【文章內容簡介】 能夠及時發(fā)送險情，報告位置的系統(tǒng)便被迫切需要著?；谶@種情況，又考慮到安裝目前市面上比較活躍的一套安防系統(tǒng)比較耗資，一款又能及時報告險情，又便于鋪設安裝和構建的安防系統(tǒng)便應運而生了?；诟鞣N基本情況，對它的主要要求有以下幾個方面：（1）能夠基于現(xiàn)有的基本電路，不用外加鋪設其他線路，實現(xiàn)穩(wěn)定無線通信。（2）對于現(xiàn)有的通信網絡，能夠做到互不干擾，例如有人在使用藍牙通信，這個時候使用與其相近的頻率通信會導致自己的通信效果不理想。（3）技術比較前沿，能夠跟上時代的步伐，目前我們已經步入4G時代，再使用2G網絡會顯得比較落后，而且通信質量也跟不上。（4）有一套完整的傳感監(jiān)測器，能夠實時監(jiān)測被監(jiān)測區(qū)域，保證發(fā)生險情的時候能夠及時作出識別并處理。（5）有一套功能強大，通信的距離遠，通信穩(wěn)定而且可靠，功率消耗低的通信系統(tǒng)，構建一個相應的通信網絡，保持實時通信。（6）對于信息的處理要能夠及時準確，有一個與之相關的報警系統(tǒng)，隨時提醒相關人員做好應急準備。本次畢業(yè)設計安防監(jiān)控系統(tǒng)主要是針對當前學生宿舍來設計的，主要用于火災的報警。因此，該安防系統(tǒng)主要的元器件可以分為兩部分，一部分是用于信息采集和發(fā)送的，另一部分是用于信息接收和處理的。這兩部分其有些模塊是一樣的，例如通信模塊都是使用的SX1278芯片，用以組建LoRa通信網絡。用相應的需求來作為我們設計方案的基礎，火災報警要求我們的系統(tǒng)能夠在發(fā)生火災的時候迅速反應，及時將報警信息發(fā)送出來，相應的接收設備接收到信息后要求馬上做出處理。因此本次設計使用了兩個傳感探測器，一個是煙霧報警器，一個是溫度報警器，我們事先預設一個標準值，以免誤報。例如溫度標注值設為60攝氏度，當溫度達到或者超過該值的時候，其作出響應，無論另一個傳感探測器監(jiān)測系數(shù)是否超過標準值，即這兩個傳感探測器采用的是或門的連接方式。開始各模塊初始化煙霧濃度超出預設值？溫度超出預設值？發(fā)送報警信息給單片機單片機處理后將報警信息交由通信模塊通信模塊發(fā)出信息結束否否是是 信息的采集和發(fā)送模塊流程圖開始各模塊初始化是否收到報警信息？將信息交由單片機處理報警模塊做出響應結束否是 信息接收和處理模塊流程圖主控模塊的元器件剛開始在方案剛剛形成的時候采用的是DA14580，就如同我在開題報告中的設計一樣，正準備以此為基礎開始相關設計的時候，就有同學向我推薦STM32單片機，他說此款單片機操作簡單，功能強大。當我準備上手此款單片機的時候，一次網上的無意搜索，我發(fā)現(xiàn)了一款比較便宜的芯片，它就是STM8。其性價比很高，而且對于我的此次畢業(yè)設計的要求完全可以滿足，因此，后面的設計也就應用了此款性價比高的單片機——STM8。當然，我主要是利用它來控制通信，和SX1278進行配合，達到基于物聯(lián)網的互聯(lián)。通信模塊是本次畢業(yè)設計最重點的部分，也是本次畢業(yè)設計地突出創(chuàng)新點。以前的物聯(lián)網主要采用的是現(xiàn)在技術比較成熟，而且應用比較廣泛的通信方式，例如2G通信網絡GSM，以及現(xiàn)在的無線通信網絡藍牙通信和ZigBee通信等等。但是大家考慮一下，現(xiàn)在的我們早已步入4G時代，對于以前2G、3G的使用一定會隨著人類的進步，越來越少，舊的技術肯定是無法適應新的時代需求的，因此他們才會被時代所淘汰。而本次畢業(yè)設計則是采用的是目前比較前沿的4G、5G網絡來搭建通信系統(tǒng)，選取的芯片是SX1278，構建的是LoRa網絡。與其他通信方式相比，選擇SX1278的其他原因主要有：由于在靈敏度方面SX1278其靈敏度高，通訊距離在相同的發(fā)射功率和其他條件下，SX1278顯著增加。并且FSK和藍牙都是短距離通訊的一種方式，并不一定適合安防系統(tǒng)遠距離傳輸?shù)脑O計和應用。 而且SX1278與目前應用較多地 ZIGBEE通信控制方法相較而言，在通信距離，網絡的可靠性，功率的消耗和載波的頻率等方面是有十分大的優(yōu)勢。（1）通信的距離: SX1278在可視化條件下可以達到15km。 ZIGBEE在同等條件下的最遠距離僅僅只是2km。（2）通信可靠性: ZIGBEE組合網絡的方式一般采樣對等無線網，組合網絡的算法比較復雜，在網絡通信中，其出現(xiàn)問題的概率十分大，而且如果網絡中的哪個節(jié)點發(fā)生了故障，整個通信網絡就會毫無例外的癱瘓。SX1278一方面在通訊距離上其距離遠；另一方面使用的星型結構網絡，組網方式簡單，實現(xiàn)點對點的方式進行通信，在通信中某個通信節(jié)點發(fā)生通信問題，并不會影響通信中的其它各個通信支路的通信傳輸。(3)功率消耗低: 在接收電流方面SX1278的接收電流比 10mA還小，但是ZigBee的接收電流卻比30mA還高。(4)載波頻率: 目前國內ZIGBEE ，由于 頻率設備眾多，比如Wifi，藍牙等，ZIGBEE 通訊易于受到干擾；SX1278是434MHz 或 868MHz，在室外環(huán)境設備較少，不易受到干擾，同時集成了跳頻技術，抗干擾能力強。所以，綜合上述多種優(yōu)勢，以及作為本次畢業(yè)設計的突出亮點，我選取了SX1278芯片所組建的LoRa網絡來承擔此次畢業(yè)設計的通信模塊。 在形成總體方案的時候，我查閱了許多資料，無論是網上的文檔，還是圖書館所藏的圖書，都進行了參照，選擇了這一套最優(yōu)的方案。之前有一個也很不錯的方案被我用目前的方案給替代了。以前的那套方案是這樣的，它是以一個GSM系統(tǒng)為核心部件，在被監(jiān)測室內安裝其傳感檢測模塊，當其檢測到險情的時候，將信號發(fā)送給GSM模塊，由它向對應的手機發(fā)送短信，以提醒相關人員及時采取措施。對比目前的方案，其主要不同點在于通信模塊，以前被舍棄的方案的通信模塊采用的是GSM的2/3G網絡設計，對比之下采用LoRa通信（4/5G網絡）原因一方面在于目前早已步入4G時代，運營商早已經進軍新領域，以前的2G、3G網絡正在慢慢被淘汰。另一方面現(xiàn)在所選的方案實現(xiàn)起來比較容易，而且比較實用，開銷也比GSM小。單從成本上考慮，GSM至少還得再辦一張電話卡，每月交其月租，才能實現(xiàn)通信。而LoRa網絡通信成本低，功耗小，一次投入，持久使用。在選擇通信模塊的時候，為什么沒有選擇目前使用比較廣的藍牙協(xié)議通信或者是ZigBee通信的原因也都是性能的差距。選擇目前較為新的技術，雖然實現(xiàn)起來有很多難關需要攻克，但是其性能的優(yōu)勢往往是占主要的。第4章 系統(tǒng)硬件設計此系統(tǒng)主要由四部分組成，包括通信模塊，主控模塊，傳感檢測模塊以及報警模塊。主要實現(xiàn)的功能有檢測環(huán)境溫度，檢測環(huán)境中的煙霧濃度，當溫度或者煙霧濃度達到一定的設定值之后，主控模塊的單片機發(fā)送相關指令給通信模塊，通信模塊接收到指令通過組建的LoRa網絡將信息及時傳輸出來，發(fā)送給相應的接收模塊，接收模塊再將收集到的信息傳遞給處理器（主控模塊），由處理器對相應的信息作出處理，將處理結果交給對應的報警器，實現(xiàn)安防監(jiān)控。因此，、。STM 8SX1278主時鐘晶振煙霧探測傳感器溫度探測傳感器 報警數(shù)據(jù)采集及發(fā)送模塊STM 8SX1278主時鐘晶振蜂鳴報警器燈光報警器 報警數(shù)據(jù)接收及報警模塊該模塊主要分為兩個部分，一個是發(fā)送模塊的處理器，一個是接收模塊的處理器，其主要的功能是實現(xiàn)信息的及時處理。將其相關電路設計完畢后，采用不同的程序使之完成不同的功能。在本模塊中采用的芯片主要是STM8，其電路設計原理圖如下： 主控模塊STM8電路設計原理圖該模塊分為兩個部分，一個為發(fā)送模塊，一個為接收模塊，使用的是同一種芯片以及相同的原理圖，其芯片選型為SX1278，是本次研究課題的核心部分，使用升特公司生產的芯片來組建超遠距離無線通信。為了通信的可靠性，給其每個都配發(fā)了相關的天線組件。其電路設計原理圖如下： SX1278通信模塊電路設計原理圖該模塊主要由兩個傳感器電路組成，分別是：溫度傳感器和煙霧傳感器，這兩個電路在整體設計中主要承擔對外部環(huán)境的監(jiān)測，當外部環(huán)境中其監(jiān)測的值超出相關設定值時，其將相關異常信號發(fā)送給發(fā)送給主控模塊，由其交由通信模塊將信息發(fā)送出去進行后續(xù)的處理，其電路設計原理圖如下： 基于DS18B20的溫度傳感探測器的原理圖 基于AD590的溫度傳感探測器的原理圖上面給出了兩種溫度傳感探測器的原理圖，其中第一個DS18B20為一個元器件，電路連接方便，但是相應的程序驅動較為復雜。而第二個基于AD590的溫度傳感探測器則是