1、基于Lora技術的遠程報警裝置摘要隨著社會的發(fā)展，城市越來越繁華，道路也越來越多。同時也出現了一些道路施工上的安全問題。為了保證在道路上的施工人員的安全，設計了本次課題來解決安全問題。本課題為基于LORA技術的遠程報警裝置，整個系統(tǒng)結合STC89C51單片機,LORA通信模塊，MPU6050加速度傳感器，LCD液晶，蜂鳴器等構成整個系統(tǒng)。該裝置感應性好，電路簡單，能在各種環(huán)境進行報警工作。該裝置通過加速度傳感器檢測到異常時，單片機會通過LORA無線發(fā)送信息到報警接收裝置進行提醒，并通過蜂鳴器進行報警提醒，還能通過液晶來顯示相關的信息，達到可以進行道路施工時，如遇安全狀況，可以在發(fā)生的當時就進行

2、報警。Altium Designer 這款工程技術軟件就是作為一個原理進行實施的。在此除了進行原理圖設計，和除了引用C語言來進行程序的編寫，在進行仿真驗證的時候，我們也可以通過Proteus仿真軟件達到了設計目標，并且具有很高的實用性。關鍵詞:單片機;LORA;MPU6050;報警Remote Alarm Device Based on LORA TechnologyAbstract With the development of society, the city is more and more prosperous, and there are more and more roads.

3、At the same time, there are some safety problems in road construction. In order to ensure the safety of construction personnel on the road, this topic is designed to solve the safety problems. This project is a remote alarm device based on Lora technology. The whole system is composed of STC89C51, L

4、ora communication module, mpu6050 acceleration sensor, LCD, buzzer, etc. The device has good induction, simple circuit and can alarm in various environments. When the device detects the abnormality through the acceleration sensor, the microcontroller will send information to the alarm receiving devi

5、ce through Lora wireless to remind, and alarm through the buzzer. It can also display the relevant information through the LCD, so as to achieve the effect of real-time alarm in case of safety condition during road construction. Altium designer is used in the design of schematic diagram. In this pap

6、er, in addition to the schematic design, C language programming, but also through the Proteus simulation software for simulation verification of related functions, to achieve the design goal, and has high practicability.Key Words: MCU;Lora;Mpu6050; Alarm目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc71649197 第一

7、章 緒論 第一章 緒論1.1課題背景及意義近年來，我國國內經濟發(fā)展迅速，和我們社會的快速發(fā)展，我們的社會生活水平也得到了迅速的發(fā)展。對于建筑施工企業(yè)而言，施工安全是非常重要的，它也是作為一個重要的保證。因為施工安全關乎到了我們的人身安全，如果發(fā)生了事故在實事工程的過程之中，會造成很大的損失，它不僅會對我們的生活造成影響，也會對經濟造成損失，而且也會減少社會當中不安全因素的減少。針對施工安全開展技術的研究具有重要的現實意義和開發(fā)價值。為了滿足人們實際生活中的需求，國內外針對施工安全報警技術研究投入大量人力物力，先進的施工安全報警技術應運而生。本課題的目的是為了保證道路施工人員的生命安全所設計的。

8、在公路上，車流量大，車速快，又復雜的道路狀況，在施工人員進行施工時，不能及時注意到一些突發(fā)情況，為了能安全施工，提高路面安全指數，設計出基于LORA技術的遠程報警裝置，能及時發(fā)送信號給施工人員，并且及時發(fā)出警報，有效保護施工人員安全，有效保障了路面安全，減少了事故的發(fā)生。施工安全報警系統(tǒng)主要是以人們的住宅為基礎，我們全心的想構造一個智能化的家具家電，并且還能夠營造一個舒適便捷的環(huán)境。為了達成以上的目標我們的準備將多種技術進行一個結合，比如自動化控制技術和計算機技術等等科技結束進行一個結合從而達到一個目的。現在的施工方式很多，但是我們?yōu)榱宋覀儹h(huán)境好我們都更喜歡一個綠色的施工，所以這樣的一個施工安

9、全報警系統(tǒng)的優(yōu)點就體現出來，因為她的及時性，安全性和他的舒適性都是非常的高的，它的優(yōu)點也不僅僅只有這些，她還可以做到環(huán)保節(jié)能，所以他也能為我們營造一個舒適良好的生活環(huán)境。互聯網已經出現了很多年了，而現在的社會也一直都在講互聯網+，而且物聯網的施工安全警報系統(tǒng)的特點也是非常的明顯，具有很多物質所沒有的特點，它具有協(xié)調性和獨立性等鮮明的特點，也可以根據人們的需要，為人們提供便利 1。因為互聯網運用范圍非常的廣，所以人們對它的運用也近乎接近了極致，它也對我們的生活和工作帶來了很多的便利，并且它也提高了我們的工作效率。因為互聯網行業(yè)的快速發(fā)展，所以催生了物聯網的發(fā)展，而且互聯網從誕生到現在也在不斷的發(fā)

10、展，它在發(fā)展的過程當中不斷的總結與進步，所以它也逐漸的完善。物聯網的問世進一步方便了人們對互聯網的使用。而報警系統(tǒng)也是有很多年的歷史了它的形成可以追溯到上世紀初。在曾經的北美洲，人們?yōu)榱俗约旱陌踩谧约河龅嚼щy的時候能夠讓警察及時的發(fā)現，并且在自己生命安全得到威脅的時候，能夠得到警察的幫助，所以報警呼救箱隨處可見，就連在路邊上也是滿街都是，而且這個報警呼救箱也是連接到警察局的，就算沒有警察在自己的身邊，警察也能夠知道你遇到了危險。隨著時間的推移，科學技術不斷的進步推動了通信技術的不斷進步，后面很多公司也加入到了這個行業(yè)之中，因為有遠程通信公司的加入，這個呼救信息就可以傳到更遠的地方了；但是，

11、電報是非常不容易得到普及的，因為電報非常的不方便耗時耗力耗錢，所以之后就被電話所代替了，在電話問世并且得到發(fā)展了之后，電話就成了主要的報警手段，并且在現今社會，電話也是一個主要的報警手段。通過以上的內容作為一個例子我們可以很清晰的知道工業(yè)技術能夠的到發(fā)展是歸功于報警行業(yè)的，也權威的部門想要匯集好所有的信息必須要依靠高強度發(fā)展的通訊行業(yè)，權威部門才能提高辦事的效率，通過自己所匯集到的信息然后再分配給相關的部門，這樣才能拿有效率的幫助別。因為現在國外的發(fā)展系統(tǒng)已經達到了很高的水平，但是我么可以通過上述的例子來了解到監(jiān)控技術的發(fā)展，并且也是非常值得我們借鑒和學習的 2。1.2國內外發(fā)展現狀為了滿足人

12、們對于施工安全報警技術的需求，國內外施工安全生產企業(yè)大力研發(fā)施工安全報警技術，各類施工安全報警設備層出不窮。從施工安全報警系統(tǒng)的發(fā)展來看，報警設備可以分為機械式報警系統(tǒng)、電子式報警系統(tǒng)、芯片式報警系統(tǒng)、網絡式報警系統(tǒng)這四種模式。本文設計的是基于LORA技術的遠程報警裝置。 想要物聯網得到高速的發(fā)展我們不但要依靠先進的技術，我們還要依靠一個全球化的發(fā)展。所以我們現在不但需要一個5G的高金吉技術我們也還需要LPWAN技術因為它可以達到一個大量的連接并且消耗也是非常的低。LoRaWAN技術最大的特點就是靈活性非常的高，所以它也是很具有代表性的，并且現在它也依靠他特具的一個靈活性而得到了廣泛的認可，特

13、別是得到了物聯網界的認可，提到LoRaWAN，我們就會想到LoRa，LoRa，因為LoRa，LoRa是作為它的一個子集，它能夠用它自己所具備的特殊的方式可以明顯的提高一個接受的靈敏度，因為它是屬于物理層的一個調制技術，而且它采用的方式也是非常的特殊，它采用的是線性調制擴頻方式。LoRa作為LPWAN非常重要的一個方式，正在促進我國各大城市的物聯網轉型發(fā)展。大約從2014年起，國內首批企業(yè)開始研發(fā)LoRa相關產品，比如說Lora物聯網智能煙感，如圖1.1。Lora模塊在智慧停車場的應用，如圖1.2。圖1.1Lora模塊在智慧停車場的應用Fig 1.1 application of Lora mo

14、dule in smart parking lot圖1.2 Lora模塊在智慧停車場的應用Fig 1.2 application of Lora module in smart parking lot在經過了幾年之后，LoRa已經得到了飛速的發(fā)展，它從原來的一個很微小的無限技術到現在的家喻戶曉。如今，科技巨頭也紛紛入局LoRa、加入LoRa聯盟。根據上述的討論我們可以知道不管是從哪個方面來講，LoRa都是會以一個主導的身份在物聯網市場之中。因為不管從那個方面來件它都有它獨特的優(yōu)勢，大國之間政治經濟博弈對于LoRa供求各方產生的影響很小。使用LoRa技術的項目非常的多，但是LoRa項目中也是包涵

15、了非常多的技術，而這些技術的價值都是超乎尋常的大的，有的可能都超過了通信本身，而在未來社會的發(fā)展之中，互聯網也是非常重要的，我們也要注重通信技術的發(fā)展，但是我們也要順應社會發(fā)展，我們要將我們的關注點放在市場化行為和商業(yè)模式之上。物聯網的產品服務在工業(yè)檢測、環(huán)境保護、公共安全的領域都得到了發(fā)展，物聯網發(fā)展?jié)摿薮蟆ｋS著普通家庭互聯網的普及，相關衍生產品種類日益多樣化，這不僅能夠提升人們日常的生活品質，同時也成為了現代社會和家庭用戶的新風尚。傳感器技術的進步，推動了各個產業(yè)的發(fā)展。1.3主要內容本次基于LORA技術的遠程報警裝置設計，全文分為五章，第一章主要是針對基于LORA技術的遠程報警裝置統(tǒng)寫

16、作的背景和研究現狀進行分析，表明研究的必要性3。第二章則對整個系統(tǒng)的功能進行設計，同時對主要核心器件進行選型，通過選型后最終形成設計方案，并就設計方案進行分析。第三章是基于LORA技術的遠程報警裝置統(tǒng)模塊設計4，包括單片機,LORA通信電路，MPU6050等等。第四章主要是系統(tǒng)設計的軟件部分，介紹主要的LORA通信程序，加速度傳感器等每一個程序的編寫。接下來的第五章我會詳細的介紹系統(tǒng)的調試，并且也會講清楚硬件的調試，還有它調試的過程，最后總結全文，對全文進行收尾。第二章 系統(tǒng)設計 2.1系統(tǒng)的組成及方案設計如圖2.1為整個系統(tǒng)的設計，主整個系統(tǒng)結合STC89C51單片機,LORA通信模塊，MP

17、U6050加速度傳感器，LCD液晶，蜂鳴器等構成整個系統(tǒng)，當道路施工時，來往車倆碰到報警裝置，其通過加速度傳感器檢測到異常時，單片機會通過LORA無線發(fā)送信息到報警接收裝置進行提醒5，并通過蜂鳴器進行報警提醒，還能通過液晶來顯示相關的信息，系統(tǒng)的組成結構如下：陀螺儀陀螺儀復位和晶振顯示電路LORA發(fā)送單片機最小系統(tǒng)蜂鳴器PCLORA接收圖2.1 系統(tǒng)整體框圖Fig. 2.1 Overall System Frame2.2 主控制器方案設計方案一：采用可編程邏輯器件FPGA（如圖2.1所示）或者CPLD作為本次課題的主控制器，與其他類型的MCU相比較，其運行的方式是并行的，即編寫的程序是并行運算

18、的，而不是單條語句依次運行，因此其運算效率非常高，廣泛應用于對速度要求高的場合。在開發(fā)語言方面，其主要有VHDL和VHERILOG這兩種語言，在編程方面，其使用會復雜一點，尤其是涉及到小數或者除法等運算時，因為其本質上是硬件電路，所以不能像C語言一樣可以直接使用小數或者除法之類，甚至于乘法也不能直接使用，往往需要考慮很多因素，所以對基礎知識要求非常高。在硬件上面，其供電通常是需要3.3V和1.8V兩種以上的供電，3.3V給IO引腳，1.8V則給內核，對于一些性能好的，則需要三種以上的供電，因此設計較為復雜，所以適合于需要復雜，速度要求高，成本不敏感的場合。圖2.1 FPGA實物圖Fig.2.1

19、 FPGA physical picture方案二：選擇STC8951單片機，該系列的單片機有四組IO口引腳，可以通過編程的方式對每個IO口進行控制。其為8位的總線，采用了MCS-51的指令集，因此在程序編寫上與其類似。同時為了方便使用，該單片機還集成了FLASH等存儲器資源，這樣用戶可以不用另外配置額外的存儲器，方便使用。其支持多種開發(fā)平臺，如Keil，IAR等等，支持在線調試，可以方便的對其內部寄存器數據進行監(jiān)控。而且其開發(fā)語言也是常用的C語言，方便上手，其下載方式也支持多種方式，如ISP下載，串口下載，或者專用下載器下載等等都可以，并且還提供加密技術，方便用戶保護知識產權。同時其成本非常

20、低，性能也可靠，已經在市場上大量的低端產品進行使用，具有很高的市場經濟價值。 如圖2.2是STC89C51實物圖。圖2.2 STC89C51實物圖Fig.2.2 Stc89C51 physical drawing方案三：選擇STM32F103單片機，其是由ST公司設計生產的32位MCU，其運算速度快，最高可以達到72MHZ，并且其內核采用的是ARM，具有非常強的優(yōu)勢。并且ST公司除了為其開發(fā)配套的庫函數外，還開發(fā)了CUBEMX工具，用戶使用該工具可以通過圖形化的方式對IO口，定時器，ADC模數轉換器以及其他功能進行設置，完成初始化的程序自動生成，節(jié)約用戶大量時間，也降低了編程難度，同時具有豐富

21、的例子程序，方便用戶進行學習和進一步擴展。如圖2.3為STM32 F103單片機實物圖。圖2.3 STM32F103單片機實物圖Fig.2.3 STM32F103 physical drawing通過對上述三種主控制方案的分析，使用STC89C51單片機支持多種開發(fā)平臺，而且其開發(fā)語言也是常用的C語言，容易使用，成本也十分低，性能更加可靠，并且STC89C51在市場上也大量使用。綜合考慮，在此選擇方案二來作為本次課題的主控制器。2.3顯示系統(tǒng)方案選擇方案一：LED數碼管的位數選取為8位來作為一個顯示設備，數碼管的作用是非常的大的，因為數碼管是LED燈的顯示器件，數碼管指的是一種LED燈的內部有

22、多少個顯示設備。把他們通過規(guī)定的一個順序改好，然后再進行組裝，最好再電亮LED燈可以顯示不同的數字，這種顯示方式具有成本低，使用范圍廣的特點。由于其結構簡單，因此在一些特殊場合如電磁輻射高的地方都會選擇這種方式，并且其可靠性也非常高，功耗也很小，但是其顯示的信息比較有限，一位數碼管只能顯示一個信息，如果需要顯示的信息較多就不適合，并且無法顯示全系列英文或者中文。 如圖2.4所示。圖2.4 數碼管實物圖Fig.2.4 STM32 physical drawing方案二：采用液晶LCD1602來作本次設計的顯示設備，液晶設備是一直常用的顯示器.本次采用的型號主要有三個控制引腳和八個數據位，通過軟件

23、按照規(guī)定的協(xié)議進行程序的編寫，就可以完成顯示的操作，其可以實現顯示信息，且顯示的內容豐富，可靠性高。如圖2.5為液晶實物圖。圖2.5 液晶實物圖Fig.2.5 LCD physical picture綜上所述，由于在本次設計，需要顯示較多的數據，而且可以實現英文，數字等顯示信息，且內容豐富，可靠性高，因此選擇方案二來作為本次的顯示設備。2.4無線通信模塊的選取方案一：選擇藍牙通信方式，這種通信方式主要采用的是2.4GHZ的波段，其通信協(xié)議從開始的1.0版本一直升級到了現在的4.0版本，速度更快，性能更好，功耗也更低。其可以實現數據的短距離無線傳輸，只需要通過藍牙設備將兩個主機進行匹配，就可以搭

24、載好傳輸通道，然后就可以實現數據的雙向無線通信。藍牙目前主要是受制于傳輸距離比較短，抗干擾能力不強，所以主要應用在家庭等一些干擾小，距離近的場合。如圖2.8為藍牙實物圖。圖2.8 藍牙實物圖Fig.2.8 Bluetooth image方案二： 采用LORA無線通信模塊。LORA指的是的一個定頻在2.4 GHz2.5 GHz 的ISM頻段，它的通信距離也是非常的長，它可以實現5米為半徑的圓形區(qū)域內進行一個信號的傳輸，所以這個模塊的收發(fā)率不是特別的高，而且它的耗能非常的低，所以它也是非常的環(huán)保，所以它經常被用于一個長時間的工作之中 6。因為考慮到使用Lora模塊能節(jié)省功耗，也能長時間使用，適合長

25、期維持工作，早考慮到做的實驗是用于在高速上放置報警裝置，如果被撞到通知正在維修的工人進行報警，所以要提高使用時間，再根據課題要求，所以在此選擇LORA進行無線通信設計。 圖2.8 LORA實物圖Fig.2.8 Lora physical drawing2.5電源供電方案選擇方案一：選擇現實生活中常見的220V市電來作為系統(tǒng)輸入，這種方式貼合實際需求，方便系統(tǒng)可以應用在多種場合，但是需要設計的電壓轉換電路，因為單片機等芯片基本都是5V甚至更低的電壓，所以電源轉換電路較為復雜，成本較高，且設計難度較大。 方案二：選擇5V直接作為輸入，對于5V電可以通過USB口來獲取，現在的PC口，手機充電口都是5

26、V的電壓輸出，這種方式大大節(jié)約了成本，使得設計在電源部分更加簡單。并且這樣可以使得本次設計，將大部分精力專注于課題本身，而不是相外進行擴展。 因為本次設計中5v電壓可以用USB端口獲取，現在大部分電子產品都用5V的電壓輸出，這種方式大大節(jié)約成本，更加便宜，使得設計在電源部分更加簡單，所以選擇方案二。第三章 系統(tǒng)硬件設計3.1單片機3.1.1 單片機概述單片機的構成是很復雜的，它是典型的嵌入式的微控制器，它主要是由控制器，運算器，輸入輸出設備來構成的，也可以這樣說，我們也可以把它當做一個微型的計算機。如果我們把它和我們私人的電腦相比較的話，它是非常節(jié)能的，雖然它很節(jié)能，體積又小存儲量也很小，但是

27、它的功能是比較少的，因為它的輸入和輸出的接口非常的簡單，所以它的效率也不是很高。因為現在的社會發(fā)展的非常的迅速，所以它也是發(fā)展的非常的快的，它從原來的8位單片機，發(fā)展到了現在的32位單片機，甚至是高速的64位的單片。我們現在在生活中之中是離不開手機電腦的，所以我么也是離不開單片機的，因為我么所使用的電子機械，不管是大的還是小的，都會有集成單片機，包括我們的鼠標，看起來很小很簡答它都有很多片的單片機，更別說我們的汽車了，我們現在的汽車一般的都會有40多片單片機有的甚至還有更多，汽車也是相對簡單的了，如果說是更大的物件，可能會有上百個單片機同時進行工作。在本次的設計中我所使用的是STC89C51單

28、片機。STC89C51芯片在我們實際生活的運中可以知道它的使用效率高且功耗較低，屬于CMOS 8位的單片機類型。在芯片內部可以進行反復的擦寫，進行數據信息的存儲工作并投入實際產品的相關設計工作。4k Bytes ISP的Flash只讀程序存儲器是STC89C51芯片的內部儲存器。在結構構成上主要選用ATMEL組件，這一組成能夠保證存儲器在實際工作過程中進行高密度、非易失性存儲工作，保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。STC89C51芯片在實際工作過程中可以兼容cmcs-51指令，確保系統(tǒng)工作設計的便捷化程度。STC89C51芯片內部設計有8位的中央處理器以及相應的系統(tǒng)信息數據存儲模塊，是實際應用過程中，ST

29、C89C51單片機可以實現多項信息處理功能，我們也會在產品使用過程中的具體的給出相應的解決方案。STC89C51芯片的內部一共設置有40個引腳，芯片內部的程序存儲器具有4k Bytes Flash，這主要是用來對系統(tǒng)內部的數據信息進行存儲工作。在STC89C51芯片外部設計有32個端口，用于數據信息的輸入以及輸出功能的實現。芯片擁有2個可進行編程的端口，我們可以通過這個端口編訂一個計數器和2個或者2個以上的串行通信的端口。芯片WDT的內部也是非常的完整，主要體現在電路方面，而且它還是帶有一個時鐘振蕩器。單片機系統(tǒng)可以根據需要自主對振蕩頻率進行調節(jié)，以便解決在實際設計過程中對于產品功耗的實際設計

30、要求。STC89C51芯片具有掉電保護功能，確保芯片能夠自動保存之前的數據信息，提高實用性能。同時一旦處理器停止工作，芯片內部的其他模塊也可以進行正常的系統(tǒng)運轉。從實際應用水平上來看，STC89C51單片機使用性能強，功能實現效果穩(wěn)定。3.1.2單片機最小系統(tǒng)本次的系統(tǒng)設計，選擇了STC89C51單片機，存儲器和中央處理器還有中斷系統(tǒng)都在這個單片機中得到了統(tǒng)一，IO引腳等于一體。運行的數據也可以單獨的更著IO系統(tǒng)進行一個有序的存儲。如圖3.1.1。圖3.1.1 單片機最小系統(tǒng)圖Fig.3.1 Minimum system diagram of single chip microcomputer

31、單片機簡單的來說就是通過控制對應的單片微型計算機來達成衣蛾、個目的的。而現在在我們的生活之中，其實很多地方都運用到了單片計算機，比如說是在工業(yè)當中，也它對于一個機械化的運行起著一個非常重要的重要，而且它還有一個很重要的作業(yè)就是他可以對機器設備進行一個自動化的檢查7。單片機的運用不僅僅只是工業(yè)生產它還可以運用在電子領域再或者說它還可以運用到一個航空業(yè)之中，甚至在我們的生活當中它的身份也是非常重要的，因為它會運用到我們的家電之中。單片機一共有兩種形式，其中方形封裝PLCC和雙列直插DIP，兩種的是它主要的形式但是雙列直插DIP是我們在日常的生活中使用評率較高的。如圖3.1.2或者TQFP封裝如圖3

32、.1.3。圖3.1.2 PLCC封裝Fig 3.1.2 PLCC package圖3.1.3 TQFP封裝Fig 3.1.3 TQFP package單片機是我們經常叫的名字，但是它還有一個名字叫做嵌入式控制器，而它的特點也是非常的多，主要有微控制器。它之所以這樣叫詩因為單片機可以可以非常容易的嵌入到設備，最后在機械儀表中運作，施工安全航空中等等。在單片機中有一個非常重要的部分叫做晶體振蕩器，為了達到我們所需要的評率，它會在電路中進行震動，然后發(fā)出一個頻率。他們之間的關系也是非常的緊密是密不可分的一個關系。需要晶體振蕩器的參與去讓單片機所執(zhí)行指令。在單片機電路中，晶振是必不可少的，因為單片機中

33、程序的運行，是有一定的基準的，而這基準51系列單片機中是由晶振來決定的。比如最簡單的一條賦值指令，其需要一個周期的時間，而這個周期要多久，就由采用多少頻率的晶振來影響。比如在此選用的是12MHZ晶振，那么其產生的震蕩波形會經過單片機的XTAL1和XTAL2引腳連入單片機中，然后對其12分頻以后，來作為單片機運行的基準頻率，因此上訴的一條指令運行的時間也就是大約1微秒。同時還需要對其增加兩個電容，以增加其運行時的穩(wěn)定性。除了晶振電路之外，還有一個很重要的電路叫做復位電路，從他的名字我們可以知道它就是講單片機的程序從頭開始運行的電路。由于在單片機上電的瞬間，其電的上升狀態(tài)是不定的，此時的程序是很容

34、易跑亂的，所以芯片的設計者預留了RST復位引腳，只有當該引腳進入高電平時程序才正常工作，否則程序會一直停留在初始狀態(tài)。所以利用如圖所示的復位電路，當上電瞬間，由于電容的作用，復位引腳與GND連接變低，當上電完成后，電容充滿電，該引腳變高，程序重新開始運行。另外，還加入了按鍵，用于進行手動復位，當人工按鍵按下時，復位引腳變低，系統(tǒng)復位，按鍵松開則重新開始運行程序。 3.2顯示電路在顯示方案的選擇上，本文是選擇LCD液晶來作為顯示設備。對于LCD液晶顯示器來說，其有多種不同的尺寸和分辨率，在選擇上需要根據實際情況進行選擇。比如在公共場合就會選擇大尺寸高清晰度的，而在一些小型設備上則需要體積較小，價

35、格便宜的。結合本次設計的課題需求，在此對于顯示的要求并不高，因此最終選擇了LCD1602來作為液晶顯示設備，如圖3.2液晶電路圖。 其實從其型號名字就可以大致看其分辨率信息，該液晶一共可以顯示兩行，每一行則可以對十六個字符進行顯示。顯示的字符信息可以是數字，也可以是英文或者是定義的一些特殊字符，但是不能是中文。在控制引腳上，其引腳看起來比較多，但時間控制并不復雜，首先就是其電源供電引腳，供電的電壓范圍比較寬，在3到5V之間都是可以的，但是為了其顯示效果好，要求供電電源的電流有一定的供電能力。然后就是數據引腳了，我們只帶單片機是通過這8個引腳來將我們所需要的數據傳輸到對應的屏幕上，這個數據用的是

36、其數據引腳為D0-D7這8個引腳，當然是需要按照一定的規(guī)則的，而這個規(guī)則就是通過液晶的RW,RW,EN引腳去控制，在液晶數據手冊上對具體要求都有進行了要求。因此需要按照要求去編寫程序來進行控制，以達到顯示正確結果的目的。同時還要注意的是，該型號的液晶具有背光條件引腳VO，需要通過外部電阻分壓的形式給其一個合適的電壓，用來調節(jié)對比度，其才能較好的顯示信息。圖3.2液晶電路圖Fig.3.2 LCD circuit diagram3.3加速度傳感器采集模塊對于在道面施工，放置遠程報警裝置，主要采用的是陀螺儀來進行，在此選擇的是MPU6050陀螺儀，其內部包括ADC模塊，mems結構，電源部分，數字濾

37、波器等等8 9。其測量范圍達16g（g為重力單位）。所以此次設計主要是利用MPU6050傳感器進行具體的測量工作。在感應模塊中主要利用整合性6軸運動處理組件，使用這一組件最大程度上將封閉空間進行縮小。加速針和螺旋儀被MPU6050分為了三個16位數的ADC并且把它在測量之后的模擬量得到轉換，直接轉換成為數字量，它通過400HZ的12C接口進行轉化和所有的設備寄存器之間。為了提高檢測過程中的精確性以及確保可以進行快速和慢速的運動的跟蹤，在傳感器的測量范圍設置中都可以根據用戶自身需求進行相對應的控制操作。MPU6050加速度傳感器，它可以檢測人體很多個方面，比如說，它可以檢測人體的XYZ三個方向的

38、加速度，通過這個來判斷它的檢測對象，哪個人類是否摔倒。該芯片為IIC通信協(xié)議，單片機的P10與MPU6050的SCL引腳相連，單片機的P11與SDA相連。圖3.3加速度傳感器電路圖Fig.3.3 Circuit diagram of acceleration sensor3.4LORA傳輸模塊在此需要將檢測到的報警信息傳輸到遠端設備,因此選擇了LORA 芯片接入互聯網，以此來實現信息數據傳輸的功能10。LORA芯片內部設置有一個微型的MCU它一共有32位，它整體帶有16個精簡模式，所有它的耗能也是非常的低。它支持160MHz和80MHZ，同時也持RTOS。MCU可通過RAM/ROM 接口、RA

39、M接口、AHB接口來進行協(xié)同工作。LORA芯片支持SPI接口的外置Flash，SPI模式它也是非常支持的，需要在對應的地方選擇好中國，這樣會有一個對應的模式所以我們在下載固件的時候要額外的注意，這樣我們才能讓我們所設計的程序健康的運行。11。LORA 芯片具有集成化程度高、功耗小、支持標準協(xié)議、擁有完整的TCP/IP協(xié)議棧和多樣化的接口的特點。物聯網開放平臺為現代社會的發(fā)展和現代市場的穩(wěn)定，當然最重要的還是物聯網技術的高速度發(fā)展，所以現在有一個很好的基礎可以支持各種硬件和各類傳感器模塊在實際工作過程中的大數據通信工作，有效降低應用開發(fā)成本，滿足各項服務需求12。WIFI通信模塊設計過程中利用U

40、ART接口，用來連接單片機和規(guī)模塊，采集到的信息會通過模塊數據傳感器進行傳播然后與位機上的相連接，實現數據互通，便于監(jiān)測信息。WiFi通信模塊接線圖圖3.4所示。 LORA的關鍵接口提供了豐富的操作空間，其主要可以分為SPI接口，PWM接口，IIC接口，UART接口等，幾乎涵蓋了主流的通信控制方式，工作電壓支持3.3V到5V的寬電壓工作區(qū)間，單片機只需要通過串口等方式對其進行命令操作就可以直接實現LORA控制功能13。圖3.4 LORA傳輸電路Fig.3.4 Lora transmission circuit3.5報警提示電路在此通過蜂鳴器來進行報警提示，蜂鳴器由通過控制器使回路中的電抗器的電

41、感和電容會產生一種諧振，這種諧振裝置會產生一種震動，由這種震動來發(fā)出聲音，它也分為了兩種類型的蜂鳴器：無源他激型和有源他激型。其中無源他激型在工作中的發(fā)聲原理是：當蜂鳴器接收到方波信號時，方波信號會通過其中的振動裝置轉化為聲音源再進行輸出。蜂鳴器廣泛應用于手機，電腦，煙霧報警裝置，雷達聲納等電子科研產品中作為發(fā)聲器件。電磁式蜂鳴器其中含有振蕩器，當有電流流進蜂鳴器時，振蕩器震動膜片顫動產生音頻。所以蜂鳴器還含有線圈和震動膜片。電流會流過蜂鳴器中的線圈，電會產生磁場，為了防止磁場外露，再給蜂鳴器加個外殼，在電力和磁場的相互作用下，蜂鳴器會因為震動膜發(fā)生震動而發(fā)出聲音。蜂鳴器在足夠大的電流工作作用

42、下才會實現功能。考慮到單片機驅動的實際情況，其內部電流較小，不能夠通過驅動來時外圍設備進行工作。在蜂鳴器與系統(tǒng)的連接過程中，將蜂鳴器與系統(tǒng)電源連接，將驅動器與電源負極相連，隨后與單片機連接，在這樣的連接基礎之上，蜂鳴器就可以實現正常工作圖3.6 報警提示電路Fig.3.6 Alarm prompt circuit天津理工大學中環(huán)信息學院2021屆本科畢業(yè)設計說明書第四章 軟件設計4.1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境簡介4.1.1系統(tǒng)硬件開發(fā)環(huán)境在我們本次的設計之中，我主要采用的是Altium Designer作為原理的設計圖這款工程技術軟件，該軟件是專門被設計出來用于電子技術開發(fā)的。其從最初的Protel版本

43、開始，經過廠商結合市場的反饋，不斷進行改良和升級，已經進行了很多次版本的修改，經過幾十年的不斷改進后，目前該軟件的最新版本是AD20，已經實現了一年升級一次的規(guī)律。在市場上雖然還有其他一些主流繪圖軟件，但總體上區(qū)別并不大，各有優(yōu)缺點，Altium 相比于Candance等其他繪圖軟件，在入手上會顯得更加容易，尤其是在一些簡單或者中等的電路圖繪制上，其操作更加簡單，尤其是原理圖轉PCB的操作，并且用戶可以在PCB圖上直接進行網絡的修改，非常方便，這一點在其他的一些軟件上都沒有，另外其還加入了3D視圖功能，可以方便的查看布板后的3D效果圖，方便用戶可以進行及時的調整， 如圖4.1所示，則為該軟件的

44、打開環(huán)境界面。圖4.1 Altium Designer界面Fig.4.1 Altium designer interface4.1.2系統(tǒng)軟件開發(fā)環(huán)境在設計中，除了需要完成硬件的設計外，還需要對軟件程序進行編寫。由于本次設計中，采用的是單片機來作為控制器，因此軟件程序平臺的選擇也要與之相對應。通常來說，對于單片機有多種平臺可以進行軟件程序開發(fā)，如KEIL，IAR等等。在此選擇的是KEIL軟件，該軟件內部集成了很多庫文件，如常用的51單片機庫文件，stm32單片機庫文件等等。通過在該平臺上進行軟件程序的編寫，然后進行編譯后就可以將生成的可下載文件下載到單片機里面去，這樣單片機就可以運行。同時，該

45、軟件還支持在線調試功能，通過專用的在線調試工具，可以對單片機運行中的寄存器數據進行實時的檢測，并可以設置斷點來單步運行程序，方便用戶進行程序調試，其如下圖4.2所示 圖4.2 KEIL界面圖Fig.4.2 Keil interface diagram 4.2主程序流程圖的設計對于本次基于LORA技術的遠程報警裝置的設計來說14，它采用了MPU6050加速度傳感器來進行檢測15，如果出現異常則進行報警并將信息傳輸到接收設備，其整體流程圖如下圖所示。開始初始化檢測LORA開始初始化檢測LORA檢測陀螺儀鏈接成功刷新顯示異常？聲音提示結束NYNNFig.4.3 Overall flow chart4

46、.3 LORA傳輸流程圖的設計LORA將會在這兒被使用，主要用于對數據的傳輸具體的流程如下圖4.4所示、開始開始系統(tǒng)初始化檢測LORA鏈接設備搜索響應NN接收信息發(fā)送命令結束圖4.4 LORA傳輸流程圖Fig.4.4 Lora transmission flow chart4.4加速度傳感器流程圖的設計在此選用了MPU6050，其是一種集成陀螺儀的傳感器，可以對X,Y,Z的方向瞬間的加速度值進行檢測。單片機需要通過控制協(xié)議對其進行寄存器配置，然后對其內部的檢測到的數據進行讀取和分析，其程序流程如圖4.5所示。 開始開始初始化端口發(fā)送地址讀取x軸數據讀取Y軸數據讀取Z軸數據結束圖4.5加速度傳感

47、器流程圖Fig.4.5 Flow chart of acceleration sensor第五章 系統(tǒng)測試及實現5.1系統(tǒng)調試脫機調試的方法主要運用于軟件的調試，也就是完成軟件在仿真器軟件在PC機上對我們想調試的部分進行一個檢測和調試，我們通過鼠標和鍵盤來進行調試，將單機片輸入相應的地方進行一個設定，各個部分的很多狀態(tài)都可以從指定的窗口進行展示。這樣做的話我們就可以確定程序的正確性。以下的步驟就是調試的步驟：1：對目標程序進行糾錯我們想用的程序在這個階段就已經編輯完成了。意思就是說我們可以通過仿真器來進行對指定程序的糾錯，而且這個糾錯也是非常全面的其中包括了，標點符號的糾錯和書寫格式等等（2）

48、對于子程序功能進行調試我們通常會使用模塊程序來進行程序設計如果我們想對子程序進行一個分別的調試，我們可以先將入口條件設置好，然后再運行一般情況下我們都是運用的斷點運行和單步運行，然后檢查當前的CPU和RAM和I/O的狀態(tài)，通過查看結果來知曉它是否符合條件。（3）對整體程序進行一個綜合調試我們首先將所有的程序聯系起來，然后再把他們放入到系統(tǒng)里面進行一個綜合的調試，看我們能否達到一個我們預期的目標。如果我們發(fā)現在這個階段發(fā)生問題，我們可以首先分析是不是數據緩存單元是不是發(fā)生了沖突，或者是不是某一路線發(fā)生了損壞等等，我們可以直接運用軟件模擬器進行檢查，就可以不適應用戶樣機，也可以直接在PC上進行調試

49、或者開發(fā)，如果對實用性的要求不高，我們也可以直接用編程器先讓他在ROM系統(tǒng)中固化，然后再投入運行。5.2仿真測試根據系統(tǒng)要求完成硬件設計后，就需要開始使用軟件平臺進行程序開發(fā)，在程序開發(fā)的過程中，為了增加效率通常采用如下的流程：（1）在KEIL開發(fā)平臺上新建工程，然后對各個子模塊進行程序的編寫，在開始設計時主要是對一些簡單的功能模塊進行程序編寫，尤其是人機交互模塊，這樣方便后續(xù)進行調試。在完成編寫后，通過平臺的編譯系統(tǒng)進行編譯，并根據提示進行軟件程序的修改，直到整個程序沒有在KEIL軟件上進行報錯。 （2）然后通過JTAG或者串口下載器將編譯生成的HEX文件下載到單片機中，在第一次下載時，通常

50、是下載簡單的程序，方便進行一些基本的判斷，然后不斷的增加程序不斷的下載來增加功能，以達到最終目的。（3）在程序下載后，幾乎可以肯定的是第一次下載的程序往往沒辦法實現我們想要的結果，這個時候就需要進行調試，使用在線調試系統(tǒng)可以觀察單片機內部寄存器的狀態(tài)或者執(zhí)行單步運行，這樣可以方便的查詢問題點，達到快速解決問題的目的。 如圖5.1新建新建工程程序編寫編譯修改HEX下載完成調試圖5.1 程序開發(fā)流程圖5.1 program development flow chart如圖5.1所示為進行在線調試的頁面，通過工具欄的DEBUG選項來進入。 圖5.2 DEBUG選項界面圖Fig.5.2 Debug o

51、ptions interface系統(tǒng)進入后，可以通過在菜單欄中的選擇，來對需要檢測的數據變量，寄存器值等進行監(jiān)測，如圖5.2所示。 圖5.3 選擇調試界面圖Fig.5.3Select debug interface diagram如圖5.4所示，在此以監(jiān)控count變量為例，通過在watch窗口輸入該變量值就可以看到其默認值為0X0000，在運行后，其數值就會隨著系統(tǒng)的運行而產生改變，最后看到結果值，從而判斷系統(tǒng)是否調試成功。 圖5.4 watch窗口界面圖Fig.5.4 Interface diagram of watch window如圖5.5所示，通過工具欄上的按鈕還可以執(zhí)行單步，跳出循

52、環(huán)等多種方式的執(zhí)行操作，方便設計人員進行調試。 圖5.5調試程序界面圖Fig.5.5 Debug program interface diagram在完成所有的程序編寫和調試后，如果程序已經實現了想要的目標，那么就可以將程序的HEX進一步下載到單片機里面，這樣最終目標就可以得到實現，在目標得到實現之后，最后來對整個系統(tǒng)進行最后的調試。最后軟件在被我們調試了之后在此通過Proteus平臺對其進行仿真測試，圖5.1是系統(tǒng)的仿真效果圖，圖5.2是模擬mou6050異常，此時蜂鳴器報警提醒。圖5.1 仿真測試一 Fig.5.1 Simulation test 1圖5.2仿真測試二Fig.5.2 Sim

53、ulation test 總 結我們必須要保證施工時的安全，因為施工不能出問題，一單它出問題他會影響到生命和財產的安全，而且它還會產生一定的社會影響。本文實現的基于LORA技術遠程報警裝置，可以及時發(fā)現道路的突發(fā)狀況，并及時通知施工人員注意安全，減少事故的發(fā)生。這次通過了LORA技術結構的設計，讓我對他有了更深刻的認識 16。我們將利用單機片作為一個整體當中的最核心和最重要的一個元件，我們主要是通過LORA傳輸模板和MPU6050加速模板來作為整體當中的一個關鍵部分。還有就是我們將LORA作為一個傳輸模塊，它和其他的模塊按相關的按鍵組成。我們在課本中學習到了很多的知識，在本次的設計之中我也將我所學到的知識進行一個轉化，轉化為一個實踐，這也是一個鍛煉我的機會，讓我在設計硬件電路方面的技巧得到了一個提升，我通過學習LORA系統(tǒng)和對系統(tǒng)進行一個深入的了解，充分的了解到了他的精簡之處，我覺得這次的論文編寫，在我在以后的學習生活中也有非常重要的作用。本文結合物聯網的大趨勢，提出了融合LORA技術的，傳感器等技術的遠程報警裝置，如果以后繼續(xù)研究，要從實用性、可靠性、可靠性、可擴展性和控制成本等多個方面出發(fā)進行改善，也要適用于各種環(huán)