楼宇自动安全防范系统课程设计.docx
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楼宇自动安全防范系统课程设计
楼宇自动安全防范系统设计
摘要
楼宇自动安全防范系统(SAS)包括的子系统主要有:
防盗报警子系统、电视监控子系统、出入口控制(门禁)子系统、可视对讲子系统、停车场综合管理子系统、巡更报警子系统、周界管理及住户内部安全管理等,其中最重要的是由监控、防盗报警、门禁系统。
本论文的主要工作是以一个大厦为背景,对其楼宇自控安全防范系统进行设计。
论文首先介绍了目前国内外智能楼宇安全防范技术的发展,其次了解了楼宇自控安全防范系统的组成及各个子系统的功能和特点,最后通过对各个子系统的硬件组部分的选型完成了对安全防范系统硬件的设计。
关键词:
智能建筑安全防范系统防盗报警子系统
1.绪论
1.1智能建筑的现状发展及前景
随着社会与科技的进步与发展,只有楼宇自动化系统所提供的建筑环境已无法适应信息技术的飞速发展和满足人们对建筑环境信息化、智能化的需求。
1984年1月在美国康涅狄格州Hartford竣工的CityPlace大楼的宣传材料中,第一次出现“智能建筑(IB,IntelligentBuilding)”一词,标志着“智能建筑”概念的形成。
该大楼以当时最先进的技术来控制空调设备、照明设备、防灾和防盗系统、垂直交通运输(电梯)设备、通信和办公自动化等,除可实现舒适、安全的办公环境外,还具有高效、经济的优点。
大楼的用户可以获得语音、文字、数据等各类信息服务,而大楼内的空调、供水、防火防盗、供配电等系统均为计算机控制,实现了自动化综合管理,为用户提供了舒适、方便和安全的建筑环境,引起全世界的关注。
随后,智能建筑及其“建筑智能化系统”蓬勃发展,以美国和日本最为突出。
此外,法国、瑞士、英国等欧洲国家和新加坡、马来西亚、香港等国家和地区的智能建筑也迅速发展。
据有关统计,美国的智能建筑超过万幢,日本新建大楼中60%以上是智能建筑。
我国智能建筑起步较晚,直到20世纪80年代末期才有较大的发展,但其迅猛的发展势头令世人瞩目。
近几年来,在我国的北京、上海、广州、深圳等城市,相继建成了一批具有相当水平的智能建筑,如北京的发展大厦、上海的金茂大厦、深圳天安数码城等。
当前国内的智能建筑开始转向大型公共建筑,例如会展中心、图书馆、体育场馆,乃至城市信息化小区。
据国外媒体预测,近期在中国兴建的大型建筑将占全球的一半,2l世纪全世界的智能建筑将有一半以上在中国建成。
1.2安防系统概述
智能建筑安全防范系统是以保障安全为目的而建立起来的技术防范系统,它必须对建筑的主要环境,包括内部环境和周边环境进行全面有效地全天候的监视,如对大厦内部的财产、人身、文件资料、设备等的安全起着重要的保障作用。
是智能建筑中不可缺少的一个子系统,在该系统中融入新的技术可以大大提高智能建筑的智能化水平。
我国的安全防范行业作为产业来说是从上世纪80年代开始的,起步比起西方经济发达的国家大约晚上20多年。
然而我国安全防范行业的发展速度较快,现在已经成为比较成熟的产业。
尤其是到了90年代中后期,随着智能建筑的兴起,民用建筑安全防范市场迅速发展,政府和房地产商率先提出智能楼宇的概念,这给安全防范行业开辟了更加广阔的天地,极大的促进了安全防范行业的
发展。
安全防范系统(SAS)包括的子系统主要有:
防盗报警子系统、电视监控子系统、出入口控制(门禁)子系统、可视对讲子系统、停车场综合管理子系统、巡更报警子系统、周界管理和住户内部安全管理等,其中最重要的是由监控、探测报警、门禁系统组成。
楼宇自控安全防范系统的系统功能框图如图:
图1-1安防系统功能框图
1.3论文工程背景介绍
王府国际商城,物业总体定位为满足王府井旅游商业街文化要求的集旅游商业、文化商业、文明商业为一体的特色化中型主题商场。
商场经营将主要以品牌经营为主,在为社会提供市场商业服务的同时,展示商业文化特色,使其成为中、高档主体商场及品牌的形象代言。
本工程地下二至四层为地下车库及设备用房,地下一层为商业及设备用房,地上一至三层考虑品牌商场经营,地上四—六层考虑各类专卖店即主题店,地上七—九层为餐饮娱乐等综合业态。
1.4本论文主要完成的工作
本论文主要内容是针对楼宇自控安全防范系统的进行研究,结合实习时的一个大厦完成其安全防范系统方案的设计。
该安全防范系统方案的设计包括硬件系统的设计和组态软件绘制系统工作流程原理图等。
本大厦的设计的安全防范系统主要包括电视监控系统、防盗报警子系统、出入口控制(门禁)子系统和停车场管理子系统等主要的子系统进行发案选取及基本的硬件选型设计。
电视监控子系统主要满足大厦的基本监控要求从而进行初步设计,考虑到商城具体的用途以后可以进行二次深化设计。
防盗报警子系统主要对商场一层和停车场的防盗报警进行设计。
出入口和停车场子系统进行初步的硬件选型。
对于软件部分的设计经过对比,并结合实验条件选用组态王软件着重对防盗报警子系统进行组态设计。
2.楼宇安防系统的主要子系统介绍
2.1电视监控子系统
2.1.1闭路监控系统概述
闭路监控系统是现代管理、监测、控制的重要手段之一。
它可以通过摄像机及其辅助设备(如镜头、云台等)直接观看被监视场所的实际情况,并
可以把所拍摄的图像用录像、多媒体技术等记录下来。
它获得的信息量大,一目了然,判断事件正确,是报警复核、动态监控、过程控制和信息记录的有效方法。
智能小区要求闭路电视系统具有一定的联动控制功能,因此在控制台上要设有入侵防越及其他紧急情况的联动接口。
在接到连动控制报警信号时,启动录像机自动对有警情的被监视区域进行录像。
同时物业管理中心工作人员根据警报来源能够控制云台进行跟踪监视并可采取相应处理措施。
2.1.2闭路电视监控系统的基本组成
闭路电视监控系统根据其使用环境、使用部门和系统的功能的不同而具有不同的组成方式,无论系统规模有多大、功能有多少,一般电视监控系统均由摄像、传输分配、控制、图像处理与显示等四个部分组成,如图2-1所示:
图2-1闭路监视系统的组成
1.摄像部分
摄像部分的作用是把系统所监视的目标,即把被摄体的光、声信号变成电信号,然后送入CCTV系统的传输分配部分进行传送。
摄像部分的核心是电视摄像机,它是光电信号转换的主体设备,是整个CCTV系统的眼睛。
摄像机的种类很多,不同的系统可以根据不同的使用目的选择不同的摄像机以及镜头、滤色片等。
2.传输分配部分
传输分配部分的作用是将摄像机输出的视频(有时包括音频)信号馈送到中心机房或其他监视点。
CCTV系统的传输分配一般采用以视频信号本身的所谓基带传输,有时也采用载波传送或脉冲编码调制传送,以光缆为传输介质的系统都采用光通信方式传送。
传输分配部分主要有:
(1)馈线。
传输馈线有同轴电缆(以及多芯电缆)、平衡式电缆、光缆。
(2)视频分配器。
将一路视频信号分配为多路输出信号,供多台监视器监视同一目标,或者用于将一路图像信号向多个系统接力传送。
包括音频信号的视频分配器又称视频音频分配器或称视音分配器。
(3)视频电缆补偿器。
在长距离传输中,对长距离传输造成的视频信号损耗进行补偿放大,以保证信号的长距离传输而不影响图像质量。
(4)视频放大器。
用在系统的干线上,当传输距离较远时,对视频信号进行放大,以补偿传输过程中的信号衰减。
具有双向传输功能的CCTV系统,必须采用双向放大器,这种双向放大器可以同时对下行和上行信号给予补偿放大。
视频放大器一般为桥接放大器,可以把放大后的视频信号分成两路或多路。
3.控制部分
控制部分的作用是在中心机房通过有关设备对系统的摄像和传输分配部分的设备进行远距离遥控。
控制部分的主要设备有:
(1)集中控制器。
一般装在中心机房、调度室或某些监视点上。
使用控制器再配合一些辅助设备,可以对摄像机工作状态,如电源的接通、关断,摄像机的水平旋转、垂直俯仰、远距离广角变焦等进行遥控。
一台遥控器按其型号不同能够控制摄像机的数量也不同,一般为1~6台。
(2)电动云台。
它用于安装摄像机,云台在控制电压(云台控制器输出的电压)的作用下,作水平和垂直转动,使摄像机能在大范围内对准并摄取所需要的观察目标。
(3)云台控制器。
它与云台配合使用,其作用是在集中控制器输出的控制电压作用下,输出交流电压至云台,以此驱动云台内电动机转动,从而完成旋转动作等。
(4)微机控制器。
它是一种较先进的多功能控制器,采用微处理技术,其稳定性和可靠性好。
微机控制器与相应的解码器、云台控制器、视频切换器
等设备配套使用,可以较方便地组成一级或二级控制,并留有功能扩展接口。
控制信号传输线可以采取串、并联相结合的布线,从而节约电缆,降低工程费用。
4.图像处理与显示部分
图像处理是指对系统传输的图像信号进行切换、记录、重放、加工和复制等。
显示部分则是使用监视器进行图像重现,有时还采用投影电视来显示其图像信号。
图像处理和显示部分的主要设备有:
(1)视频切换器。
它能对多路视频信号进行自动或手动切换,使一个监视器能监视多台摄像机信号。
在要求高的场合,如专业电视台节目制作和播出系统还使用特技切换器,其功能全、效果好,但操作复杂。
(2)监视器和录像机。
监视器的作用是将送来的摄像机信号重现。
在CCTV系统中,一般需配备录像机,尤其在大型的保安系统中,录像系统还应具备如下功能:
①在进行监视的同时,可以根据需要定时记录监视目标的图像或数据,以便存档。
②根据对视频信号的分析或在其他指令控制下,能自动启动录像机,如设有伴音系统时应能同时启动。
系统应设有时标装置,以便在录像带上打上相应时标,将事故情况或预先选定的情况准确无误地录制下来,以备分析处理。
③系统应能手动选择某个指定的摄像区间,以便进行重点监视或在某个范围内几个摄像区作自动巡回显示。
④录像系统既可快录慢放或慢录快放,也可使一帧画面长期静止显示,以便分析研究。
2.1.3闭路电视监控系统的组成形式
闭路电视监控系统的组成形式一般有如图所示的几种方式。
图2-2闭路电视监控系统的组成形式
2.2防盗报警子系统
2.2.1防盗报警子系统概述
当不法分子入侵防范区域,试图行窃时,能够及时将入侵信号告知值机人员的技术系统称为防盗报警系统。
防盗报警系统由探测器(含紧急报警装置,如紧急按钮)、信道和报警控制器三部分组成。
图2-3防盗报警系统组成图
探测器俗称探头,它的作用是将入侵探测信号变成能在信道中传输的电信号。
常用的探测器有被动红外探测器、主动红外探测器,微波—被动红外双技术探测器、玻璃破碎探测器等。
信道,即传输信号的媒介。
其作用是将由探测器发出的携有报警信息的电信号及时准确地传至报警控制器。
信道分有线信道和无线信道。
有线信道有:
双绞线、电话线、同轴电缆、光缆等(本系统用的是电话线);无线信道即在自由空间传播的无线电彼。
报警控制器。
能接收由信道传送的携有报警信息的电信号,经信号处理后,发出声光报警,并显示出报警部位的装置叫报警控制器。
探测器、信道、报警控制器即构成了最简单的报警系统。
在实际应用中往往是多个探测器由一个报警控制器所控制,这就是一般意义上的防盗报警系统。
根据需要,报警控制器还可以和各报警中心连接(比如:
有多个设防单位的入侵报警系统都连到了公安局),这就组成一个更大的报警系统,即报警网。
2.2.2系统基本组成及特点
系统的基本组成红外线报警器是利用红外线的辐射和接收技校构成的报警装置。
根据工作原理,又可分为主动式和被动式两种类型。
1)主动式红外探测器
主动式红外探测器是由收、发装置两部分组成。
发射装置向装在几米甚至于
几百米远的接收装置辐射一束红外线,当被遮断时,接收装置即发出报警信号,因此,它也是阻挡式报警器,或称对射式探测器。
通常,发射装置由多谐振荡器、波形变换电路、红外发光管及光学透镜等组成。
振荡器产生脉冲信号,经波形变换及放大后控制红外发光管产生红外脉冲光线,通过聚焦透镜将红外光变为较细的红外光束,射向接收端。
接收装置由光学透镜、红外光电管、放大整形电路、功率驱动器及执行机构等组成。
光电管将接收到的红外光信号转变为电信号,经整形放大后推动执行机构启动报警设备。
主动式红外报警器有较远的传输距离,因红外线属于非可见光源,入侵者难以发觉与躲避,防御界线非常明确。
主动式红外报警器是点型、线型探测装置,除了用作单机的点警戒和线警戒外,为了在更大范围有效地防范,也可以利用多机采取光墙或光网安装方式组成警戒封锁区或警戒封锁网,乃至组成立体警戒区。
单光路由一个发射器和一个接收器组成。
双光路由两对发射器和接收器组成。
两对收、发装置分别相对,是为了消除交叉误射;多光路构成警戒面;反射单光路构成警戒区。
2)被动式红外报警器
被动式红外报警器不向空间辐射能量,而是依靠接收人体发出的红外辐射来进行报警的。
任何有温度的物体都在不断向外界辐射红外线,人体的表面温度为36-27。
C,其大部分辐射能量集中在8-12um的波长范围内。
被动式红外报警器在结构上可分为红外探测器(红外探头)和报警控制部分。
红外探测器目前用得最多的是热释电探测器,作为人体红外辐射转变为电量的传感器。
如果把人的红外辐射直接照射在探测器上,当然也会引起温度变化而输出信号,但这样做,探测距离是不会远的。
为了加长探测器探测距离,须附加光学系统来收集红外辐射,通常采用塑料镀金属的光学反射系统或塑料做的菲涅耳透镜作为红外辐射的聚焦系统。
在探测区域内,人体透过衣饰的红外辐射能量被探测器的透镜接受,并聚焦于热释电传感器上。
当人体(入侵者)在这一监视范围中运动时,顺次进入某一视场,又走出这一视场,热释电传感器对运动的人体一会儿看到,一会儿看不到,于是人体的红外线辐射不断地改变热释电体的温度,使它输出一个又一个相应的信号,此信号就是报警信号。
主要特点有以下几点:
①由于它是被动式的,不主动发射红外线,因此其功耗非常小,安装方便。
②与微波报警器相比,红外波长不能穿越砖头水泥等一般建筑物,在室内使用时,不必担心由于室外的运动目标会造成误报。
在较大面积的室内安装多个被动红外报警器时,因为它是被动的,所以不会产生系统互扰的问题。
③工作不受声音的影响,即声音不会使它产生误报。
2.2.3系统报警原理图
图2-4入侵报警系统原理框图
2.3出入口控制系统
2.3.1出入口控制系统概述
出人口控制系统accesscontrolsystem(ACS)利用自定义符识别或和模式识别技术对出入口目标进行识别并控制出入口执行机构启闭的电子系统或网络。
出入口控制系统主要由识读部分、传输部分、管理/控制部分和执行部分以及相应的系统软件组成。
出入口控制系统有多种构建模式。
按其硬件构成模式划分,可分为一体型和分体型;按其管理/控制方式划分,可分为独立控制型、联网控制型和数据载体传输控制型。
一体型出入口控制系统的各个组成部分通过内部连接、组合或集成在一起,实现出入口控制的所有功能。
分体型出入口控制系统的各个组成部分,在结构上有分开的部分,也有通过不同方式组合的部分。
分开部分与组合部分之间通过电子、机电等手段连成为一个系统,实现出入口控制的所有功能。
独立控制型出入口控制系统,其管理/控制部分的全部显示/编程/管理/控制等功能均在一个设备(出入口控制器)内完成。
联网控制型出入口控制系统,其管理/控制部分的全部显示/编程/管理/控制功能不在一个设备(出入口控制器)内完成。
其中,显示/编程功能由另外的设备完成。
设备之间的数据传输通过有线和/或无线数据通道及网络设备实现。
数据载体传输控制型出入口控制系统与联网型出入口控制系统区别仅在于数据传输的方式不同。
其管理/控制部分的全部显示/编程/管理/控制等功能不是在一个设备(出入口控制器)内完成。
其中,显示/编程工作同另外的设备完成。
设备之间的数据传输通过对可移动的、可读写的数据载体的输入/导出操作完成。
2.3.2常见的出入口控制的方式
第一种方式是在需要了解其通行状态的门上安装门磁开关(如办公室门、通道门、营业大厅门等)。
当通行门开/关时,安装在门上的门磁开关,会向系统控制中心发出该门开/关的状态信号,同时,系统控制中心将该门开/关的时间、状态、门地址,记录在计算机硬盘中。
另外也可以利用时间诱发程序命令,设定某一时间区间内(如上班时间),被监视的门无需向系统管理中心报告其开关状态,而在其它的时间区间(如下班时间),被监视的门开/关
时,向系统管理中心报警,同时记录。
第二种方式是在需要监视和控制的门(如楼梯间通道门、防火门等)上,除了安装门磁开关以外,还要安装电动门锁。
系统管理中心除了可以监视这些门的状态外,还可以直接控制这些门的开启和关闭。
另外也可以利用时间诱发程序命令,设某通道门在一个时间区间(如上班时间)内处于开启状态,在其它时间(如下班时间以后),处于闭锁状态。
或利用事件诱发程序命令,在发生火警时,联动防火门立即关闭。
第三种方式是在需要监视、控制和身份识别的门或有通道门的高保安区(如金库门、主要设备控制中心机房、计算机房、配电房等),除了安装门磁开关、电控锁之外,还要安装磁卡识别器或密码键盘等出入口控制装置,由中心控制室监控,采用计算机多重任务处理,对各通道的位置、通行对象及通行时间等实时进行控制或设定程序控制,并将所有的活动用打印机或计算机记录,为管理人员提供系统所有运转的详细记录。
2.3.3系统结构原理图
图2-5出入口系统结构原理图
2.4停车场系统概述
随着中国城市现代化,国际化的发展,汽车数量急剧增加,在拥挤的市区空间里,停车场的高效优质已成为交通静态管理的主要环节,而一套先进的停
车场管理系统将为停车场服务带来革命性的飞跃。
非接触式IC卡停车场管理系统是一种高效快捷、公正准确、科学经济的停车场管理手段,是停车场对于车辆实行动态和静态管理的综合。
其服务高效、准确无误;易于操作维护、自动化程度高、大大减轻管理者的劳动强度。
系统以非接触式IC卡为信息载体,通过IC卡记录车辆进出信息,结合工业自动化控制技术控制机电一体化外围设备,从而控制进出停车场的各种车辆。
3.楼宇自控安防各个系统的硬件选型与设计
3.1电视监控子系统硬件设计
依据本大厦的特点,主要先完成的电视监控范围主要是各层营业大厅及地下停车场,下面对本大厦的监控系统进行一个初步的硬件选型设计。
3.1.1系统硬件选型原则
摄像机是整个监控系统的核心设备,选型时应根据现场环境和用户需求,慎重选择。
1)根据安装方式选择。
如固定安装,摄像机多选用普通枪式摄像机或半球摄像机;如采用云台安装方式,现多选用一体化摄像机,特点是:
内置电动变焦镜头,小巧美观,安装方便,性价比优,也可采用普通枪式摄像机另配电动变焦镜头方式,但价格相对较高,安装也不及一体化摄像机简便。
2)根据安装地点选择。
由于普通枪式摄像机,既可壁装又可吊顶安装,因此室内室外不受限制,比较灵活;而半球摄像机,只能吸顶安装,所以多用于室内且安装高度有一定限制。
但和枪式摄像机相比,不需另配镜头、防护罩、支架,安装方便,美观隐蔽,且价格经济。
3)根据环境光线选择。
如果光线条件不理想,应尽量选用照度较低的摄像
机,如彩色超底照度摄像机、彩色黑白自动转换两用型摄像机、低照度黑白摄像机等,以达到较好的采集效果。
需要说明的是,如果光线照度不高,而用户对监视图像清晰度要求较高时,宜选用黑白摄像机。
如果没有任何光线,就必须添加红外灯提供照明或选用具有红外夜视功能的摄像机,其特点是:
摄像机本身具有彩色黑白转换模式,超低照度,且外形美观,隐蔽性好,性价比优。
4)根据对图像清晰度的要求进行选择。
如果对图像画质的分辨率要求较高,应选用电视线指标较高的摄像机。
一般来说,对于彩色摄像机,420线为中解析
摄像机,470线以上都为高解析摄像机。
清晰度越高,价格相对越高。
5)还应注意产品说明上的一些性能指标。
如信噪比、自动光圈镜头的驱动
方式等。
一般的电视监控系统中信噪比指标要选大于48dB的,这样不仅满足行业标准规定的不小于38dB的要求,更重要的是当环境照度不足时,信噪比越高的摄像机图像就越清晰。
镜头的驱动方式一般选用双驱动的,以便随意选用DC驱动或视频驱动的自动光圈镜头。
3.1.2系统硬件选型设计
本次设计中结合以上的硬件设备选型的原则、系统硬件设计原则以及住宅大厦的安全防范要求对硬件做如下的选型:
(1)固定式摄像机
(2)一体化固定式摄像机
(3)一体化快球式摄像机
系统布点:
电视监控主要对出入口、停车场(库)、楼层单元门、电梯间进行监视,值班人员可通过监控图像,观察进入大门的人员面部特征和车辆牌号,同时也监视停车场(库)其他流动现场情况。
考虑到大厦日夜光照因素,根据住宅建筑平面图,布置摄像机,这些摄像点作为主动防范手段,随时监控和摄录事件发生的过程,及时发现与避免可能发生的突发事件和在案发后为公安部门破案以提供事实根据佐证。
表3-1摄像机分布防护范围:
编号
摄像机类型
监控区域
数量
1
固定式摄像机
-4F
10
2
固定式摄像机
-3F
10
3
固定式摄像机
-2F
10
4
固定式摄像机
-1F
7
5
一体化固定式摄像机
-1F
6
6
一体化固定式摄像机
1F
6
7
一体化快球式摄像机
1F
1
8
一体化固定式摄像机
2F
7
9
一体化固定式摄像机
3F
7
10
一体化固定式摄像机
4F
7
11
一体化固定式摄像机
5F
7
12
一体化固定式摄像机
6F
7
13
一体化固定式摄像机
7F
7
14
一体化固定式摄像机
8F
7
15
一体化固定式摄像机
9F
5
16
固定式摄像机
顶层
6
固定式摄像机
一体化固定式摄像机
一体化快球式摄像机
43台
61台
1台
3.2防盗子系统硬件设计与选型
3.2.1系统工作原理
系统原理图如图所示:
通过在重要的场所通道设置各类探测器,构成了一套多层次全方位的安全防盗报警系统。
只要有人非法闯入,即会触发报警信息。
一方面,系统会自动把报警信号传送至控制中心,值班人员可通过报警键盘和电子地图的显示确定报警定位;而另一方面,也可以通过声光报警的形式提醒值班人员的注意。
控制中心报警控制器,可通过键盘进行编程,可设置布、撤防密码,可显示报警方位,根据需要对不同的防区可以设置成群旁路、单旁路以及进入或退出延时等功能。
系统具有防破坏功能,在报警线路被切断、报警探头被破坏等情况下均能报警发生警情时,系统能自动启动现场摄像机,将报警地点图像显示在监视器上,并在多媒体电管理计算机上自动弹出报警电子地图,同时启动硬盘录像主机进行记录。
3.2.2报警探测器的布置
安防探头全部采用红外双鉴探测器,这些红外双鉴探测器主要设置在各楼层主要出入口等位置,各楼层设置巡更点,在商场一层安装红外对射,与监控结合有效实现安全防范的作用。
3.2.3报警探测器的选型原则
各类报警探测器应能具有如下功能:
入侵探测器应具有防拆保护、防破坏保护。
当入侵探测器受到破坏,拆开外壳或信号传输线路短路以及并接其它负载时,探测器应能发出报警信号。
入侵探测器应有抗外界干扰的能力,探测器对与射束轴线成150或更大一点的任何外界光源的辆射干扰信号,应不产生误报和漏报。
探测器应能满足防范区域的要求。
探测器应能满足探测信号种类的要求。
探测器应有承受常温气流和电磁场的干扰,不产生误报。
探测器宜在下列条件下工作:
室内-100~500C相对湿度≤95%
室外-250~650C相对湿度≤95%
3.2.4系统的硬件选型设计
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