常 亮

(青海警官職業(yè)學(xué)院，青海 西寧 810000)

信息網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下智能安防報警系統(tǒng)設(shè)計

常 亮

(青海警官職業(yè)學(xué)院，青海 西寧 810000)

為了保證學(xué)校學(xué)生和其他在校人員的學(xué)習(xí)生活安全，并且可以最大限度的保障內(nèi)部人員的人身以及財產(chǎn)安全，需要對校園的安防報警系統(tǒng)進行優(yōu)化;但目前設(shè)計方法在智能安防報警系統(tǒng)優(yōu)化過程中，無法在校內(nèi)無人的狀況下對學(xué)校的突發(fā)事件智能安防報警系統(tǒng)，存在校園智能安防報警系統(tǒng)性能不高的問題;為此，提出了一種基于MSP430單片機的信息技術(shù)環(huán)境下校園智能安防報警系統(tǒng)設(shè)計方法;該設(shè)計方法先將MSP430單片機嵌入至安防報警系統(tǒng)多控制傳感器模塊中進行實時監(jiān)測，并且統(tǒng)計關(guān)于學(xué)校內(nèi)部人員以及其貴重物品的進出與防火災(zāi)安全情況，然后采用C/S(Client/Server)結(jié)構(gòu)根據(jù)安全狀況設(shè)置智能聲光報警，使用無線傳輸技術(shù)快速組網(wǎng)，各個采集終端在監(jiān)控安防報警信息的同時，利用無線方式發(fā)送到總控制平臺，方便學(xué)校的管理人員實時了解學(xué)校安防狀況;最后在危險情況發(fā)生時發(fā)送短信快速通知校內(nèi)安防人員，盡量避免或者降低校內(nèi)人員的財產(chǎn)損失，保證學(xué)生以及校內(nèi)其他人員的安全;仿真實驗證明，所提方法提高了信息網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下校園智能安防報警系統(tǒng)的穩(wěn)定性，增強了校園智能安防報警系統(tǒng)的靈活性和自動性。

信息技術(shù)環(huán)境；校園；智能安防報警系統(tǒng)

0 引言

隨著經(jīng)濟技術(shù)的不斷提高和科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，學(xué)校管理人員對校內(nèi)人員的人身及財產(chǎn)安全的重視程度不斷提高[1]。如何保證學(xué)生的人身財產(chǎn)安全，防止學(xué)生人身安全受到威脅，發(fā)生財產(chǎn)被盜、火災(zāi)等突發(fā)事件。因為智能安防報警系統(tǒng)在周界防衛(wèi)、建筑區(qū)域內(nèi)的防衛(wèi)、單位企業(yè)空曠區(qū)域內(nèi)防衛(wèi)、單位企業(yè)內(nèi)實物設(shè)備器材防衛(wèi)等各個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用[2-3]，但大多數(shù)校園智能安防報警系統(tǒng)并不能達到完全智能的報警以及錄像等目標[4]，致使校園發(fā)生突發(fā)狀況時安防報警系統(tǒng)沒能達到其安防的作用。在這種情況下校園智能安防報警系統(tǒng)的優(yōu)化成為了急需解決的主要問題[5]。而基于MSP430單片機的信息技術(shù)環(huán)境下校園智能安防報警系統(tǒng)可根據(jù)安全狀況設(shè)置智能聲光報警，在危險情況發(fā)生時發(fā)送信息及時告知校內(nèi)安防人員，避免或降低在校人員的財產(chǎn)損失，保障其安全[6]。

文獻[7]提出了一種基于無線紅外探測的信息技術(shù)環(huán)境下校園智能安防報警系統(tǒng)設(shè)計方法。該方法是一種方便并廉價的校園智能安防報警系統(tǒng)設(shè)計方法，是基于熱釋電探測的智能多路電話報警系統(tǒng)，放置在學(xué)校不同監(jiān)控點的各探測器可以把探測信號用無線的途徑傳送給安防報警系統(tǒng)主機，并通過紅外感應(yīng)源感應(yīng)到人體，從而發(fā)揮報警的作用。雖然方便廉價，也能達到一定的安防作用，但是過于簡單，在復(fù)雜的情況下安防報警系統(tǒng)不能很快的識別危險并報警。文獻[8]提出了一種基于stm32F103的信息技術(shù)環(huán)境下，校園智能安防報警系統(tǒng)設(shè)計方法。以stm32單片機作為核心，利用串口數(shù)字攝像頭模塊以及無線接收、發(fā)射模塊，把接收的安防報警系統(tǒng)信息通過stm32進行處理，并設(shè)定一定的系統(tǒng)溫度閾值，若超過規(guī)定的溫度閾值，聲光系統(tǒng)就會發(fā)出系統(tǒng)報警。此方法可以把stm32處理過后的信息(短信或彩信)通過GPRS/GSM網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)送給用戶。但是操作太過復(fù)雜，不能簡單明了的實現(xiàn)信息技術(shù)環(huán)境下校園智能安防。文獻[9]提出了一種基于Zigbee和嵌入式技術(shù)的信息技術(shù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下校園智能安防報警系統(tǒng)設(shè)計方法。首先利用ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建一個智能報警安防報警系統(tǒng)。再依據(jù)嵌入式設(shè)備將各系統(tǒng)傳感器以及安防與監(jiān)控設(shè)備結(jié)合，組建可作為依據(jù)的信息網(wǎng)絡(luò)，形成具有充分信息交流的完整有機整體，使得校園管理者能更方便、快捷、有效地對安防報警系統(tǒng)傳感器節(jié)點或者智能安防報警設(shè)備進行集中檢測以及智能化的控制與管理，進而可以更有效地對校園安防報警系統(tǒng)進行安全防護。但該方法需要兩種原理的結(jié)合，所需時間成本過多，效率比較低[10]。

針對上述產(chǎn)生的問題，提出一種基于MSP430單片機的信息網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下校園智能安防報警系統(tǒng)設(shè)計方法。仿真實驗證明，所提方法提高了校園智能安防報警系統(tǒng)的準確性，增強了安防報警系統(tǒng)的靈活性，可滿足信息網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下校園智能安防的需要。為信息網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下校園智能安防報警系統(tǒng)的優(yōu)化提供了可靠依據(jù)。

1 信息網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下校園智能安防報警系統(tǒng)設(shè)計方法

1.1 校園智能安防報警系統(tǒng)控制平臺設(shè)計

校園智能安防報警系統(tǒng)總控制平臺首先完成對校園各個終端系統(tǒng)的監(jiān)控，然后校園智能安防報警系統(tǒng)總控制平臺與各個終端監(jiān)控平臺進行通信，處理來自校園智能系統(tǒng)終端的警報信息，將警報信息在顯示屏上顯示。最后通過GSM模塊以短信方式將警報信息發(fā)送給相關(guān)人員。校園智能安防報警系統(tǒng)總控制平臺設(shè)計流程如圖1所示。

圖1 校園安防報警系統(tǒng)總控制平臺結(jié)構(gòu)圖

通過校園安防報警系統(tǒng)總控制平臺對各個監(jiān)控終端的實時監(jiān)控情況，及時回應(yīng)與分別不同監(jiān)控終端的警報信號并及時處理。確保學(xué)校人員財產(chǎn)與人身安全。各個智能安防報警系統(tǒng)終端主要是對校園內(nèi)部各個地方進行安防。校園安防報警系統(tǒng)總終端的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 校園安防報警系統(tǒng)總終端平臺結(jié)構(gòu)圖

綜上所述，在網(wǎng)絡(luò)信息環(huán)境下校園智能安防報警系統(tǒng)的優(yōu)化中，依據(jù)校園智能安防報警系統(tǒng)總監(jiān)控平臺與校園智能安防報警系統(tǒng)各個終端監(jiān)控平臺的結(jié)構(gòu)圖，組建了校園智能安防報警系統(tǒng)網(wǎng)，更清晰的分化出了信息網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下校園智能安防報警系統(tǒng)構(gòu)造。更便于校內(nèi)安防人員對校內(nèi)安防情況及時了解并解決。

1.2 校園智能安防報警電阻子系統(tǒng)與紅外感應(yīng)器子系統(tǒng)設(shè)計

依據(jù)2.1中所獲各項安防報警系統(tǒng)信息，信息網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下校園智能安防，具有不確定性和隨機性等特點，因此在信息網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下校園智能安防過程中，為了使校園智能安防報警系統(tǒng)電路的功耗更低，校園智能安防報警系統(tǒng)采用低功耗的熱敏電阻NTC100和MSP430149內(nèi)部，自帶的12位A/D轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)校園智能安防報警系統(tǒng)溫度的采集。其理論分析與計算電阻值和溫度變化之間的關(guān)系。

(1)

式中，RT、TN(單位:K)是安防報警系統(tǒng)中電路的NTC熱敏電阻的電阻值；T為校園智能安防報警系統(tǒng)的規(guī)定溫度(單位:K)；B為校園智能安防報警系統(tǒng)中NTC熱敏電阻的常數(shù)，又叫安防報警系統(tǒng)的熱敏指數(shù)。在常溫環(huán)境中，溫度是29℃，換算成開氏溫度為325.25+29=354.25K。通過多次測29℃及33℃環(huán)境下的校園智能安防報警系統(tǒng)信息，取其平均值，盡量減小計算的誤差，算得校園智能安防報警系統(tǒng)中NTC熱敏電阻B的值。通過(1)式可得：

(2)

所獲值為校園智能安防報警系統(tǒng)溫度T(單位:K)時的NTC熱敏電阻阻值；RN為校園智能安防報警系統(tǒng)的額定溫度。將T，TN都轉(zhuǎn)換成開爾文溫度進行計算得到B=5 264.25。經(jīng)過比較發(fā)現(xiàn)，求得的安防報警系統(tǒng)阻值與測得的安防報警系統(tǒng)阻值很相近。可以得知此安防報警系統(tǒng)電路的電阻值可以為校園智能安防報警系統(tǒng)的優(yōu)化起到奠定性的作用。

與此同時還要利用校園智能安防報警系統(tǒng)中的紅外線對入侵者的高度、移動的速度、體表的溫度進行探測。校內(nèi)智能安防報警系統(tǒng)紅外測速的原理是：利用智能安防報警系統(tǒng)紅外線傳播并且不擴散原理，在額定時間內(nèi)校園智能安防報警系統(tǒng)探測移動目標距安防報警系統(tǒng)傳感器的距離，而后根據(jù)安防報警系統(tǒng)的速位關(guān)系式，求出校園智能安防報警系統(tǒng)探測目標的移動速度。根據(jù)三角關(guān)系式有：

(3)

其中，a為校園智能安防報警系統(tǒng)發(fā)射器的入射角；s為校園智能安防報警系統(tǒng)發(fā)射器到被測目標距離；L為校園智能安防報警系統(tǒng)發(fā)射器中心點到被測目標距離。在已知校園智能安防報警系統(tǒng)紅外線速度的前提下，求得智能安防報警系統(tǒng)發(fā)射器到被測目標距離s為：

(4)

其中，V0為智能安防報警系統(tǒng)紅外線在氣流中的傳播速度，t為智能安防報警系統(tǒng)紅外線從發(fā)射到接收信號的時間差。

假如第一次安防報警系統(tǒng)紅外線目標到智能安防報警系統(tǒng)中心點的距離為L1，從智能安防報警系統(tǒng)發(fā)射紅外線到接收到紅外線所用時間為t1，發(fā)射器入射光線與智能安防報警系統(tǒng)紅外線中心線夾角為a1，第二次安防報警系統(tǒng)紅外線目標到智能安防報警系統(tǒng)中心點的距離為L2，從安防報警系統(tǒng)發(fā)射紅外線到安防報警系統(tǒng)接收到紅外線所用時間為t2，發(fā)射器入射光線與智能安防報警系統(tǒng)的中心線夾角為a2；結(jié)合公式( 3 )( 4 )，在兩次實驗時間間隔為t0的狀況下，校園安防報警系統(tǒng)目標移動距離為：

(5)

根據(jù)其速位的關(guān)系式，兩次實驗測得的目標到校園智能安防報警系統(tǒng)的中心速度為：

(6)

其中：V為智能安防報警系統(tǒng)被測的目標移動速度；將式( 5 )代入式( 6 )得目標移動速度為：

(7)

以獲取到的智能安防報警系統(tǒng)被測目標速度V值為依據(jù)，可以有效地對信息技術(shù)環(huán)境下校園智能安防報警系統(tǒng)優(yōu)化。

1.3 校園智能安防報警系統(tǒng)的圖像顯示模塊

為了對校園內(nèi)險情進行實時圖像傳播，假設(shè)校園智能安防報警系統(tǒng)輸入的圖像信號為X和Y，然后對智能安防報警系統(tǒng)輸入的信號分別提取出安防報警系統(tǒng)亮度的相似性、對比度的相似性、結(jié)構(gòu)的相似性函數(shù)如下：

(8)

(9)

(10)

其中：

(11)

(13)

式中，xi和yi分別代表智能安防報警系統(tǒng)圖像X和智能安防報警系統(tǒng)圖像Y的第i個智能安防報警系統(tǒng)顯示圖像像素點值；n代表校園智能安防報警系統(tǒng)圖像像素點的個數(shù)；μx和μy分別代表X和Y的平均值且代表安防報警系統(tǒng)圖像的亮度；σx和σy分別為X和Y的標準差，是安防報警系統(tǒng)圖像的對比度，σxy為X和Y的相關(guān)系數(shù)，是校園智能安防報警系統(tǒng)失真圖像相對原始圖像的改變程度；C1，C2和C3為足夠小的正常數(shù)，用于保證上述函數(shù)的分母趨于零值時校園智能安防報警系統(tǒng)圖像計算的穩(wěn)定性。 將式(8)至式(10)聯(lián)立起來，即可得校園智能安防報警系統(tǒng)圖像結(jié)構(gòu)的相似度：

S(x,y)=[l(x,y)]α·[c(x,y)]β·[s(x,y)]γ

(14)

式中，α，β，γ分別為校園智能安防報警系統(tǒng)調(diào)整亮度、結(jié)構(gòu)、對比度的權(quán)重系數(shù)，通常取C2=2C3，α=β=γ=1，由此可得校園智能安防報警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相似度的常用形式如下：

(15)

所以，在此校園智能安防報警系統(tǒng)優(yōu)化中對判斷校園是否有移動目標，并且將移動目標的圖像進行智能存儲。移動目標的檢測不僅可用于將監(jiān)控現(xiàn)場的非正常信息存儲，同時可通過該方式將校園安防報警系統(tǒng)警報信息快速的發(fā)送給校內(nèi)安防人員，從而實現(xiàn)信息環(huán)境下校園安防監(jiān)控系統(tǒng)的實時性以及智能化功能。

2 仿真實驗結(jié)果與分析

為了證明基于MSP430單片機的信息網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下校園智能安防報警系統(tǒng)設(shè)計方法有效性，需要進行一次仿真實驗。在SD02電路模塊環(huán)境下對信息技術(shù)環(huán)境下校園智能安防報警系統(tǒng)設(shè)計方法進行仿真實驗。校園智能安防報警系統(tǒng)的紅外線報警器電路先采用SD02型熱釋電的人體紅外線傳感器進行感應(yīng)，然后當險情目標進入紅外線傳感器的監(jiān)控范圍時，校園智能安防報警系統(tǒng)紅外線傳感器產(chǎn)生一個交流電壓，該電壓產(chǎn)生的頻率與險情目標移動的速度有關(guān)。

當電路在正常的工作時，如果電路不穩(wěn)定，可能產(chǎn)生的原因是紅外線傳感器受環(huán)境的影響。正確的安裝應(yīng)滿足下列條件：

1)智能安防報警系統(tǒng)紅外線傳感器應(yīng)該離地面2.0～2.2米；2)傳感器應(yīng)遠離電腦、教師教學(xué)的大型電子類教具等空氣、溫度變化較為敏感的地方或東西；3)智能安防報警系統(tǒng)傳感器探測的范圍內(nèi)不可以有大型校內(nèi)盆景或其他隔離物；4)傳感器不要直對教室窗口，否則窗外的過熱氣流的流動或人員走動會引起傳感器的誤報,最好是把窗簾拉上。另外，校園智能安防報警系統(tǒng)的報警器也不可以安裝在強氣流流動的地方。因此有仿真電路測量對應(yīng)電壓表：

仿真校園智能安防報警系統(tǒng)電路測量，實際安防報警系統(tǒng)電路測量，可得到幾組放大倍數(shù)的校園智能安防電路測量性能參數(shù)。存儲管理位置電壓表測量位置電壓，將安防報警系統(tǒng)信號源電壓放大了834倍，仿真測量放大434倍。設(shè)定B為校園智能安防報警系統(tǒng)實際測量值與理論值之間的誤差，校園智能安防報警系統(tǒng)實際電路與理論值誤差：B-(5303-5226)5/1536.16實際電路與仿真值誤差：B-(5459-5233)/51453.12。由上述實驗的數(shù)據(jù)可以得知電路達到了預(yù)期目標。在額定的電壓下，校園智能安防報警系統(tǒng)測試的電阻隨著時間的變化趨勢如圖3所示。

表1 電路測量對應(yīng)位置電壓表

圖3 校園智能安防報警系統(tǒng)電阻值隨時間變化

在校園智能安防報警系統(tǒng)電路的電阻越小表示電路線質(zhì)量越好，或是距離越短，這對校園智能安防報警系統(tǒng)電路線數(shù)據(jù)的傳輸也是非常有幫助的。在額定的電壓下，智能安防報警系統(tǒng)中電路的電阻值隨著時間的增加而越來越小則可以使系統(tǒng)中的安防數(shù)據(jù)更快的傳送到校園安防控制中心以及各個監(jiān)控終端。提高了校園智能安防報警系統(tǒng)的準確性與快速性。

在校園智能安防報警系統(tǒng)中紅外傳感器感應(yīng)效率很大程度的影響著安防報警系統(tǒng)的安防反應(yīng)以及險情處理速度，所以在溫度的變化中紅外傳感器隨著溫度的增大傳感效率越強，所獲校園內(nèi)部險情信息越快速，越準確。下圖為在溫度的變化中校園智能安防報警系統(tǒng)總控制中心和各個終端監(jiān)控中心的變化情況：

在此變化圖中可直觀的看到校園智能安防報警系統(tǒng)紅外傳感器感應(yīng)率隨著溫度的不斷升高，其感應(yīng)率也不斷升高。不僅提高了校園智能安防報警系統(tǒng)的險情感應(yīng)率，而且在很大程度上證明了基于MSP430單片機的信息技術(shù)環(huán)境下校園智能安防報警系統(tǒng)設(shè)計方法是可靠有效的。

分析表1和圖3、圖4可得知，利用改進的信息技術(shù)環(huán)境下校園智能安防報警系統(tǒng)設(shè)計方法進行安防時，電路達到了預(yù)期目標。而且在額定的電壓下，智能安防報警系統(tǒng)中電路的電阻值隨著時間的增加而越來越小，使系統(tǒng)中的安防數(shù)據(jù)更快的傳送到校園安防控制中心以及各個監(jiān)控終端，提高了校園智能安防報警系統(tǒng)的準確性與快速性。而校園智能安防報警系統(tǒng)紅外傳感器隨著時間的升高而感應(yīng)效率越強，為校園安防報警系統(tǒng)提供了便捷的通道，保障了改進方法進行校園智能安防時的平穩(wěn)性。

圖4 校園智能安防報警系統(tǒng)紅外傳感器感應(yīng)率隨溫度變化

實驗仿真證明，所提設(shè)計方法可以全面、準確、靈活的對信息技術(shù)環(huán)境下校園智能安防報警系統(tǒng)進行優(yōu)化。

3 結(jié)束語

采用當前設(shè)計方法對信息技術(shù)環(huán)境下校園智能安防報警系統(tǒng)進行優(yōu)化時，無法在校內(nèi)或各個教室內(nèi)無人的情況下對校園所發(fā)生的突發(fā)事件起到有效的安防作用，存在信息技術(shù)環(huán)境下校園智能安防性能低的問題。提出一種基于MSP430單片機的信息技術(shù)環(huán)境下校園智能安防報警系統(tǒng)設(shè)計方法。仿真實驗證明，所提方法可以有效地對信息技術(shù)環(huán)境下校園智能安防報警系統(tǒng)設(shè)計方法進行優(yōu)化，具有良好的應(yīng)用價值。

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Design of Intelligent Security Alarm System Under Information Network Environment

Chang Liang

(Qinghai Vocational College of Police Officers,Xining 810000,China)

In order to ensure the safety of school students and other students in the study and life, and to maximize the protection of the personal and property safety, the need for campus security alarm system optimization. But the current design method of intelligent security alarm system in the process of optimization, not in the school under the condition of no unexpected events on the school campus intelligent security alarm system, intelligent security alarm system performance is not high. For this reason, this paper puts forward a design method of campus intelligent security alarm system based on MSP430 mcu. The design method of the embedded MSP430 microcontroller to control security alarm system for real-time monitoring of sensor module, and fire safety and import statistics about the school staff and the valuables, and then the C/S (Client/Server) structure according to the safety condition set of intelligent alarm, using wireless transmission technology and rapid networking, each acquisition terminal alarm information in security monitoring at the same time, the use of wireless way sent to the general control platform, managers to know the real-time security situation of convenient school school. Finally, in the event of a dangerous situation to send text messages to inform the school security personnel, try to avoid or reduce the loss of property within the school, to ensure the safety of students and other personnel in the school. The simulation results show that the proposed method improves the stability of campus intelligent security alarm system in the information network environment, and enhances the flexibility and automation of campus intelligent security alarm system.

information technology; campus; intelligent security alarm system

2017-04-13；

2017-04-28。

常 亮(1983-)，男，河北豐南人，碩士研究生，講師，主要從事信息技術(shù)(網(wǎng)絡(luò)方向)方向的研究。

1671-4598(2017)07-0302-04

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.07.075

TN929

A