【正文】 大的不同，先前認(rèn)為，以無限傳感技術(shù)為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)就是物聯(lián)網(wǎng)【 《基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能安防系統(tǒng)應(yīng)用研究》武士濤，故宮博物院，2012】。各種終端、傳感器相互連接與應(yīng)用的一門技術(shù)。大家都知道，08年奧運(yùn)會(huì)在安防上面就做得十分好。物聯(lián)網(wǎng)在那次奧運(yùn)會(huì)上對(duì)于交通的指揮、食品安全的追溯、安全防護(hù)等許多方面應(yīng)用廣泛，作用明顯。這項(xiàng)技術(shù)發(fā)展迅速，應(yīng)用也十分寬。伴著通信技術(shù)和微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，安防技術(shù)這幾年來已經(jīng)慢慢地向網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化的方向發(fā)展。不過，這類安防體系有很多缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在其功能比較單一，智能化不高等方面。而物聯(lián)網(wǎng)與安防的結(jié)合可以使這個(gè)目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，使安防設(shè)備間直接通信、交互、協(xié)作，為安防產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步和發(fā)展開辟了一片新的領(lǐng)域。它們的結(jié)合可以使安全管理和防護(hù)更加全面。在我國的高速發(fā)展過程中，安防的潛在市場(chǎng)十分大。例如功能比較單一，聯(lián)動(dòng)性差，反應(yīng)慢，很難滿足目前市場(chǎng)的需求。雖然說目前很多地方都有比較簡(jiǎn)易的安防報(bào)警裝置，但是其誤報(bào)率特別高，導(dǎo)致達(dá)不到相應(yīng)的需求；而且有些地方的通信比較不穩(wěn)定，一個(gè)小小的故障可能會(huì)引起整個(gè)安防系統(tǒng)的崩潰；對(duì)于一些無線通信還存在信號(hào)串?dāng)_的問題，導(dǎo)致報(bào)警信息不能及時(shí)的送達(dá)指定的地方，延誤救援處理，導(dǎo)致更加大的財(cái)產(chǎn)損失。在無線通信領(lǐng)域，其部署靈活，可以將很多裝置連接起來，解決信息采集、傳遞和處理的難題。這些原因很大程度上限制了安防體系的推廣，很難應(yīng)對(duì)相應(yīng)的事故。研究的主要內(nèi)容是基于芯片SX1278，來搭建相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)，使用相關(guān)傳感器來監(jiān)測(cè)環(huán)境的變化，如果有險(xiǎn)情，能及時(shí)迅速地做出響應(yīng)。本次畢設(shè)我將之分為了四個(gè)模塊完成，分別是：通信模塊，主控模塊，傳感檢測(cè)模塊以及報(bào)警模塊。而由于傳感器以及報(bào)警器目前相關(guān)領(lǐng)域都研究比較成熟，所以這兩方面的研究在本次畢設(shè)中涉及比較少。所以著重關(guān)注的是通信模塊，主控模塊采用的是STM8芯片，一款比較比較便宜但是特別適用的芯片，性價(jià)比高。并且能夠自主使用IAR將相關(guān)程序燒錄進(jìn)去，實(shí)現(xiàn)控制和通信，達(dá)到相關(guān)安防的目的。在這方面上，它和人們的感知比較相似：人們通過眼睛看東西，耳朵聽聲音，手去感觸。目前傳感器技術(shù)在生活的各個(gè)角落都有應(yīng)用，我們可以在很多地方發(fā)現(xiàn)它們的身影【 《基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)校園智能安防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》劉薇,電子科技大學(xué)，2013】。嵌入式系統(tǒng)和通用計(jì)算機(jī)相比，在操作上要簡(jiǎn)便很多，通用計(jì)算機(jī)需要專用的各種接口，需要相應(yīng)的操作系統(tǒng)，才能驅(qū)動(dòng)客戶需要運(yùn)行的應(yīng)用程序。 Altium DesignerAD是一款運(yùn)行在Windows操作系統(tǒng)下的電子產(chǎn)品開發(fā)軟件，它可以進(jìn)行原理圖設(shè)計(jì)、電路仿真、PCB繪制編輯、拓?fù)溥壿嬜詣?dòng)布線、信號(hào)完整性分析和設(shè)計(jì)輸出等相關(guān)操作，是一款目前來說比較受很多電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)者歡迎的軟件，可以大大提高相關(guān)愛好者的電路設(shè)計(jì)效率。在物聯(lián)網(wǎng)無線技術(shù)中，除了局域網(wǎng)和短距離通信外，還有城域網(wǎng)。就目前通信領(lǐng)域來說，器件工作的頻帶范圍、數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾屎蜆?gòu)網(wǎng)結(jié)構(gòu)是通信設(shè)施的幾個(gè)重要參數(shù)。在通信距離上大大提高的同時(shí)其功率消耗也是大大降低?；贚oRa通信的SX1278芯片，可以直接組網(wǎng)；而對(duì)于其距離比較遠(yuǎn)的連接，則能夠采用網(wǎng)關(guān)設(shè)施進(jìn)行中繼組網(wǎng)的相應(yīng)連接。在廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)這兩種不同的網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便快捷的組網(wǎng)，在和以自組網(wǎng)見長(zhǎng)的ZigBee協(xié)議相比，其具有十分顯著的優(yōu)勢(shì)。和傳統(tǒng)的使用一定速率的FSK系統(tǒng)做比較，LoRa通信的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)消除了同步開銷和跳數(shù)，所以降低了功率的消耗，按照正常情況來說其大致95%的節(jié)點(diǎn)只占用10%的總能耗。其構(gòu)網(wǎng)結(jié)構(gòu)使用的是星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在允許并發(fā)的前提下降低了消耗的功率，同時(shí)還消除了跳數(shù)和同步開銷。在通信距離上，它有很大的優(yōu)勢(shì)，它可以在普通環(huán)境中通信距離達(dá)到5Km以上，而同等條件下的其他無線通信幾乎是不可能完成。本章主要闡述了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的各大需求，以目前的社會(huì)生活環(huán)境為背景，在不需要開銷太大的情況下，解決室內(nèi)安防問題。在設(shè)計(jì)此次系統(tǒng)中，涉及很多方面的技術(shù)問題。各種技術(shù)的學(xué)習(xí)都是為了后續(xù)方案的實(shí)現(xiàn)，以滿足目前的安防需求。由于此次組網(wǎng)技術(shù)較目前這個(gè)時(shí)期來說是一門比較新的技術(shù)，其許多突出的優(yōu)點(diǎn)導(dǎo)致它的應(yīng)用會(huì)越來越廣泛。就目前全國大學(xué)生火災(zāi)問題的發(fā)生，疏忽是主要的。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。（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。（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。（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。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。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。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。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。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)。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。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)。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。（1）通信的距離: SX1278在可視化條件下可以達(dá)到15km。（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。(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。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。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。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。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。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。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。因此，、。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。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。而第二個(gè)基于AD590的溫度傳感探測(cè)器則是電路較為復(fù)雜，但是相應(yīng)的程序則較為簡(jiǎn)單。 基于MQ2的煙霧傳感探測(cè)器原理圖，因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)中對(duì)于放大電路有三次使用，分別是為了增加報(bào)警驅(qū)動(dòng)信號(hào)和監(jiān)測(cè)信號(hào)，使所要信號(hào)得到放大，更方便單片機(jī)或者是人耳識(shí)別。本模塊主要由一個(gè)蜂鳴器和LED燈組成，當(dāng)發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)其能夠及時(shí)將接收到的指令以聲波的方式報(bào)告給監(jiān)測(cè)方，以便及時(shí)做出處理。因而聯(lián)系各模塊的電子線路在其中就擔(dān)任了十分重要的角色。其電路原理圖如下： USB轉(zhuǎn)TTL串口電路原理圖 本章主要為本次課題研究設(shè)計(jì)了各個(gè)硬件電路，繪制了其相關(guān)的原理圖。由AD上繪制的原理圖生成對(duì)應(yīng)的PCB，然后對(duì)PCB進(jìn)行編輯，放好格局，布好線。得到實(shí)物后進(jìn)行分模塊調(diào)試，相應(yīng)模塊的功能得以實(shí)現(xiàn)，最后通過接口電路實(shí)現(xiàn)各模塊的完整通信，達(dá)到相應(yīng)預(yù)期的功能。SX1278芯片一個(gè)做接收準(zhǔn)備一個(gè)做發(fā)送準(zhǔn)備，由其二者搭建LoRa通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的通信。這兩部分的單片機(jī)都需要與相應(yīng)的SX1278芯片進(jìn)行必要的通信和控制。因此其流程框圖如下：煙霧探測(cè)傳感器開始STM初始化檢測(cè)到異常？將異常信息反饋給通信模塊結(jié)束是否 檢測(cè)模塊單片機(jī)流程圖開始STM8初始化有無信息傳入？將SX1