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编号：
T1912310M
设计简介：
本设计是基于Lora的园区消防监测及上位机设计，主要实现以下功能：
从机通过温度传感器检测温度
从机通过烟雾传感器检测烟雾值
从机通过可燃气体传感器检测可燃气体值
主机通过Lora模块获取从机采集到的数据，向从机发送报警信息
主机通过按键阈值来判断是否报警
主机通过oled显示获取到的数据
主机通过WiFi模块连接手机，实现远程监控
电源： 5V
传感器：温度传感器（DS18B20）、烟雾传感器（MQ-2）、可燃气体传感器（MQ-7）
显示屏：OLED12864
单片机：STM32F103C8T6
执行器：蜂鸣器
人机交互：独立按键，Lora模块（ATK-LORA-01），WiFi模块（ESP8266）
标签：STM32、OLED12864、DS18B20、MQ-2、MQ-7、ATK-LORA-01、ESP8266
题目扩展：基于Lora的校园环境监测系统、基于zigbee的家庭环境监测系统、基于蓝牙的家庭消防监测系统
基于Lora的园区消防监测及上位机设计可以分为三个主要部分：中控部分、输入部分和输出部分。下面分别对这三部分进行概述：
中控部分概述：
本设计的核心控制器为STM32单片机，它构成了系统的中控部分。STM32单片机负责接收来自输入部分的数据，包括温度、烟雾浓度、可燃性气体浓度等环境参数，以及用户通过按键设置的阈值。单片机内部对这些数据进行处理，判断是否达到报警条件，并据此控制输出部分的动作，如显示数据、发送报警信息或通过WIFI模块实现远程数据传输。
输入部分概述：
- 从机输入：包括MQ-2烟雾传感器、DS18B20温度传感器、MQ-7可燃性气体传感器和供电电路。这些传感器分别用于监测园区的烟雾浓度、环境温度和可燃性气体浓度，供电电路则为从机部分提供稳定的电源。
- 主机输入：由供电电路、LORA模块和独立按键组成。供电电路为主机提供电源，LORA模块用于接收从机传输的数据，独立按键则用于用户交互，如切换显示界面、开关报警功能和设置环境参数的阈值。
输出部分概述：
- 从机输出：主要由LORA模块和蜂鸣器组成。LORA模块负责将从机采集的数据传输给主机，蜂鸣器则在报警条件满足时发出警报声。
- 主机输出：包括OLED显示屏和WIFI模块。OLED显示屏用于实时显示系统名称、温度、烟雾浓度、可燃性气体浓度及用户设置的阈值等信息。WIFI模块则实现了主机与手机APP之间的数据传输，使用户能够远程监控园区的消防状况。
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
首先在AD中根据各个模块画出原理图，然后导出PCB进行连线，最后通过嘉立创进行打板。板子到手之后就是焊接过程，第一部分是电源模块，将电源接口、电源开关、1k电阻、两个电容进行滤波和一个指示灯依次焊接，焊接好之后插入Type-C电源，指示灯点亮，电源模块测试正常。第二部分是显示模块，排母焊接好后，将OLED显示屏插入排母。第三部分是单片机模块，本次课题使用的是STM32F103系列的单片机。第四部分是温度传感器（DS18B20）模块，直接将温度传感器（DS18B20）焊在板子上。第五部分是烟雾传感器（MQ-2）模块，先在板子上焊接4Pin排母，然后将烟雾传感器（MQ-2）模块直接插到板子上。第六部分是可燃气体传感器（MQ-7），先在板子上焊接4Pin排母，然后将可燃气体传感器（MQ-7）模块直接插到板子上。第七部分是独立按键模块，将三个独立按键直接焊在板子上。第八部分为蜂鸣器。第九部分WiFi模块，先将WiFi模块焊在转接板上，然后再将转接板插到排母上。下图5-1为焊接完的整体实物图：
图5-1电路焊接总图
5.2 上电显示测试
如图5-2所示，连接上电源后，OLED屏幕会显示当前园区的温度，湿度和可燃性气体的值。
图5-2上电显示图
5.3 WIFI连接实物测试
如图5-4所示，连接上WIFI后可以在手机端查看温度湿度和烟雾浓度。
图5-4WIFI连接实物图
5.3 设置温度阈值实物测试
如图5-5所示，第一次按下按键一就会进入到设置温度阈值的界面，按键二和按键三可以加减温度阈值。
图5-5设置温度阈值实物图
5.4 设置烟雾阈值实物测试
如图5-6所示，按键操作同上。
图5-6设置烟雾阈值实物图
5.5 设置可燃气体阈值实物测试
如图5-7所示，进入到设置可燃气体阈值的界面后，按键操作同上。
图5-7设置可燃气体阈值实物图
5.6 测试报警功能实物测试
如图5-8所示，当可燃性气体的浓度达到阈值时蜂鸣器就会报警。
图5-8报警功能测试实物图
6 仿真调试
6.1仿真总体设计
仿真设计总体包括32单片机芯片、OLED显示屏、三个按键、温度检测模块、烟雾检测模块、可燃气体检测器、蜂鸣器和模拟蓝牙模块的串口虚拟终端等。
图6-1 仿真设计总图
6.2上电显示仿真测试
如图6-2所示，上电后显示屏会显示当前空气温度，烟雾浓度，可燃气体浓度。
图6-2上电显示测试图
6.3设置温度阈值仿真测试
上电后按下按键一就会进入到设置温度阈值的界面，按键二和按键三可以加减温度阈值。
图6-3设置温度阈值仿真测试图
6.4 设置烟雾阈值仿真测试
如图6-4所示，第三次按下第一个按键后，屏幕显示“设置烟雾阈值”，按第二个按键，烟雾阈值+1；按第三个按键，烟雾阈值-1。
图6-4设置烟雾阈值仿真图
6.5 设置可燃气体阈值仿真测试
如图6-5所示，进入设置可燃气体阈值的界面后，按第二个按键，可燃气体阈值+1；按第三个按键，可燃气体阈值-1。
图6-5设置可燃气体阈值仿真图
6.6WIFI连接查看数据仿真测试
如图6-6所示，单片机上的数据都能实时的发送到手机端。
图6-6连接WIFI查看数据仿真图
设计说明书部分资料如下
设计摘要：
本论文设计了一种基于Lora技术的园区消防监测及上位机系统，旨在通过多种传感器实时监测园区内的温度、烟雾和可燃气体浓度，并通过Lora模块实现数据的无线传输。系统由从机和主机两部分组成，从机负责采集环境数据，主机负责接收数据并进行处理和显示。主机通过按键设置报警阈值，当监测数据超过预设阈值时，系统会通过蜂鸣器发出警报，并通过WiFi模块将数据传输到手机，实现远程监控。本设计不仅提高了园区消防监测的实时性和准确性，还增强了系统的智能化和便捷性，具有广泛的应用前景。
关键词：Lora技术，园区消防监测，温度传感器，烟雾传感器，可燃气体传感器，远程监控
字数：13000+
目录：
摘 要
ABSTRACT
1 引 言
1.1 选题背景及实际意义
随着城市化进程的加快，园区规模不断扩大，消防安全问题日益突出。传统的消防监测系统存在布线复杂、维护成本高、实时性差等问题，难以满足现代园区的需求。基于Lora技术的园区消防监测系统，通过无线通信技术实现数据的实时传输，减少了布线成本和维护难度，提高了监测的实时性和准确性。此外，系统通过WiFi模块实现远程监控，方便管理人员及时了解园区消防状况，采取相应措施，具有重要的实际意义。
1.2 国内外研究现状
在国内外，基于无线通信技术的消防监测系统研究已取得一定进展。国外研究主要集中在Lora、ZigBee等无线通信技术的应用上，如美国某公司开发的基于Lora的智能消防系统，能够实时监测温度、烟雾和可燃气体浓度，并通过云平台实现远程监控。国内研究则更多关注系统的集成和优化，如某高校开发的基于ZigBee的消防监测系统，通过多种传感器实现环境参数的实时监测，并通过上位机进行数据处理和显示。然而，现有研究在系统的稳定性和功耗方面仍存在不足，未来需要进一步优化和改进。
1.3 课题主要内容
2 系统设计方案
本设计采用Lora技术实现园区消防监测及上位机系统。从机通过温度传感器、烟雾传感器和可燃气体传感器采集环境数据，并通过Lora模块将数据传输到主机。主机通过Lora模块接收数据，并通过按键设置报警阈值，当监测数据超过预设阈值时，系统会通过蜂鸣器发出警报。主机还通过OLED显示屏实时显示获取的数据，并通过WiFi模块将数据传输到手机，实现远程监控。系统设计简洁高效，能够满足园区消防监测的实际需求。
2.1 系统整体方案
2.2 单片机的选择
2.3 电源方案的选择
2.4 显示方案的选择
2.5 温度检测方案的选择
2.6 烟雾传感器（MQ-2）的选择
方案1：MQ-2烟雾传感器
方案2：MQ-7一氧化碳传感器
方案3：MQ-135空气质量传感器
最终选择MQ-2烟雾传感器的原因
3系统设计与分析
3.1 整体系统设计分析
本设计基于Lora技术，构建了一个园区消防监测及上位机系统。系统由从机和主机两部分组成。从机通过温度传感器、烟雾传感器和可燃气体传感器实时采集环境数据，并通过Lora模块将数据传输至主机。主机接收数据后，通过按键阈值判断是否触发报警，并通过OLED显示屏实时显示数据。此外，主机通过WiFi模块与手机连接，实现远程监控功能。该系统设计简洁高效，能够有效提升园区消防监测的实时性和可靠性，确保园区安全。
3.2 主控电路设计
3.2.1 STM32F103单片机
3.3 显示模块
3.4 DS18B20检测温度模块
- 基本特性
- 应用领域
- 工作原理
- 通信协议
- 优势与不足
3.5可燃气体传感器（MQ-7）模块
3.6 烟雾传感器（MQ-2）模块
4 系统程序设计
4.1 编程软件介绍
4.2 主机主程序流程设计
4.3 主机按键函数流程设计
4.4 主机显示函数流程设计
4.5 主机处理函数流程设计
4.6 从机主函数流程设计
图4-7 从机主函数流程图
5 实物调试
5.1 电路焊接总图
5.2 上电显示测试
5.3 WIFI连接实物测试
5.3 设置温度阈值实物测试
5.4 设置烟雾阈值实物测试
5.5 设置可燃气体阈值实物测试
5.6 测试报警功能实物测试
6 仿真调试
6.1仿真总体设计
6.2上电显示仿真测试
6.3设置温度阈值仿真测试
6.4 设置烟雾阈值仿真测试
6.5 设置可燃气体阈值仿真测试
6.6WIFI连接查看数据仿真测试
结 论
参考文献
致 谢
