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基于LoRa技术的无线火灾报警系统研究

韩倩倩  
【摘要】: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、ADS等电磁仿真软件对天线进行仿真研究,设计了阻抗匹配网络,研究了无线火灾报警系统的最佳拓扑结构。在HFSS软件中,建立法向模螺旋天线模型,利用控制变量法对天线结构参数进行分析,得到最佳天线模型。在ADS软件中通过非辐射网络来模拟天线的匹配电路,实现天线匹配网络的仿真模型。总体仿真结果表明,法向模螺旋天线增益可达1.85dB,天线馈电端口的回波损耗由-0.78dB降低为-37.61dB,匹配后的阻抗约为50?,可达到最佳匹配状态。最后论文对无线火灾报警系统进行了电磁特性、功能性和传输距离的测试,测试结果表明,在满足远距离、高可靠性无线传输的前提下,基于LoRa的无线火灾报警系统电磁场特性基本满足卫生部要求的人体安全标准。


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