【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 能夠及時(shí)發(fā)送險(xiǎn)情，報(bào)告位置的系統(tǒng)便被迫切需要著。基于這種情況，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(shí)報(bào)告險(xiǎn)情，又便于鋪設(shè)安裝和構(gòu)建的安防系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生了。基于各種基本情況，對(duì)它的主要要求有以下幾個(gè)方面：（1）能夠基于現(xiàn)有的基本電路，不用外加鋪設(shè)其他線路，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定無線通信。（2）對(duì)于現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)，能夠做到互不干擾，例如有人在使用藍(lán)牙通信，這個(gè)時(shí)候使用與其相近的頻率通信會(huì)導(dǎo)致自己的通信效果不理想。（3）技術(shù)比較前沿，能夠跟上時(shí)代的步伐，目前我們已經(jīng)步入4G時(shí)代，再使用2G網(wǎng)絡(luò)會(huì)顯得比較落后，而且通信質(zhì)量也跟不上。（4）有一套完整的傳感監(jiān)測(cè)器，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)被監(jiān)測(cè)區(qū)域，保證發(fā)生險(xiǎn)情的時(shí)候能夠及時(shí)作出識(shí)別并處理。（5）有一套功能強(qiáng)大，通信的距離遠(yuǎn)，通信穩(wěn)定而且可靠，功率消耗低的通信系統(tǒng)，構(gòu)建一個(gè)相應(yīng)的通信網(wǎng)絡(luò)，保持實(shí)時(shí)通信。（6）對(duì)于信息的處理要能夠及時(shí)準(zhǔn)確，有一個(gè)與之相關(guān)的報(bào)警系統(tǒng)，隨時(shí)提醒相關(guān)人員做好應(yīng)急準(zhǔn)備。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)安防監(jiān)控系統(tǒng)主要是針對(duì)當(dāng)前學(xué)生宿舍來設(shè)計(jì)的，主要用于火災(zāi)的報(bào)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(wǎng)絡(luò)。用相應(yīng)的需求來作為我們?cè)O(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)，火災(zāi)報(bào)警要求我們的系統(tǒng)能夠在發(fā)生火災(zāi)的時(shí)候迅速反應(yīng)，及時(shí)將報(bào)警信息發(fā)送出來，相應(yīng)的接收設(shè)備接收到信息后要求馬上做出處理。因此本次設(shè)計(jì)使用了兩個(gè)傳感探測(cè)器，一個(gè)是煙霧報(bào)警器，一個(gè)是溫度報(bào)警器，我們事先預(yù)設(shè)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)值，以免誤報(bào)。例如溫度標(biāo)注值設(shè)為60攝氏度，當(dāng)溫度達(dá)到或者超過該值的時(shí)候，其作出響應(yīng)，無論另一個(gè)傳感探測(cè)器監(jiān)測(cè)系數(shù)是否超過標(biāo)準(zhǔn)值，即這兩個(gè)傳感探測(cè)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(yù)設(shè)值？溫度超出預(yù)設(shè)值？發(fā)送報(bào)警信息給單片機(jī)單片機(jī)處理后將報(bào)警信息交由通信模塊通信模塊發(fā)出信息結(jié)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(bào)警信息？將信息交由單片機(jī)處理報(bào)警模塊做出響應(yīng)結(jié)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(shí)候采用的是DA14580，就如同我在開題報(bào)告中的設(shè)計(jì)一樣，正準(zhǔn)備以此為基礎(chǔ)開始相關(guān)設(shè)計(jì)的時(shí)候，就有同學(xué)向我推薦STM32單片機(jī)，他說此款單片機(jī)操作簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大。當(dāng)我準(zhǔn)備上手此款單片機(jī)的時(shí)候，一次網(wǎng)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(jià)比很高，而且對(duì)于我的此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求完全可以滿足，因此，后面的設(shè)計(jì)也就應(yīng)用了此款性價(jià)比高的單片機(jī)——STM8。當(dāng)然，我主要是利用它來控制通信，和SX1278進(jìn)行配合，達(dá)到基于物聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)。通信模塊是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)最重點(diǎn)的部分，也是本次畢業(yè)設(shè)計(jì)地突出創(chuàng)新點(diǎn)。以前的物聯(lián)網(wǎng)主要采用的是現(xiàn)在技術(shù)比較成熟，而且應(yīng)用比較廣泛的通信方式，例如2G通信網(wǎng)絡(luò)GSM，以及現(xiàn)在的無線通信網(wǎng)絡(luò)藍(lán)牙通信和ZigBee通信等等。但是大家考慮一下，現(xiàn)在的我們?cè)缫巡饺?G時(shí)代，對(duì)于以前2G、3G的使用一定會(huì)隨著人類的進(jìn)步，越來越少，舊的技術(shù)肯定是無法適應(yīng)新的時(shí)代需求的，因此他們才會(huì)被時(shí)代所淘汰。而本次畢業(yè)設(shè)計(jì)則是采用的是目前比較前沿的4G、5G網(wǎng)絡(luò)來搭建通信系統(tǒng)，選取的芯片是SX1278，構(gòu)建的是LoRa網(wǎng)絡(luò)。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(lán)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(yuǎn)距離傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)和應(yīng)用。 而且SX1278與目前應(yīng)用較多地 ZIGBEE通信控制方法相較而言，在通信距離，網(wǎng)絡(luò)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(shì)。（1）通信的距離: SX1278在可視化條件下可以達(dá)到15km。 ZIGBEE在同等條件下的最遠(yuǎn)距離僅僅只是2km。（2）通信可靠性: ZIGBEE組合網(wǎng)絡(luò)的方式一般采樣對(duì)等無線網(wǎng)，組合網(wǎng)絡(luò)的算法比較復(fù)雜，在網(wǎng)絡(luò)通信中，其出現(xiàn)問題的概率十分大，而且如果網(wǎng)絡(luò)中的哪個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生了故障，整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)就會(huì)毫無例外的癱瘓。SX1278一方面在通訊距離上其距離遠(yuǎn)；另一方面使用的星型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，組網(wǎng)方式簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式進(jìn)行通信，在通信中某個(gè)通信節(jié)點(diǎn)發(fā)生通信問題，并不會(huì)影響通信中的其它各個(gè)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(guó)內(nèi)ZIGBEE ，由于 頻率設(shè)備眾多，比如Wifi，藍(lán)牙等，ZIGBEE 通訊易于受到干擾；SX1278是434MHz 或 868MHz，在室外環(huán)境設(shè)備較少，不易受到干擾，同時(shí)集成了跳頻技術(shù)，抗干擾能力強(qiáng)。所以，綜合上述多種優(yōu)勢(shì)，以及作為本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的突出亮點(diǎn)，我選取了SX1278芯片所組建的LoRa網(wǎng)絡(luò)來承擔(dān)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的通信模塊。 在形成總體方案的時(shí)候，我查閱了許多資料，無論是網(wǎng)上的文檔，還是圖書館所藏的圖書，都進(jìn)行了參照，選擇了這一套最優(yōu)的方案。之前有一個(gè)也很不錯(cuò)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(gè)GSM系統(tǒng)為核心部件，在被監(jiān)測(cè)室內(nèi)安裝其傳感檢測(cè)模塊，當(dāng)其檢測(cè)到險(xiǎn)情的時(shí)候，將信號(hào)發(fā)送給GSM模塊，由它向?qū)?yīng)的手機(jī)發(fā)送短信，以提醒相關(guān)人員及時(shí)采取措施。對(duì)比目前的方案，其主要不同點(diǎn)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(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，對(duì)比之下采用LoRa通信（4/5G網(wǎng)絡(luò)）原因一方面在于目前早已步入4G時(shí)代，運(yùn)營(yíng)商早已經(jīng)進(jìn)軍新領(lǐng)域，以前的2G、3G網(wǎng)絡(luò)正在慢慢被淘汰。另一方面現(xiàn)在所選的方案實(shí)現(xiàn)起來比較容易，而且比較實(shí)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(shí)現(xiàn)通信。而LoRa網(wǎng)絡(luò)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(shí)候，為什么沒有選擇目前使用比較廣的藍(lán)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(shù)，雖然實(shí)現(xiàn)起來有很多難關(guān)需要攻克，但是其性能的優(yōu)勢(shì)往往是占主要的。第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)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(cè)模塊以及報(bào)警模塊。主要實(shí)現(xiàn)的功能有檢測(cè)環(huán)境溫度，檢測(cè)環(huán)境中的煙霧濃度，當(dāng)溫度或者煙霧濃度達(dá)到一定的設(shè)定值之后，主控模塊的單片機(jī)發(fā)送相關(guān)指令給通信模塊，通信模塊接收到指令通過組建的LoRa網(wǎng)絡(luò)將信息及時(shí)傳輸出來，發(fā)送給相應(yīng)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(duì)相應(yīng)的信息作出處理，將處理結(jié)果交給對(duì)應(yīng)的報(bào)警器，實(shí)現(xiàn)安防監(jiān)控。因此，、。STM 8SX1278主時(shí)鐘晶振煙霧探測(cè)傳感器溫度探測(cè)傳感器 報(bào)警數(shù)據(jù)采集及發(fā)送模塊STM 8SX1278主時(shí)鐘晶振蜂鳴報(bào)警器燈光報(bào)警器 報(bào)警數(shù)據(jù)接收及報(bào)警模塊該模塊主要分為兩個(gè)部分，一個(gè)是發(fā)送模塊的處理器，一個(gè)是接收模塊的處理器，其主要的功能是實(shí)現(xiàn)信息的及時(shí)處理。將其相關(guān)電路設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)原理圖如下： 主控模塊STM8電路設(shè)計(jì)原理圖該模塊分為兩個(gè)部分，一個(gè)為發(fā)送模塊，一個(gè)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(chǎn)的芯片來組建超遠(yuǎn)距離無線通信。為了通信的可靠性，給其每個(gè)都配發(fā)了相關(guān)的天線組件。其電路設(shè)計(jì)原理圖如下： SX1278通信模塊電路設(shè)計(jì)原理圖該模塊主要由兩個(gè)傳感器電路組成，分別是：溫度傳感器和煙霧傳感器，這兩個(gè)電路在整體設(shè)計(jì)中主要承擔(dān)對(duì)外部環(huán)境的監(jiān)測(cè)，當(dāng)外部環(huán)境中其監(jiān)測(cè)的值超出相關(guān)設(shè)定值時(shí)，其將相關(guān)異常信號(hào)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(jìn)行后續(xù)的處理，其電路設(shè)計(jì)原理圖如下： 基于DS18B20的溫度傳感探測(cè)器的原理圖 基于AD590的溫度傳感探測(cè)器的原理圖上面給出了兩種溫度傳感探測(cè)器的原理圖，其中第一個(gè)DS18B20為一個(gè)元器件，電路連接方便，但是相應(yīng)的程序驅(qū)動(dòng)較為復(fù)雜。而第二個(gè)基于AD590的溫度傳感探測(cè)器則是