基于物联网络的安防系统标准设计.doc

武汉理工大学毕业设计（论文）

基于物联网络安防系统设计

学院（系）： 信息工程学院
专业班级： 电信1206班
学生姓名： 胡青
指导老师： 苏杨

学位论文原创性申明

本人郑重申明：所呈交论文是本人在导师指导下独立进行研究所取得研究结果。除了文中尤其加以标注引用内容外，本论文不包含任何其它个人或集体已经发表或撰写结果作品。本人完全意识到本申明法律后果由本人负担。

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年 月 日

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作者署名： 年 月 日
导师署名： 年 月 日

摘 要
物联网技术是国家当今大力发展一项新技术,同时也是很多国家研究关键内容。目前基于物联网应用不停出现,大家也全部急切期望物联网技术能够和计算机、互联网一样给我们带来一个新体验。物联网应用于安防更是目前社会进步一个闪光点。本文选择了现在技术比较前沿物联网技术在安防系统应用作相关研究。
基于物联网安防系统是一个克服现有布线局限，在不需要重新给对应安防区域走线前提下，使用灵敏度高，通讯距离远，网络可靠性强，功耗低LORA无线通信，实现安防报警安防系统。
现在本系统LORA通信模块采取是升特企业提供SX1278芯片。而控制模块则采取STM 8单片机完成，传感器模块则由一个烟雾传感器和一个温度传感器组成。报警模块为一个蜂鸣器和报警灯，当对应区域发生警情时，蜂鸣器响起报警灯闪烁。
作为一个安防系统，该系统相对于传统系统来说，含有通信可靠，部署简单，对于学生宿舍火灾预警有着很好相适应性等特点。

关键词：物联网、LORA通信、安防、SX1278、STM 8

Abstract
Internet of Things technology is a new technology in today's developing countries, but also an important part of many national studies. Based on the current Internet of Things applications continue to emerge, and people are eagerly looking forward to networking technology and computer technology, Internet technologies has brought us a new experience. Internet of Things used in security is a bright spot of the current economic and social development. This paper selects the current indoor environment monitoring based networking technology people are more concerned about remote access to information, research and other aspects of security, to explore the application of networking technology in the security system
Internet of Things based security system that overcomes the limitations of existing wiring, without requiring a complete re-alignment to the corresponding area of security, the use of high sensitivity, communication distance, network reliability, low-power wireless communication LORA, achieve security alarm security system.
At present, the system LORA communication module uses a Semtech's SX1278 chip. The control module is used STM 8 MCU to complete the sensor module by a smoke sensor and a temperature sensor. The alarm module is a buzzer and warning lights when the corresponding area of police intelligence, the buzzer sounded and the alarm lamp flashes.
As a security system, which compared to conventional systems with reliable communications, simply furnished dormitories of the fire alarm has the characteristics of a good phase adaptability.

Keywords: Internet of Things, LORA communications, security, SX1278, STM 8
目录
第1章 绪论 1
1.1研究背景 1
1.2中国外研究现实状况 1
1.3研究意义 2
1.4研究内容和预期目标 2
第2章 相关技术概述 4
2.1传感器技术 4
2.2嵌入式技术 4
2.3 Altium Designer 4
2.4组网技术 4
2.5本章小结 5
第3章 系统总体设计方案 7
3.1系统需求分析 7
3.2安防监控系统设计方案 7
3.3主控模块单片机选择 9
3.4通信模块关键芯片选择 9
3.5本章小结 10
第4章 系统硬件设计 12
4.1系统硬件组成框图 12
4.2主控模块单片机电路原理图设计 13
4.3通信模块电路原理图设计 14
4.4传感模块电路原理图设计 14
4.5报警器模块电路原理图设计 16
4.6各模块通信接口电路原理图设计 17
4.7本章小结 18
第5章 各模块内部程序设计 19
5.1系统程序设计概述 19
5.2单片机控制系统程序设计 19
5.3 LORA通信模块程序设计 20
5.4本章小结 22
第6章 系统测试 23
6.1测试环境 23
6.2测试准备 23
6.3测试结果及分析 23
6.4本章小结 24
总结 26
展望 28
致谢 29
参考文件 30
附录 32

第1章 绪论
1.1研究背景
在科技不停进步国民经济不停提升背景下，社会中各个阶层对于安防需求也是和日俱增。尤其是多种高新技术应用于安防，使得安防行业得以快速发展起来，而物联网则是现今使用比较贴近生活、适用范围宽广网络。将之和安防系统相结合，能够安防愈加有效，愈加方便。
对于物联网定义，早在国际电联就已经做出了解释。这个定义和先前对于其下定义有很大不一样，先前认为，以无限传感技术为基础网络架构就是物联网【 《基于物联网技术智能安防系统应用研究》武士涛，故宫博物院，
】。现在大家在这个基础上做了比较大扩展：物联网是一个在时间、地点、物体之间没有限制;多种终端、传感器相互连接和应用一门技术。它能够和对应信息网络实现无缝连接。
大家全部知道，奥运会在安防上面就做得十分好。除了相关计划、部署等主观上工作做得好之外，在客观上对于物联网技术应用所起作用一样是不能忽略。物联网在那次奥运会上对于交通指挥、食品安全追溯、安全防护等很多方面应用广泛，作用显著。
1.2中国外研究现实状况
现在，国外无线传感网络构建，关键集中在部分发达国家。这项技术发展快速，应用也十分宽。就目前来说除了大家熟知安防等领域外，已经扩展到环境监测、生物医学等多领域。
伴着通信技术和微电子技术不停发展，安防技术这几年来已经慢慢地向网络化、数字化方向发展。很多安全防护使用是人力巡查和防护检测相结合方法来提升安防系统反应速度和联动效率。不过，这类安防体系有很多缺点，关键表现在其功效比较单一，智能化不高等方面。新一代安防系统应该做到能够对安全事故立即、正确、有效传输出去。而物联网和安防结合能够使这个目标得以实现，使安防设备间直接通信、交互、协作，为安防产业进步和发展开辟了一片新领域。
智能安防和物联网结合使安防系统安防能力大幅提升。它们结合能够使安全管理和防护愈加全方面。对于国民人身和财物有了比较可靠保障【 《基于物联网技术智能安防系统应用研究》武士涛，故宫博物院，
】。
1.3研究意义
在中国高速发展过程中，安防潜在市场十分大。不过现有安全防护系统却有着很多缺点。比如功效比较单一，联动性差，反应慢，极难满足现在市场需求。其最关键原因是智能化和通信技术在安防中应用不足引发。即使说现在很多地方全部有比较简易安防报警装置，不过其误报率尤其高，造成达不到对应需求；而且有些地方通信比较不稳定，一个小小故障可能会引发整个安防系统瓦解；对于部分无线通信还存在信号串扰问题，造成报警信息不能立即送达指定地方，延误救援处理，造成愈加大财产损失。全部上述问题就现在来说能够使用一个基于物联网智能安防系统得到有效处理。在无线通信领域，其布署灵活，能够将很多装置连接起来，处理信息采集、传输和处理难题。
而且，近些年，世界各地安全事故时有发生，现今所存在安全防护体系智能化比较低，很大一部分仍然需要依靠人员参与和处理，这势必造成大量人力物力损耗。这些原因很大程度上限制了安防体系推广，极难应对对应事故。全部这一切造成了现在市场上对于一款新安防体系急切需求【 《明察秋毫:基于物联网技术智能安防》王鹏，中科院，
】。
1.4研究内容和预期目标
研究关键内容是基于芯片SX1278，来搭建相关物联网，使用相关传感器来监测环境改变，假如有险情，能立即快速地做出响应。
因为这些方面包含硬件生成，所以在进行毕设之前，我首先必需需要学会怎样使用AD这款软件绘制相关原理图，生成对应PCB将之完成布线，布局设计，然后将之发给相关厂家进行烧蚀，得到对应板子，买回对应元件，将之焊上后进行测试。
此次毕设我将之分为了四个模块完成，分别是：通信模块，主控模块，传感检测模块和报警模块。其中最为关键是通信模块，其次为主控模块。而因为传感器和报警器现在相关领域全部研究比较成熟，所以这两方面研究在此次毕设中包含比较少。而且此次毕设关键创新点就在于通信模块设计，使用是基于SX1278芯片LoRa网络设计。所以着重关注是通信模块，主控模块采取是STM8芯片，一款比较比较廉价不过尤其适用芯片，性价比高。
期望经过此次研究，能够使自己掌握AD使用，和相关单片机知识。而且能够自主使用IAR将相关程序烧录进去，实现控制和通信，达成相关安防目标。

第2章 相关技术概述
2.1传感器技术
传感器是一个能够对环境中对应原因改变做出感知器件。在这方面上，它和大家感知比较相同：大家经过眼睛看东西，耳朵听声音，手去感慨。它就是一个检测设备，和人类世界认识和改造世界最基础本能类似。现在传感器技术在生活各个角落全部有应用，我们能够在很多地方发觉它们身影【 《基于物联网技术校园智能安防系统设计和实现》刘薇,电子科技大学，
】。
2.2嵌入式技术
嵌入式技术是计算机技术一个分支，它和大家现在比较熟悉计算机系统有所不一样，计算机系统能够满足各类人员部分无明确目标需求，不过嵌入式则是为相关人员量身定做而发展起来一项性能高，针对性强技术系统【 《基于GSM物联网无线报警系统设计和实现》龚宸，华中师范大学，
】。
嵌入式系统和通用计算机相比，在操作上要简便很多，通用计算机需要专用多种接口，需要对应操作系统，才能驱动用户需要运行应用程序。不过嵌入式则能够不需要这些，不够为了达成多任务、系统能够实时实施、各库函数能够有效调用等功效，，用户需要自己配置开发平台【 《基于GSM物联网无线报警系统设计和实现》龚宸，华中师范大学，
】。
2.3 Altium Designer
AD是一款运行在Windows操作系统下电子产品开发软件，它能够进行原理图设计、电路仿真、PCB绘制编辑、拓扑逻辑自动布线、信号完整性分析和设计输出等相关操作，是一款现在来说比较受很多电子产品设计者欢迎软件，能够大大提升相关爱好者电路设计效率。
2.4组网技术
此次毕业设计关键采取是SX1278组建LoRa网络。在物联网无线技术中，除了局域网和短距离通信外，还有城域网。不过，全部这些技术全部智能在通信远近和功率消耗高低上选择其一。就现在通信领域来说，器件工作频带范围、数据传输速率和构网结构是通信设施多个关键参数。很多以往无线通信技术对于这多个关键参数全部只能做出折衷处理而升特企业采取最新扩频通信技术根本改变了折种折衷处理考虑，这就是由SX1278组建LoRa通信网络，其融合了数字扩频、数字信号处理和前向纠错编码技术，拥有前所未有性能。在通信距离上大大提升同时其功率消耗也是大大降低。
LoRa通信使用是星型网络结构，这造成它和网状网络结构有很大区分和很显著优势，其延迟低，结构简单易于组建。基于LoRa通信SX1278芯片，能够直接组网；而对于其距离比较远连接，则能够采取网关设施进行中继组网对应连接。LoRa通信网络供给商不仅能够组建覆盖范围宽广广域网通信设施，而且能够利用简单网关设备来组建局域网，只要物联网设施中有LoRa芯片或模块，就能够快速实现组网和配置。在广域网和局域网这两种不一样网络中实现简便快捷组网，在和以自组网见长ZigBee协议相比，其含有十分显著优势。
较低功率消耗毫无疑问是LoRa通信一个最大优点，LoRa通信采取扩频调制技术，能够解调出低于20 dB噪声，这使得网络愈加正确和可靠，而且采取不一样扩频因子能够改变扩频系统数据传输速率，同时能够改变扩频因子使整个网络系统容量扩大了很多，因为使用不一样扩频因子数据能够在同一信道中共同存在。和传统使用一定速率FSK系统做比较，LoRa通信星形拓扑结构消除了同时开销和跳数，所以降低了功率消耗，根据正常情况来说其大致95%节点只占用10%总能耗。
总而言之，和其它无线通信系统相比，由SX1278所组建LoRa通信网络有以下多个关键突出优点：1、采取扩频调制技术能在提升通信效率同时减弱并消除一定干扰噪声。2、其构网结构使用是星型拓扑结构，在许可并发前提下降低了消耗功率，同时还消除了跳数和同时开销。3、LoRa在不需要中继情况下就能够工作很大程度上降低了构网成本。4、在通信距离上，它有很大优势，它能够在一般环境中通信距离达成5Km以上，而相同条件下其它无线通信几乎是不可能完成。5、和现在3G、4G蜂窝网络相比，其扩展性愈加好，性价比更高，更适合多种场所应用。
2.5本章小结
本章关键叙述了物联网技术在实际应用中各大需求，以现在社会生活环境为背景，在不需要开销太大情况下，处理室内安防问题。因为研究者我是一名大学生，就以自己在学校生活环境为背景，针对学生宿舍设计一款安防系统。在设计此次系统中，包含很多方面技术问题。比如LoRa扩频技术，传感检测技术，IAR软件使用技术等。多种技术学习全部是为了后续方案实现，以满足现在安防需求。在这里着重需要一提是LoRa扩频通信技术使用，此次课题研究也是依据这方面比较前沿技术来构建物联网，因为此项技术优点多所以估量以后在包含相关方面通信时，大部分人就会选择这项技术，而本节组网技术则是这次毕业设计关键和关键创新点。因为此次组网技术较现在这个时期来说是一门比较新技术，其很多突出优点造成它应用会越来越广泛。

第3章 系统总体设计方案
3.1系统需求分析
依据现在学生宿舍情况，当夏天到来时，蚊子便多了起来，所以很多没有带蚊帐学生就开始点蚊香了，而且有些粗心同学在早上起床后并没有将之熄灭，就急急忙跑去上课，留下了巨大安全隐患。就现在全国大学生火灾问题发生，疏忽是关键。那么当此次火灾无可避免发生了时候，怎样才能愈加立即采取救援方法，降低损失才是后续关键，因为学校学生宿舍多，管理员不可能在平时就挨个寝室天天去监视一段时间，这个时候，能够立即发送险情，汇报位置系统便被迫切需要着。基于这种情况，又考虑到安装现在市面上比较活跃一套安防系统比较耗资，一款又能立即汇报险情，又便于铺设安装和构建安防系统便应运而生了。基于多种基础情况，对它关键要求有以下多个方面：
（1）能够基于现有基础电路，不用外加铺设其它线路，实现稳定无线通信。
（2）对于现有通信网络，能够做到互不干扰，比如有些人在使用蓝牙通信，这个时候使用和其相近频率通信会造成自己通信效果不理想。
（3）技术比较前沿，能够跟上时代步伐，现在我们已经步入4G时代，再使用2G网络会显得比较落后，而且通信质量也跟不上。
（4）有一套完整传感监测器，能够实时监测被监测区域，确保发生险情时候能够立即作出识别并处理。
（5）有一套功效强大，通信距离远，通信稳定而且可靠，功率消耗低通信系统，构建一个对应通信网络，保持实时通信。
（6）对于信息处理要能够立即正确，有一个和之相关报警系统，随时提醒相关人员做好应急准备。
3.2安防监控系统设计方案
此次毕业设计安防监控系统关键是针对目前学生宿舍来设计，关键用于火灾报警。所以，该安防系统关键元器件能够分为两部分，一部分是用于信息采集和发送，另一部分是用于信息接收和处理。这两部分其有些模块是一样，比如通信模块全部是使用SX1278芯片，用以组建LoRa通信网络。用对应需求来作为我们设计方案基础，火灾报警要求我们系统能够在发生火灾时候快速反应，立即将报警信息发送出来，对应接收设备接收到信息后要求立即做出处理。所以此次设计使用了两个传感探测器，一个是烟雾报警器，一个是温度报警器，我们事先预设一个标准值，以免误报。比如温度标注值设为60摄氏度，当温度达成或超出该值时候，其作出响应，不管另一个传感探测器监测系数是否超出标准值，即这两个传感探测器采取是或门连接方法。其中信息采集和发送模块步骤图图3.1，信息接收和处理模块步骤图图3.2。
开始
各模块初始化
烟雾浓度超出预设值？
温度超出预设值？
发送报警信息给单片机
单片机处理后将报警信息交由通信模块
通信模块发出信息
结束
否
否
是
是

图3.1 信息采集和发送模块步骤图
开始
各模块初始化
是否收到报警信息？
将信息交由单片机处理
报警模块做出响应
结束
否
是

图3.2 信息接收和处理模块步骤图
3.3主控模块单片机选择
主控模块元器件刚开始在方案刚刚形成时候采取是DA14580，就如同我在开题汇报中设计一样，正准备以此为基础开始相关设计时候，就有同学向我推荐STM32单片机，她说此款单片机操作简单，功效强大。当我准备上手此款单片机时候，一次网上无意搜索，我发觉了一款比较廉价芯片，它就是STM8。其性价比很高，而且对于我此次毕业设计要求完全能够满足，所以，后面设计也就应用了此款性价比高单片机——STM8。当然，我关键是利用它来控制通信，和SX1278进行配合，达成基于物联网互联。
3.4通信模块关键芯片选择
通信模块是此次毕业设计最关键部分，也是此次毕业设计地突出创新点。以前物联网关键采取是现在技术比较成熟，而且应用比较广泛通信方法，比如2G通信网络GSM，和现在无线通信网络蓝牙通信和ZigBee通信等等。不过大家考虑一下，现在我们早已步入4G时代，对于以前2G、3G使用一定会伴随人类进步，越来越少，旧技术肯定是无法适应新时代需求，所以她们才会被时代所淘汰。而此次毕业设计则是采取是现在比较前沿4G、5G网络来搭建通信系统，选择芯片是SX1278，构建是LoRa网络。和其它通信方法相比，选择SX1278其它原因关键有：
因为在灵敏度方面SX1278其灵敏度高，通讯距离在相同发射功率和其它条件下，SX1278显著增加。而且FSK和蓝牙全部是短距离通讯一个方法，并不一定适合安防系统远距离传输设计和应用; 而且SX1278和现在应用较多地 ZIGBEE通信控制方法相较而言，在通信距离，网络可靠性，功率消耗和载波频率等方面是有十分大优势。
（1）通信距离: SX1278在可视化条件下能够达成15km; ZIGBEE在相同条件下最远距离仅仅只是2km。
（2）通信可靠性: ZIGBEE组合网络方法通常采样对等无线网，组合网络算法比较复杂，在网络通信中，其出现问题概率十分大，而且假如网络中哪个节点发生了故障，整个通信网络就会毫无例外瘫痪。SX1278首先在通讯距离上其距离远；其次使用星型结构网络，组网方法简单，实现点对点方法进行通信，在通信中某个通信节点发生通信问题，并不会影响通信中其它各个通信支路通信传输。
(3)功率消耗低: 在接收电流方面SX1278接收电流比 10mA还小，不过ZigBee接收电流却比30mA还高。
(4)载波频率: 现在中国ZIGBEE 频率全部是2.4GHz，因为 2.4GHz 频率设备众多，比如Wifi，蓝牙等，ZIGBEE 通讯易于受到干扰；SX1278是434MHz 或 868MHz，在室外环境设备较少，不易受到干扰，同时集成了跳频技术，抗干扰能力强。
所以，综合上述多个优势，和作为此次毕业设计突出亮点，我选择了SX1278芯片所组建LoRa网络来负担此次毕业设计通信模块。
3.5本章小结
在形成总体方案时候，我查阅了很多资料，不管是网上文档，还是图书馆所藏图书，全部进行了参考，选择了这一套最优方案。之前有一个也很不错方案被我用现在方案给替换了。以前那套方案是这么，它是以一个GSM系统为关键部件，在被监测室内安装其传感检测模块，当其检测到险情时候，将信号发送给GSM模块，由它向对应手机发送短信，以提醒相关人员立即采取方法。对比现在方案，其关键不一样点在于通信模块，以前被舍弃方案通信模块采取是GSM2/3G网络设计，对比之下采取LoRa通信（4/5G网络）原因首先在于现在早已步入4G时代，运行商早已经进军新领域，以前2G、3G网络正在慢慢被淘汰。其次现在所选方案实现起来比较轻易，而且比较实用，开销也比GSM小。单从成本上考虑，GSM最少还得再办一张电话卡，每个月交其月租，才能实现通信。而LoRa网络通信成本低，功耗小，一次投入，持久使用。
在选择通信模块时候，为何没有选择现在使用比较广蓝牙协议通信或是ZigBee通信原因也全部是性能差距。选择现在较为新技术，即使实现起来有很多难关需要攻克，不过其性能优势往往是占关键。

第4章 系统硬件设计
4.1系统硬件组成框图
此系统关键由四部分组成，包含通信模块，主控模块，传感检测模块和报警模块。关键实现功效有检测环境温度，检测环境中烟雾浓度，当温度或烟雾浓度达成一定设定值以后，主控模块单片机发送相关指令给通信模块，通信模块接收到指令经过组建LoRa网络将信息立即传输出来，发送给对应接收模块，接收模块再将搜集到信息传输给处理器（主控模块），由处理器对对应信息作出处理，将处理结果交给对应报警器，实现安防监控。所以，其系统框图以下图图4.1、图4.2。

STM 8

SX1278
主时钟
晶振
烟雾探测传感器
温度探测传感器

图4.1 报警数据采集及发送模块

STM 8

SX1278
主时钟
晶振
蜂鸣报警器
灯光报警器

图4.2 报警数据接收及报警模块
4.2主控模块单片机电路原理图设计
该模块关键分为两个部分，一个是发送模块处理器，一个是接收模块处理器，其关键功效是实现信息立即处理。将其相关电路设计完成后，采取不一样程序使之完成不一样功效。在本模块中采取芯片关键是STM8，其电路设计原理图以下：

图4.3 主控模块STM8电路设计原理图
4.3通信模块电路原理图设计
该模块分为两个部分，一个为发送模块，一个为接收模块，使用是同一个芯片和相同原理图，其芯片选型为SX1278，是此次研究课题关键部分，使用升特企业生产芯片来组建超远距离无线通信。为了通信可靠性，给其每个全部配发了相关天线组件。其电路设计原理图以下：

图4.4 SX1278通信模块电路设计原理图
4.4传感模块电路原理图设计
该模块关键由两个传感器电路组成，分别是：温度传感器和烟雾传感器，这两个电路在整体设计中关键负担对外部环境监测，当外部环境中其监测值超出相关设定值时，其将相关异常信号发送给发送给主控模块，由其交由通信模块将信息发送出去进行后续处理，其电路设计原理图以下：

图4.5 基于DS18B20温度传感探测器原理图

图4.6 基于AD590温度传感探测器原理图
上面给出了两种温度传感探测器原理图，其中第一个DS18B20为一个元器件，电路连接方便，不过对应程序驱动较为复杂。而第二个基于AD590温度传感探测器则是电路较为复杂，不过对应程序则较为简单。因为这两种方案各有优缺点，所以我在这里把她们全部列举出来了。

图4.7 基于MQ-2烟雾传感探测器原理图
其中信号放大电路图4.8，因为此次设计中对于放大电路有三次使用，分别是为了增加报警驱动信号和监测信号，使所要信号得到放大，更方便单片机或是人耳识别。

图4.8 信号放大电路
4.5报警器模块电路原理图设计
因为此次试验是根据功效来区分各电路模块，所以此模块关键实现报警功效，让监测方能够立即正确知晓被监测方周围是否发生火灾等危险情况，能够做出对应提醒。本模块关键由一个蜂鸣器和LED灯组成，当发生险情时其能够立即将接收到指令以声波方法汇报给监测方，方便立即做出处理。其原电路理图以下：

图4.9 蜂鸣器、灯光报警器原理图
4.6各模块通信接口电路原理图设计
因为只有各个模块只有联络在一起，才能将分散各部分联络起来，实现整体安防功效。所以联络各模块电子线路在其中就担任了十分关键角色。此次设计接口基础上使用是串口，以串口通信来联络各关键模块。其电路原理图以下：

图4.10 USB转TTL串口电路原理图
4.7本章小结
本章关键为此次课题研究设计了各个硬件电路，绘制了其相关原理图。其中包含传感模块电路图，两个主控模块，两个通信模块，和报警模块和各接口电路电路原理图。由AD上绘制原理图生成对应PCB，然后对PCB进行编辑，放好格局，布好线。随立即之送厂家腐蚀，接着进行板子焊接，获取实物。得到实物后进行分模块调试，对应模块功效得以实现，最终经过接口电路实现各模块完整通信，达成对应预期功效。

第5章 各模块内部程序设计
5.1系统程序设计概述
此次毕业设计要求写入相关程序部件关键有四个，分别是两片SX1278芯片和两片STM8芯片，其中空闲时间它们全部是进入循环等候，直到有相关信息触发，它们才开始进行相关处理。SX1278芯片一个做接收准备一个做发送准备，由其二者搭建LoRa通信网络，实现物联网通信。
5.2单片机控制系统程序设计
此部分要分为两部分进行程序设计：一部分为传感探测模块输入信息进行处理；另一部分则是为报警模块发送指令。这两部分单片机全部需要和对应SX1278芯片进行必需通信和控制。方便能立即将感测模块探测信息发送出去，而且将接收模块接收到信息立即反馈给报警模块。所以其步骤框图以下：
开始
STM初始化
检测到异常？
将异常信息反馈给通信模块
结束
是
否

图5.1 检测模块单片机步骤图
开始
STM8初始化
有没有信息传入？
将SX1276传来信号交付报警模块
结束
是
否

图5.2 报警模块单片机步骤图
该模块由时钟来发控制信号，进入开机后循环等候阶段，一个是等候传感探测模块发来报警信息，一个是等候通信模块传来报警信息，当相关信息传来时，其就连通相关模块完成相关操作达成报警目标，当险情处理完成，就重置探测模块，重新进入循环等候下一次触发，其关键程序见附录里面main函数。
5.3 LORA通信模块程序设计
此部分分为两大模块，一个为发送模块，一个为接收模块，由其组建成LoRa通信网络，实现通信。其中发送模块关键等候STM8发来报警信号，其担任发送任务，而接收模块则等候发送模块传来信号，将之传给STM8处理。这一部分是这次课程研究最关键部分，也是最突出创新点。其步骤图以下：
开始
发送初始化
CRC正确？
发送完成？
结束
否
否
是
是

图5.3 发送模块SX1278步骤图
开始
接收初始化
接收完成？
CRC正确？
读缓冲区
结束
是
是
否
否

图5.4 接收模块SX1278步骤图
该模块一样是由时钟来控制，接通电源后进入循环等候阶段，等候相关模块指令传输，由其搭建LoRa网络将对应信息进行传输。其关键程序代码见附录SX1278通信。
5.4本章小结
本章关键介绍了组建LoRa通信进行物联网报警系统程序设计思绪，其中相关程序代码全部在附件中。关键部分在于SX1278芯片组网和STM8单片机控制。将每一个关键模块分解为两部分，一部分作为接收模块，一部分作为发送模块，其实现均用步骤图来表示，以后续程序代码则关键由C语言完成，交由相关编译器编译后生成芯片可识别代码。烧录进入芯片，实现相关功效。
第6章 系统测试
6.1测试环境
此次毕业设计测试环境是学生宿舍，为了方便报警系统触发，没有做相关烟雾及温度传感器硬件，只是用一个开关替换。将报警设备置于鉴湖主教学楼一楼，探测设备置于学生宿舍学海C栋，将其处于待机状态。由同学在学生宿舍模拟报警信号触发，看在鉴主教学楼学生能否接收到对应报警信号并触发报警器。
6.2测试准备
在这个设计中，使用是白盒、黑盒测试方法对测试对象进行测试，具体来说就是：黑盒盒测试是作为一个整体，不考虑各个模块功效，只考虑输入输出，只要我输入正确，我输出也必需达成我预期目标；而白盒测试则是对每个模块采取分模块测试，比如单片机模块，通信模块全部能够作为一个最小系统进行测试。
在我们进行测试时候，被测试双方要求拿着对应设备，抵达指定位置等候指令，每人携带自己带有USB接口供电设备，给硬件供电，等候相关触发。第三个同学则通知拿着传感探测模块同学，现在烟雾浓度已经达成并超出预设值，请拨下相关开关代表报警触发。第三个同学问询拿着接收模块硬件同学，是否接到报警信号。假如接到报警信号，那么就说明我们报警装备基础功效已经实现。
6.3测试结果及分析
经过测试，能够得到我们预期目标已经实现。在通信距离大致在5Km以内，我们通信基础能够实现，而且相关模块基础功效也实现了。不过我们蜂鸣器响声却不如人意，究其原因关键是设计时候没有考虑蜂鸣器驱动电压，没有给和对应放大电路，造成驱动电流小，蜂鸣器响声小。所以在设计硬件电路原理图时候特地添加了一个放大电路，而且它在此次毕业设计过程中有多个地方需要用到，第一个地方是传感器模块，烟雾报警器触发信号小，要将其信号放大了以后再传给单片机处理，这么才能有明确触发信号，另外温度传感器发出温度报警信号后也需要一个放大器来放大其信号，后续蜂鸣器因为驱动电压高，一样需要一个放大器来达成较为宏亮报警声音。而且经过测试，假如相关模块不加天线，通信距离会大大降低，所以，天线也是一个不能够忽略关键组件。
6.4本章小结
经过对硬件测试，基础上是达成了LoRa网络组建和通信。当然，测试过程不会是一帆风顺，刚开始分模块测试时候，每个模块全部实现了其要求功效，不过将模块一起连接后，就并不是简单模块叠加了，各个部分接口，和对关键模块连接全部是部分大问题，经过数次调整，基础上能够抵达预期目标，不过蜂鸣器却怎么全部不会响起。刚开始方案是将蜂鸣器一个引脚接地，一个引脚接在信号线上，因为自己没有对信号添加放大电路，所以信号太微弱，造成基础上听不到蜂鸣器声音，以后提出了一个处理方法（当然直接添加一个信号放大器就能够处理问题，不过因为自己硬件现在不方便再到厂家腐蚀所以再添加硬件不太现实），就是将蜂鸣器一个引脚接到VCC上，另一个接到信号线上，声音就有了，但不大。不过最少基础实现了相关功效，感觉蛮快乐。其实物图以下：

图6.1 信息采集和发送模块实物图

图6.2 信息接收和报警处理模块实物图

总结
伴伴随科学技术不停发展，各方面安防问题备受社会关注。作为一名在学校学习、生活学生，接触当然关键是校内生活，所以因地制宜就设计了此款基于物联网安防系统，以确保在学生宿舍发生险情时候能够立即处理，避免愈加大损失。而因为搭建安防系统需要大量传感检测器，但现在经济情况无法满足相关需求，故本文中设计探测器比较少，只有温度报警器和烟雾报警器等，而且在后续答辩过程中为了满足答辩时能够立即得到应答，它触发用了一个触发开关来处理。总来说，此次毕业设计关键做工作有以下多个：
（1）对现代社会环境中存在安全隐患进行了比较细致分析，尤其是相关校园环境中安全隐患。在结合国外安防现实状况分析同时，将中国情形也做了一番对比，得出现在我们现阶段中国安防系统现实状况和其发展特点。
（2）对于多个无线组网技术分析和研究，并选择了以SX1278芯片为关键LoRa系统作为组网技术实现超远距离、无失真通信。同时这也是此次研究关键创新点，因为此种LoRA组网技术现在在中国属于比较前沿，应用比较少一项技术。不过其比以前蓝牙组网或是ZigBee组网好很多，而且有很多优点。
（3）学习了AD软件使用，对各个模块进行电路图绘制和PCB生成，交有厂家烧蚀得到相关硬件产品，以达成此次毕设研究要求。
（4）学习了IAR软件使用，学会了怎样使用IAR软件对单片机进行程序烧录，和相关调试。
（5）对于现在比较前沿芯片SX1278和比较实用单片机STM8做了相关学习和研究，明白基础使用标准和方法，将之付诸于此次毕业设计相关模块设计。
（6）在传感模块，自己着手设计了相关检测电路，对检测电路原理图绘制，PCB生成全部做了相关工作。
总而言之，在这一学期学习研究中，自己感悟很多。即使很艰辛，不过确实是学到了不少知识，自己动手能力也有了很大提升，接触了很多以前没有接触软件。即使这些软件对于曾经参与过电子大赛人来说，确实是挺简单，毕竟她们很早就学会了怎样使用AD，怎样将程序由电脑编译后导入单片机里面，以实现对应功效。不过对于刚入门我来说，确实一切真并不是那么轻易。经过这简短一学期，学了单片机（当然