基于LoRa技術(shù)的無線火災(zāi)報警系統(tǒng)研究
發(fā)布時間：2021-08-02 06:42
隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和經(jīng)濟的快速增長,自然因素或人為因素導(dǎo)致的火災(zāi)問題時有發(fā)生,人們對火災(zāi)報警系統(tǒng)提出了更高的要求。另外,物聯(lián)網(wǎng)和無線通訊技術(shù)的發(fā)展為無線火災(zāi)報警系統(tǒng)提供了技術(shù)支撐。針對現(xiàn)有的火災(zāi)報警系統(tǒng)安裝和施工位置變更困難等缺點,本文探討了一種基于LoRa技術(shù)的無線火災(zāi)報警系統(tǒng)。本文首先介紹和分析了國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,通過對火災(zāi)發(fā)展?fàn)顩r和系統(tǒng)功能要求的研究分析,探討了基于LoRa技術(shù)的無線火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計思想和總體方案。該系統(tǒng)主要由感煙探測器和監(jiān)控主機組成,探測器和監(jiān)控主機通過LoRa網(wǎng)絡(luò)進行長距離通信。本文設(shè)計了光電感煙探測器的硬件部分,包括信號采集電路、無線通信電路、通信接口電路等,監(jiān)控主機的供電電源電路、復(fù)位電路、報警電路等,繪制了硬件電路的原理圖及PCB板圖。本文分別對火災(zāi)報警系統(tǒng)的煙霧報警節(jié)點、無線通訊節(jié)點和監(jiān)控主機節(jié)點的軟件流程進行設(shè)計研究,實現(xiàn)了火災(zāi)發(fā)生時,感煙探測器可以實時采集并處理數(shù)據(jù),通過無線傳輸方式將報警信號傳輸至監(jiān)控主機,監(jiān)控主機發(fā)出報警并存儲數(shù)據(jù),值班人員可以盡快做出判斷并采取滅火措施。為了提高系統(tǒng)的傳輸信號靈敏度、延長系統(tǒng)信號傳輸距離,本文利用HFSS、...
【文章來源】：北京建筑大學(xué)北京市
【文章頁數(shù)】：70 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
001年至2017年火災(zāi)直接損失統(tǒng)計柱形圖
第3章無線火災(zāi)報警系統(tǒng)總體設(shè)計293.3.3復(fù)位電路復(fù)位電路主要負(fù)責(zé)完成監(jiān)控主機運行時的按鍵復(fù)位功能和上電復(fù)位功能。復(fù)位電路采用RC復(fù)位電路，系統(tǒng)上電時，通過電阻R27給電容充電，當(dāng)電容兩端的電壓電在高電壓的門限電壓下時，RESET端輸出高電平，系統(tǒng)復(fù)位。相反地，當(dāng)電容兩端電壓超過高電平的門限時，RESET端輸出為低電平，系統(tǒng)開始正常工作。按鍵電路的按鍵接一個上拉電阻，負(fù)責(zé)用戶的輸入，作用是消除警報，并復(fù)位單片機。GNDRESETC2210410KR2712RESETSW-PBSTARTC2710KR34104START圖3-12按鍵復(fù)位電路Fig.3-12Buttonresetcircuit3.3.4電源模塊設(shè)計表3-3模塊供電需求表Table3-3Modulepowerrequirementstable供電模塊型號需求電壓探測器感煙探測器9V無線通訊電路SX12783.3V探測器MCUSTM323.3V監(jiān)控主機MCULPC17523.3V執(zhí)行機構(gòu)聲光報警電路5V電源電路主要負(fù)責(zé)電壓的轉(zhuǎn)換和電壓穩(wěn)定，本設(shè)計中無線感煙探測器和監(jiān)控主機均采用電池電源供電的方式，各模塊供電需求如表3-3所示。根據(jù)設(shè)計要求，感煙探測器需要9V電壓，監(jiān)控主機中的聲光報警電路的輸入電壓為5V，感煙探測器和監(jiān)控主機的MCU及SX1278射頻芯片的輸入標(biāo)準(zhǔn)電壓為3.3V。在本文設(shè)計中，感煙探測器采用9V可充電電池供電，監(jiān)控主機采用5V可充電電池供電，為保證電池電源可靠性，將分別a)按鍵復(fù)位電路a)Buttonresetcircuitb)按鍵電路b)Keycircuit
第3章無線火災(zāi)報警系統(tǒng)總體設(shè)計32為了充分考慮火災(zāi)報警系統(tǒng)低功耗設(shè)計，本文首選A類工作模式作為LoRa通信工作模式。LoRaWAN工作模式的切換由節(jié)點的應(yīng)用層來控制，在協(xié)議棧初始化時由指定參數(shù)確定入網(wǎng)類別。將無線感煙探測器部署在項目當(dāng)中，采用A類網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點應(yīng)用層某時刻會發(fā)送上行鏈路，并通過服務(wù)端應(yīng)用層下發(fā)一條自定義格式的模式切換數(shù)據(jù)包。下行鏈路工作節(jié)點接收到自定義數(shù)據(jù)包，并解析協(xié)議，識別工作模式，然后指定入網(wǎng)類別參數(shù)重新初始化LoRaWAN協(xié)議棧，即可完成模式選擇。圖3-15三種工作模式收發(fā)數(shù)據(jù)時間槽Fig.3-15Timeslotforsendingandreceivingdatainthreeworkingmodes3.4.1.1LoRa數(shù)據(jù)發(fā)送LoRa發(fā)送數(shù)據(jù)前，首先要對SX1278芯片進行初始化，通過MCU的SPI接口對芯片內(nèi)部的功能寄存器進行參數(shù)配置，這些配置操作需要在芯片休眠或者待機狀態(tài)完成。確保SX1278為待機狀態(tài)后，配置好與數(shù)據(jù)發(fā)送相關(guān)的參數(shù)，依次寫入發(fā)送地址、接收地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)，設(shè)置工作頻率為470MHz。然后將芯片工作模式改變?yōu)榘l(fā)送模式即開始數(shù)據(jù)發(fā)送。數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，芯片自動進入待機模式，并給MCU一個發(fā)送完成中斷信號。LoRa數(shù)據(jù)發(fā)送流程如圖3-16所示。3.4.1.2LoRa數(shù)據(jù)接收在進行數(shù)據(jù)接收前，同樣芯片要在進入待機模式下配置相關(guān)接收參數(shù)定時器，設(shè)定芯片為接收數(shù)據(jù)模式。當(dāng)接收機接收到數(shù)據(jù)會給單片機一個中斷信號以提示數(shù)據(jù)接收完成，MCU讀取接收到的數(shù)據(jù)后會自動進入待機模式。若接收不成功，可以向信號端重新發(fā)送請求繼續(xù)開啟SX1278芯片接收模式。LoRa數(shù)據(jù)接收流程如圖3-17所示。)))
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于LoRa無線的STS分離式預(yù)付費水表的設(shè)計[J]. 張軍. 數(shù)字通信世界. 2019(06)
[2]遙控接收機天線匹配電路設(shè)計及仿真[J]. 曾霞,黎小嬌. 安全與電磁兼容. 2019(01)
[3]基于LoRa的文物預(yù)防性保護環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 郭文強,韓陽,全定可,賈甲,高文強. 陜西科技大學(xué)學(xué)報. 2019(01)
[4]基于無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的煙火探測器硬件設(shè)計[J]. 趙科. 控制工程. 2018(11)
[5]超高頻RFID微帶天線設(shè)計與仿真[J]. 曲井致,徐人恒,李迪星,依溥治,郭龍弟. 自動化與儀器儀表. 2018(01)
[6]基于LoRa的海洋多功能信標(biāo)組網(wǎng)及特性研究[J]. 綦聲波,張峰,姚鵬. 海洋科學(xué). 2018(01)
[7]基于SX1278的溫室大棚無線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J]. 鮑捷,歐仁俠. 通訊世界. 2017(20)
[8]基于線性調(diào)頻再擴頻的ZigBee網(wǎng)絡(luò)中WiFi干擾避免方法[J]. 朱黎,譚建軍,黃雙林,胡濤,徐鵬飛. 電訊技術(shù). 2017(09)
[9]基于ZigBee無線火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的研究[J]. 岳云濤,宋嘉偉,李宏文,任樂天,何勝魚. 建筑電氣. 2017(06)
[10]一種433MHz小型化螺旋形印刷天線的設(shè)計[J]. 嚴(yán)冬,王鵬飛,李帥永,王平,汪朋. 電子技術(shù)應(yīng)用. 2017(02)
碩士論文
[1]基于LoRa無線傳感網(wǎng)絡(luò)的溫室控制系統(tǒng)構(gòu)建[D]. 熊永紅.東華理工大學(xué) 2019
[2]LoRa技術(shù)及其在智慧路燈中的應(yīng)用研究[D]. 陳南松.湘潭大學(xué) 2019
[3]低功耗物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)研究[D]. 顧鐵鑰.北京郵電大學(xué) 2019
[4]低功耗廣覆蓋LoRa系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D]. 趙文舉.北京郵電大學(xué) 2019
[5]基于LoRa無線傳感網(wǎng)絡(luò)的研究與應(yīng)用[D]. 任慶鑫.浙江工業(yè)大學(xué) 2019
[6]基于LoRa技術(shù)的區(qū)域安防報警系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 陳亞飛.河北工程大學(xué) 2018
[7]基于LoRa通信的城市路燈智能控制系統(tǒng)的研究[D]. 張坤.山東大學(xué) 2018
[8]基于LoRa的小區(qū)安防監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[D]. 周一振.安徽理工大學(xué) 2018
[9]基于LoRa技術(shù)的列車接近預(yù)警系統(tǒng)研究[D]. 裴忠惠.中南民族大學(xué) 2018
[10]無線火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 宋長海.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
本文編號：3317097
【文章來源】：北京建筑大學(xué)北京市
【文章頁數(shù)】：70 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
001年至2017年火災(zāi)直接損失統(tǒng)計柱形圖
第3章無線火災(zāi)報警系統(tǒng)總體設(shè)計293.3.3復(fù)位電路復(fù)位電路主要負(fù)責(zé)完成監(jiān)控主機運行時的按鍵復(fù)位功能和上電復(fù)位功能。復(fù)位電路采用RC復(fù)位電路，系統(tǒng)上電時，通過電阻R27給電容充電，當(dāng)電容兩端的電壓電在高電壓的門限電壓下時，RESET端輸出高電平，系統(tǒng)復(fù)位。相反地，當(dāng)電容兩端電壓超過高電平的門限時，RESET端輸出為低電平，系統(tǒng)開始正常工作。按鍵電路的按鍵接一個上拉電阻，負(fù)責(zé)用戶的輸入，作用是消除警報，并復(fù)位單片機。GNDRESETC2210410KR2712RESETSW-PBSTARTC2710KR34104START圖3-12按鍵復(fù)位電路Fig.3-12Buttonresetcircuit3.3.4電源模塊設(shè)計表3-3模塊供電需求表Table3-3Modulepowerrequirementstable供電模塊型號需求電壓探測器感煙探測器9V無線通訊電路SX12783.3V探測器MCUSTM323.3V監(jiān)控主機MCULPC17523.3V執(zhí)行機構(gòu)聲光報警電路5V電源電路主要負(fù)責(zé)電壓的轉(zhuǎn)換和電壓穩(wěn)定，本設(shè)計中無線感煙探測器和監(jiān)控主機均采用電池電源供電的方式，各模塊供電需求如表3-3所示。根據(jù)設(shè)計要求，感煙探測器需要9V電壓，監(jiān)控主機中的聲光報警電路的輸入電壓為5V，感煙探測器和監(jiān)控主機的MCU及SX1278射頻芯片的輸入標(biāo)準(zhǔn)電壓為3.3V。在本文設(shè)計中，感煙探測器采用9V可充電電池供電，監(jiān)控主機采用5V可充電電池供電，為保證電池電源可靠性，將分別a)按鍵復(fù)位電路a)Buttonresetcircuitb)按鍵電路b)Keycircuit
第3章無線火災(zāi)報警系統(tǒng)總體設(shè)計32為了充分考慮火災(zāi)報警系統(tǒng)低功耗設(shè)計，本文首選A類工作模式作為LoRa通信工作模式。LoRaWAN工作模式的切換由節(jié)點的應(yīng)用層來控制，在協(xié)議棧初始化時由指定參數(shù)確定入網(wǎng)類別。將無線感煙探測器部署在項目當(dāng)中，采用A類網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點應(yīng)用層某時刻會發(fā)送上行鏈路，并通過服務(wù)端應(yīng)用層下發(fā)一條自定義格式的模式切換數(shù)據(jù)包。下行鏈路工作節(jié)點接收到自定義數(shù)據(jù)包，并解析協(xié)議，識別工作模式，然后指定入網(wǎng)類別參數(shù)重新初始化LoRaWAN協(xié)議棧，即可完成模式選擇。圖3-15三種工作模式收發(fā)數(shù)據(jù)時間槽Fig.3-15Timeslotforsendingandreceivingdatainthreeworkingmodes3.4.1.1LoRa數(shù)據(jù)發(fā)送LoRa發(fā)送數(shù)據(jù)前，首先要對SX1278芯片進行初始化，通過MCU的SPI接口對芯片內(nèi)部的功能寄存器進行參數(shù)配置，這些配置操作需要在芯片休眠或者待機狀態(tài)完成。確保SX1278為待機狀態(tài)后，配置好與數(shù)據(jù)發(fā)送相關(guān)的參數(shù)，依次寫入發(fā)送地址、接收地址和要發(fā)送的數(shù)據(jù)，設(shè)置工作頻率為470MHz。然后將芯片工作模式改變?yōu)榘l(fā)送模式即開始數(shù)據(jù)發(fā)送。數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，芯片自動進入待機模式，并給MCU一個發(fā)送完成中斷信號。LoRa數(shù)據(jù)發(fā)送流程如圖3-16所示。3.4.1.2LoRa數(shù)據(jù)接收在進行數(shù)據(jù)接收前，同樣芯片要在進入待機模式下配置相關(guān)接收參數(shù)定時器，設(shè)定芯片為接收數(shù)據(jù)模式。當(dāng)接收機接收到數(shù)據(jù)會給單片機一個中斷信號以提示數(shù)據(jù)接收完成，MCU讀取接收到的數(shù)據(jù)后會自動進入待機模式。若接收不成功，可以向信號端重新發(fā)送請求繼續(xù)開啟SX1278芯片接收模式。LoRa數(shù)據(jù)接收流程如圖3-17所示。)))
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于LoRa無線的STS分離式預(yù)付費水表的設(shè)計[J]. 張軍. 數(shù)字通信世界. 2019(06)
[2]遙控接收機天線匹配電路設(shè)計及仿真[J]. 曾霞,黎小嬌. 安全與電磁兼容. 2019(01)
[3]基于LoRa的文物預(yù)防性保護環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 郭文強,韓陽,全定可,賈甲,高文強. 陜西科技大學(xué)學(xué)報. 2019(01)
[4]基于無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的煙火探測器硬件設(shè)計[J]. 趙科. 控制工程. 2018(11)
[5]超高頻RFID微帶天線設(shè)計與仿真[J]. 曲井致,徐人恒,李迪星,依溥治,郭龍弟. 自動化與儀器儀表. 2018(01)
[6]基于LoRa的海洋多功能信標(biāo)組網(wǎng)及特性研究[J]. 綦聲波,張峰,姚鵬. 海洋科學(xué). 2018(01)
[7]基于SX1278的溫室大棚無線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J]. 鮑捷,歐仁俠. 通訊世界. 2017(20)
[8]基于線性調(diào)頻再擴頻的ZigBee網(wǎng)絡(luò)中WiFi干擾避免方法[J]. 朱黎,譚建軍,黃雙林,胡濤,徐鵬飛. 電訊技術(shù). 2017(09)
[9]基于ZigBee無線火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的研究[J]. 岳云濤,宋嘉偉,李宏文,任樂天,何勝魚. 建筑電氣. 2017(06)
[10]一種433MHz小型化螺旋形印刷天線的設(shè)計[J]. 嚴(yán)冬,王鵬飛,李帥永,王平,汪朋. 電子技術(shù)應(yīng)用. 2017(02)
碩士論文
[1]基于LoRa無線傳感網(wǎng)絡(luò)的溫室控制系統(tǒng)構(gòu)建[D]. 熊永紅.東華理工大學(xué) 2019
[2]LoRa技術(shù)及其在智慧路燈中的應(yīng)用研究[D]. 陳南松.湘潭大學(xué) 2019
[3]低功耗物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化技術(shù)研究[D]. 顧鐵鑰.北京郵電大學(xué) 2019
[4]低功耗廣覆蓋LoRa系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D]. 趙文舉.北京郵電大學(xué) 2019
[5]基于LoRa無線傳感網(wǎng)絡(luò)的研究與應(yīng)用[D]. 任慶鑫.浙江工業(yè)大學(xué) 2019
[6]基于LoRa技術(shù)的區(qū)域安防報警系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 陳亞飛.河北工程大學(xué) 2018
[7]基于LoRa通信的城市路燈智能控制系統(tǒng)的研究[D]. 張坤.山東大學(xué) 2018
[8]基于LoRa的小區(qū)安防監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[D]. 周一振.安徽理工大學(xué) 2018
[9]基于LoRa技術(shù)的列車接近預(yù)警系統(tǒng)研究[D]. 裴忠惠.中南民族大學(xué) 2018
[10]無線火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 宋長海.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2017
本文編號：3317097
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