基于LoRa技术的无线火灾报警系统研究
发布时间：2021-08-02 06:42
随着我国科学技术的发展和经济的快速增长,自然因素或人为因素导致的火灾问题时有发生,人们对火灾报警系统提出了更高的要求。另外,物联网和无线通讯技术的发展为无线火灾报警系统提供了技术支撑。针对现有的火灾报警系统安装和施工位置变更困难等缺点,本文探讨了一种基于LoRa技术的无线火灾报警系统。本文首先介绍和分析了国内外研究现状,通过对火灾发展状况和系统功能要求的研究分析,探讨了基于LoRa技术的无线火灾报警系统的设计思想和总体方案。该系统主要由感烟探测器和监控主机组成,探测器和监控主机通过LoRa网络进行长距离通信。本文设计了光电感烟探测器的硬件部分,包括信号采集电路、无线通信电路、通信接口电路等,监控主机的供电电源电路、复位电路、报警电路等,绘制了硬件电路的原理图及PCB板图。本文分别对火灾报警系统的烟雾报警节点、无线通讯节点和监控主机节点的软件流程进行设计研究,实现了火灾发生时,感烟探测器可以实时采集并处理数据,通过无线传输方式将报警信号传输至监控主机,监控主机发出报警并存储数据,值班人员可以尽快做出判断并采取灭火措施。为了提高系统的传输信号灵敏度、延长系统信号传输距离,本文利用HFSS、...
【文章来源】：北京建筑大学北京市
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
001年至2017年火灾直接损失统计柱形图
第3章无线火灾报警系统总体设计293.3.3复位电路复位电路主要负责完成监控主机运行时的按键复位功能和上电复位功能。复位电路采用RC复位电路，系统上电时，通过电阻R27给电容充电，当电容两端的电压电在高电压的门限电压下时，RESET端输出高电平，系统复位。相反地，当电容两端电压超过高电平的门限时，RESET端输出为低电平，系统开始正常工作。按键电路的按键接一个上拉电阻，负责用户的输入，作用是消除警报，并复位单片机。GNDRESETC2210410KR2712RESETSW-PBSTARTC2710KR34104START图3-12按键复位电路Fig.3-12Buttonresetcircuit3.3.4电源模块设计表3-3模块供电需求表Table3-3Modulepowerrequirementstable供电模块型号需求电压探测器感烟探测器9V无线通讯电路SX12783.3V探测器MCUSTM323.3V监控主机MCULPC17523.3V执行机构声光报警电路5V电源电路主要负责电压的转换和电压稳定，本设计中无线感烟探测器和监控主机均采用电池电源供电的方式，各模块供电需求如表3-3所示。根据设计要求，感烟探测器需要9V电压，监控主机中的声光报警电路的输入电压为5V，感烟探测器和监控主机的MCU及SX1278射频芯片的输入标准电压为3.3V。在本文设计中，感烟探测器采用9V可充电电池供电，监控主机采用5V可充电电池供电，为保证电池电源可靠性，将分别a)按键复位电路a)Buttonresetcircuitb)按键电路b)Keycircuit
第3章无线火灾报警系统总体设计32为了充分考虑火灾报警系统低功耗设计，本文首选A类工作模式作为LoRa通信工作模式。LoRaWAN工作模式的切换由节点的应用层来控制，在协议栈初始化时由指定参数确定入网类别。将无线感烟探测器部署在项目当中，采用A类网络，节点应用层某时刻会发送上行链路，并通过服务端应用层下发一条自定义格式的模式切换数据包。下行链路工作节点接收到自定义数据包，并解析协议，识别工作模式，然后指定入网类别参数重新初始化LoRaWAN协议栈，即可完成模式选择。图3-15三种工作模式收发数据时间槽Fig.3-15Timeslotforsendingandreceivingdatainthreeworkingmodes3.4.1.1LoRa数据发送LoRa发送数据前，首先要对SX1278芯片进行初始化，通过MCU的SPI接口对芯片内部的功能寄存器进行参数配置，这些配置操作需要在芯片休眠或者待机状态完成。确保SX1278为待机状态后，配置好与数据发送相关的参数，依次写入发送地址、接收地址和要发送的数据，设置工作频率为470MHz。然后将芯片工作模式改变为发送模式即开始数据发送。数据发送完成后，芯片自动进入待机模式，并给MCU一个发送完成中断信号。LoRa数据发送流程如图3-16所示。3.4.1.2LoRa数据接收在进行数据接收前，同样芯片要在进入待机模式下配置相关接收参数定时器，设定芯片为接收数据模式。当接收机接收到数据会给单片机一个中断信号以提示数据接收完成，MCU读取接收到的数据后会自动进入待机模式。若接收不成功，可以向信号端重新发送请求继续开启SX1278芯片接收模式。LoRa数据接收流程如图3-17所示。)))
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于LoRa无线的STS分离式预付费水表的设计[J]. 张军. 数字通信世界. 2019(06)
[2]遥控接收机天线匹配电路设计及仿真[J]. 曾霞,黎小娇. 安全与电磁兼容. 2019(01)
[3]基于LoRa的文物预防性保护环境监测系统的设计[J]. 郭文强,韩阳,全定可,贾甲,高文强. 陕西科技大学学报. 2019(01)
[4]基于无线网络节点的烟火探测器硬件设计[J]. 赵科. 控制工程. 2018(11)
[5]超高频RFID微带天线设计与仿真[J]. 曲井致,徐人恒,李迪星,依溥治,郭龙弟. 自动化与仪器仪表. 2018(01)
[6]基于LoRa的海洋多功能信标组网及特性研究[J]. 綦声波,张峰,姚鹏. 海洋科学. 2018(01)
[7]基于SX1278的温室大棚无线监测系统设计[J]. 鲍捷,欧仁侠. 通讯世界. 2017(20)
[8]基于线性调频再扩频的ZigBee网络中WiFi干扰避免方法[J]. 朱黎,谭建军,黄双林,胡涛,徐鹏飞. 电讯技术. 2017(09)
[9]基于ZigBee无线火灾自动报警系统的研究[J]. 岳云涛,宋嘉伟,李宏文,任乐天,何胜鱼. 建筑电气. 2017(06)
[10]一种433MHz小型化螺旋形印刷天线的设计[J]. 严冬,王鹏飞,李帅永,王平,汪朋. 电子技术应用. 2017(02)
硕士论文
[1]基于LoRa无线传感网络的温室控制系统构建[D]. 熊永红.东华理工大学 2019
[2]LoRa技术及其在智慧路灯中的应用研究[D]. 陈南松.湘潭大学 2019
[3]低功耗物联网优化技术研究[D]. 顾铁钥.北京邮电大学 2019
[4]低功耗广覆盖LoRa系统的研究与应用[D]. 赵文举.北京邮电大学 2019
[5]基于LoRa无线传感网络的研究与应用[D]. 任庆鑫.浙江工业大学 2019
[6]基于LoRa技术的区域安防报警系统设计与实现[D]. 陈亚飞.河北工程大学 2018
[7]基于LoRa通信的城市路灯智能控制系统的研究[D]. 张坤.山东大学 2018
[8]基于LoRa的小区安防监测系统设计[D]. 周一振.安徽理工大学 2018
[9]基于LoRa技术的列车接近预警系统研究[D]. 裴忠惠.中南民族大学 2018
[10]无线火灾自动报警系统的设计与实现[D]. 宋长海.哈尔滨工业大学 2017
本文编号：3317097
【文章来源】：北京建筑大学北京市
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
001年至2017年火灾直接损失统计柱形图
第3章无线火灾报警系统总体设计293.3.3复位电路复位电路主要负责完成监控主机运行时的按键复位功能和上电复位功能。复位电路采用RC复位电路，系统上电时，通过电阻R27给电容充电，当电容两端的电压电在高电压的门限电压下时，RESET端输出高电平，系统复位。相反地，当电容两端电压超过高电平的门限时，RESET端输出为低电平，系统开始正常工作。按键电路的按键接一个上拉电阻，负责用户的输入，作用是消除警报，并复位单片机。GNDRESETC2210410KR2712RESETSW-PBSTARTC2710KR34104START图3-12按键复位电路Fig.3-12Buttonresetcircuit3.3.4电源模块设计表3-3模块供电需求表Table3-3Modulepowerrequirementstable供电模块型号需求电压探测器感烟探测器9V无线通讯电路SX12783.3V探测器MCUSTM323.3V监控主机MCULPC17523.3V执行机构声光报警电路5V电源电路主要负责电压的转换和电压稳定，本设计中无线感烟探测器和监控主机均采用电池电源供电的方式，各模块供电需求如表3-3所示。根据设计要求，感烟探测器需要9V电压，监控主机中的声光报警电路的输入电压为5V，感烟探测器和监控主机的MCU及SX1278射频芯片的输入标准电压为3.3V。在本文设计中，感烟探测器采用9V可充电电池供电，监控主机采用5V可充电电池供电，为保证电池电源可靠性，将分别a)按键复位电路a)Buttonresetcircuitb)按键电路b)Keycircuit
第3章无线火灾报警系统总体设计32为了充分考虑火灾报警系统低功耗设计，本文首选A类工作模式作为LoRa通信工作模式。LoRaWAN工作模式的切换由节点的应用层来控制，在协议栈初始化时由指定参数确定入网类别。将无线感烟探测器部署在项目当中，采用A类网络，节点应用层某时刻会发送上行链路，并通过服务端应用层下发一条自定义格式的模式切换数据包。下行链路工作节点接收到自定义数据包，并解析协议，识别工作模式，然后指定入网类别参数重新初始化LoRaWAN协议栈，即可完成模式选择。图3-15三种工作模式收发数据时间槽Fig.3-15Timeslotforsendingandreceivingdatainthreeworkingmodes3.4.1.1LoRa数据发送LoRa发送数据前，首先要对SX1278芯片进行初始化，通过MCU的SPI接口对芯片内部的功能寄存器进行参数配置，这些配置操作需要在芯片休眠或者待机状态完成。确保SX1278为待机状态后，配置好与数据发送相关的参数，依次写入发送地址、接收地址和要发送的数据，设置工作频率为470MHz。然后将芯片工作模式改变为发送模式即开始数据发送。数据发送完成后，芯片自动进入待机模式，并给MCU一个发送完成中断信号。LoRa数据发送流程如图3-16所示。3.4.1.2LoRa数据接收在进行数据接收前，同样芯片要在进入待机模式下配置相关接收参数定时器，设定芯片为接收数据模式。当接收机接收到数据会给单片机一个中断信号以提示数据接收完成，MCU读取接收到的数据后会自动进入待机模式。若接收不成功，可以向信号端重新发送请求继续开启SX1278芯片接收模式。LoRa数据接收流程如图3-17所示。)))
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于LoRa无线的STS分离式预付费水表的设计[J]. 张军. 数字通信世界. 2019(06)
[2]遥控接收机天线匹配电路设计及仿真[J]. 曾霞,黎小娇. 安全与电磁兼容. 2019(01)
[3]基于LoRa的文物预防性保护环境监测系统的设计[J]. 郭文强,韩阳,全定可,贾甲,高文强. 陕西科技大学学报. 2019(01)
[4]基于无线网络节点的烟火探测器硬件设计[J]. 赵科. 控制工程. 2018(11)
[5]超高频RFID微带天线设计与仿真[J]. 曲井致,徐人恒,李迪星,依溥治,郭龙弟. 自动化与仪器仪表. 2018(01)
[6]基于LoRa的海洋多功能信标组网及特性研究[J]. 綦声波,张峰,姚鹏. 海洋科学. 2018(01)
[7]基于SX1278的温室大棚无线监测系统设计[J]. 鲍捷,欧仁侠. 通讯世界. 2017(20)
[8]基于线性调频再扩频的ZigBee网络中WiFi干扰避免方法[J]. 朱黎,谭建军,黄双林,胡涛,徐鹏飞. 电讯技术. 2017(09)
[9]基于ZigBee无线火灾自动报警系统的研究[J]. 岳云涛,宋嘉伟,李宏文,任乐天,何胜鱼. 建筑电气. 2017(06)
[10]一种433MHz小型化螺旋形印刷天线的设计[J]. 严冬,王鹏飞,李帅永,王平,汪朋. 电子技术应用. 2017(02)
硕士论文
[1]基于LoRa无线传感网络的温室控制系统构建[D]. 熊永红.东华理工大学 2019
[2]LoRa技术及其在智慧路灯中的应用研究[D]. 陈南松.湘潭大学 2019
[3]低功耗物联网优化技术研究[D]. 顾铁钥.北京邮电大学 2019
[4]低功耗广覆盖LoRa系统的研究与应用[D]. 赵文举.北京邮电大学 2019
[5]基于LoRa无线传感网络的研究与应用[D]. 任庆鑫.浙江工业大学 2019
[6]基于LoRa技术的区域安防报警系统设计与实现[D]. 陈亚飞.河北工程大学 2018
[7]基于LoRa通信的城市路灯智能控制系统的研究[D]. 张坤.山东大学 2018
[8]基于LoRa的小区安防监测系统设计[D]. 周一振.安徽理工大学 2018
[9]基于LoRa技术的列车接近预警系统研究[D]. 裴忠惠.中南民族大学 2018
[10]无线火灾自动报警系统的设计与实现[D]. 宋长海.哈尔滨工业大学 2017
本文编号：3317097
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