
3.1 总体电路设计方案 13
3.2 具体电路设计方案 13
3.2.1 视频监控电路设计 13
3.2.2 报警电路设计 18
3.3 本章小结 21
第四章 系统软件设计 22
4.1 程序设计方案 22
4.2 视频监控部分程序设计 22
4.3 报警电路部分程序设计 24
4.4 系统调试 2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
6
4.4.1 编程环境MDK介绍 26
4.4.2 程序下载方法 26
4.4.3 软件与硬件调试 27
4.5 调试问题及解决 31
4.6 本章小结 32
结论 33
致谢 34
参考文献 35
附录 37
第一章 绪论
1.1 课题背景
在最近几年，校园安全事件不时发生，针对在校学生的违法犯罪事件也是经常发生[1]，其中幼儿园和小学是安全事件的重灾区，这使得学生的人身安全受到了很大的威胁。此外，校园安全还包含学校的财产安全，学校的固有资产，例如实验仪器，教学设施等经常发生被盗事件，给学校的财产带来严重的损失，还严重影响教学的安排；或者实验室由于管理使用不当，发生火灾，如果不能及时的发现，会给学校带来不可挽回的巨大损失。
1.2 课题研究目的和意义
学校这个场所较为特殊，学校不仅面积大、楼宇多，楼宇之间也较为分散[2]，除了教学楼，实验室等教学场所，还包括许多校园配套设施，如宿舍、学校校医院、食堂、超市等；而且学校人数众多，人员结构复杂；综合以上因素，可以看出校园安防工作的复杂性。据了解，传统的校园安防主要是采取人防的措施，通过保安的巡逻来减少安全事件的发生，但是这种方式的效率低下，不仅浪费时间、人力成本，还很难做到对突发情况实时的反馈。所以，更为高效的校园安防方式应运而生。采用这种高效的校园安防方式不仅可以减少人力的投入，还可以有效的降低安全事件的发生率。这种高效的安防主要包括视频监控功能、烟雾报警、红外报警功能。如果校园采用这些安防手段，再辅以一定的巡防力量，相信校园安全问题将会得到有效的解决[3]。
1.3 国内外研究现状和发展前景
在1940年左右出现了第一代计算机，但是当时的计算机制造成本过于昂贵，所以计算机在实际生活中应用中的案例较少，它主要是应用于一些科研机构和国防军工业。所以，当时安防技术还停留在比较原始的人防上。但是到了上个世纪80年代左右，超大规模的集成电路技术的发展给校园安防技术带来个一个千载难逢的机遇，它使得计算机的制作成本大大减少，计算机技术开始进入了各个行业中，这其中就包括我们的安防行业。
相对于国外安防技术的发展，我国安防技术起步相对较晚，而且技术基础落后。
中国最早的安防技术大概是在上个世纪60年代出现的，当时最典型的案例是指故宫的安防报警系统，之后，安防技术也仅仅局限于防盗报警系统。因为当时以光电导摄像管为基础的摄像机体积庞大、制造成本高，所以将可视化闭路电视监控系统应用在安防技术中还是比较少见的。但是到了19世纪70年代左右，当时由于CCD图像传感技术得到了关键性的突破[4]，CCD图像传感式摄像机开始广泛得到应用，越来越多的安防监控系统开始采用闭路电视安防监控系统，但是这还是改变不了当时中国安防市场以防盗报警系统为主的现状。到了上个世纪80年代，计算机技术发展和CCD型摄像机的发展给安防技术带来了又一次机遇，智能安防技术开始得到实际的应用。
综合以上的分析，可以得出这样的结论，根据视频监控技术中主流设备的发展[5]，将视频监控技术革新大约分为3个过程，19世纪70年代左右兴起的模拟视频技术，到了20世纪90年代，以数字技术为基础的数字视频开始得到广泛应用，而在最近几年，视频监控在朝着更加智能化和人性化的方向发展[6]。模拟视频主要是以视频切换矩阵为核心，而数字监控的核心在于它的硬盘录像机（DVR），在现在应用的智能监控中，不再强调某个核心，而是在于每个设备之间相互配合[7]。
随着经济社会的发展，人们生活条件和生活水平得到了极大的提高，人们的对生活质量的追求也在增加，安防和自我保护意识不断提高；另一方面，由于高科技技术的发展让犯罪分子的犯罪手段越来越隐蔽，复杂，所以中国的安防需求不仅巨大，而且还需要在技术上不断创新，未来的安防技术一定会朝着更加智能，更加人性化的方向发展[8]。而且各国政府对安防技术发展的支持力度也在不断增加，相信未来的安防技术一定不会令我们失望。
1.4 系统的任务和特点
正如上面提到的，本文所设计的系统包含视频监控功能，此外还有烟雾报警和红外报警功能。视频监控部分包括图像采集[9]，传输，显示，存储等功能；红外报警部分采用人体热释电传感器，烟雾报警功能使用MQ2传感器。由于视频监控中要求图像清晰，所以只能采用16位或者32位这种高性能的单片机，而不采用只有8位的51单片机。该系统采用STM32位单片机[10]，具体的型号为STM32F10系列[12]。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 课题研究目的和意义 1
1.3 国内外研究现状和发展前景 1
1.4 系统的任务和特点 2
1.5 本文的结构 3
1.6 本文小结 4
第二章 系统所用器件介绍 5
2.1 STM32F10单片机介绍 5
2.1.1 STM32F103ZET6介绍 5
2.1.2 STM32F103RCT6介绍 6
2.2 MQ2烟雾传感器 7
2.3 人体热释电传感器 8
2.4 NRF24L01无线模块 8
2.5 OV7670摄像头模块 9
2.6 TFT液晶显示屏 11
2.7 本章小结 12
第三章 系统硬件设计 13
3.1 总体电路设计方案 13
3.2 具体电路设计方案 13
3.2.1 视频监控电路设计 13
3.2.2 报警电路设计 18
3.3 本章小结 21
第四章 系统软件设计 22
4.1 程序设计方案 22
4.2 视频监控部分程序设计 22
4.3 报警电路部分程序设计 24
4.4 系统调试 2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
6
4.4.1 编程环境MDK介绍 26
4.4.2 程序下载方法 26
4.4.3 软件与硬件调试 27
4.5 调试问题及解决 31
4.6 本章小结 32
结论 33
致谢 34
参考文献 35
附录 37
第一章 绪论
1.1 课题背景
在最近几年，校园安全事件不时发生，针对在校学生的违法犯罪事件也是经常发生[1]，其中幼儿园和小学是安全事件的重灾区，这使得学生的人身安全受到了很大的威胁。此外，校园安全还包含学校的财产安全，学校的固有资产，例如实验仪器，教学设施等经常发生被盗事件，给学校的财产带来严重的损失，还严重影响教学的安排；或者实验室由于管理使用不当，发生火灾，如果不能及时的发现，会给学校带来不可挽回的巨大损失。
1.2 课题研究目的和意义
学校这个场所较为特殊，学校不仅面积大、楼宇多，楼宇之间也较为分散[2]，除了教学楼，实验室等教学场所，还包括许多校园配套设施，如宿舍、学校校医院、食堂、超市等；而且学校人数众多，人员结构复杂；综合以上因素，可以看出校园安防工作的复杂性。据了解，传统的校园安防主要是采取人防的措施，通过保安的巡逻来减少安全事件的发生，但是这种方式的效率低下，不仅浪费时间、人力成本，还很难做到对突发情况实时的反馈。所以，更为高效的校园安防方式应运而生。采用这种高效的校园安防方式不仅可以减少人力的投入，还可以有效的降低安全事件的发生率。这种高效的安防主要包括视频监控功能、烟雾报警、红外报警功能。如果校园采用这些安防手段，再辅以一定的巡防力量，相信校园安全问题将会得到有效的解决[3]。
1.3 国内外研究现状和发展前景
在1940年左右出现了第一代计算机，但是当时的计算机制造成本过于昂贵，所以计算机在实际生活中应用中的案例较少，它主要是应用于一些科研机构和国防军工业。所以，当时安防技术还停留在比较原始的人防上。但是到了上个世纪80年代左右，超大规模的集成电路技术的发展给校园安防技术带来个一个千载难逢的机遇，它使得计算机的制作成本大大减少，计算机技术开始进入了各个行业中，这其中就包括我们的安防行业。
相对于国外安防技术的发展，我国安防技术起步相对较晚，而且技术基础落后。
中国最早的安防技术大概是在上个世纪60年代出现的，当时最典型的案例是指故宫的安防报警系统，之后，安防技术也仅仅局限于防盗报警系统。因为当时以光电导摄像管为基础的摄像机体积庞大、制造成本高，所以将可视化闭路电视监控系统应用在安防技术中还是比较少见的。但是到了19世纪70年代左右，当时由于CCD图像传感技术得到了关键性的突破[4]，CCD图像传感式摄像机开始广泛得到应用，越来越多的安防监控系统开始采用闭路电视安防监控系统，但是这还是改变不了当时中国安防市场以防盗报警系统为主的现状。到了上个世纪80年代，计算机技术发展和CCD型摄像机的发展给安防技术带来了又一次机遇，智能安防技术开始得到实际的应用。
综合以上的分析，可以得出这样的结论，根据视频监控技术中主流设备的发展[5]，将视频监控技术革新大约分为3个过程，19世纪70年代左右兴起的模拟视频技术，到了20世纪90年代，以数字技术为基础的数字视频开始得到广泛应用，而在最近几年，视频监控在朝着更加智能化和人性化的方向发展[6]。模拟视频主要是以视频切换矩阵为核心，而数字监控的核心在于它的硬盘录像机（DVR），在现在应用的智能监控中，不再强调某个核心，而是在于每个设备之间相互配合[7]。
随着经济社会的发展，人们生活条件和生活水平得到了极大的提高，人们的对生活质量的追求也在增加，安防和自我保护意识不断提高；另一方面，由于高科技技术的发展让犯罪分子的犯罪手段越来越隐蔽，复杂，所以中国的安防需求不仅巨大，而且还需要在技术上不断创新，未来的安防技术一定会朝着更加智能，更加人性化的方向发展[8]。而且各国政府对安防技术发展的支持力度也在不断增加，相信未来的安防技术一定不会令我们失望。
1.4 系统的任务和特点
正如上面提到的，本文所设计的系统包含视频监控功能，此外还有烟雾报警和红外报警功能。视频监控部分包括图像采集[9]，传输，显示，存储等功能；红外报警部分采用人体热释电传感器，烟雾报警功能使用MQ2传感器。由于视频监控中要求图像清晰，所以只能采用16位或者32位这种高性能的单片机，而不采用只有8位的51单片机。该系统采用STM32位单片机[10]，具体的型号为STM32F10系列[12]。
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