基于华为LiteOS和NB-IoT的智慧楼宇消防系统
该项目是一个基于华为LiteOS的智慧楼宇消防系统，主要技术包含传感器，LiteOS, NB-IoT, 2G, 华为云等。基于小熊派智慧烟感案例进行开发。
该项目是一个基于华为LiteOS和NB-IoT的智慧楼宇消防系统，主要技术包含传感器，LiteOS, NB-IoT, 2G, 华为云等。基于小熊派智慧烟感案例进行开发。
目录
一、总体功能设计
本设备是一个室内环境下的智慧楼宇消防系统，需要及时报警，并且满足可联网，低功耗和低流量的需求。因此设计的该设备的总体功能如下：
1. 环境感知，对环境的烟雾浓度，火焰发生情况进行实时监控，并上传至华为云平台。
2. 设备报警，当烟雾浓度过高，或者发生火焰，启动语音报警，电话报警，短信报警，云平台报警等多种方式告知业主和相关人员。
3. 设备低功耗，芯片采用低功耗STM32L431RC芯片，通信模组也采用低功耗的NB-IoT模组。其他模组在没有报警发生时处于待机状态。
4. 云平台实时数据，依托于华为云，NB-IoT模组会将数据实时传输到云平台。
5. 疏散指挥，当火灾发生时，设备会自动拨打电话给相关人员，与现场人员进行电话联系，及时进行群众疏散。
6. 低流量开销，设备每两秒上传一次数据，24小时流量消耗仅1.5MB，资费便宜。
7. 手动报警，测试/维护键，可通过手动按下按键触发报警，此功能可用于对设备的测试和每年的检查维护。
8. 报警解除，假如因为室内吸烟而发生误报，可按下解除报警按键停止报警。
9. 具有防止尖锐物品划伤，防止误触的外壳设计。
该智慧消防的整体流程：设备实时采集数据，显示到显示屏并上传到华为云。当采集的数据检测到火灾发生，触发设备和云端报警，设备执行灭火。只有设备检测到环境火灾解除或者手动取消，报警才会解除。
二、总体架构设计
物联网三层架构每层的设计如下：
1. 感知层：主要由烟雾传感器，火焰传感器感知环境进行数据采集，并在LCD显示屏上显示。STM32L431控制执行器（继电器），通信模组（NB-IoT模组BC35-G, GSM模组SIM800C），报警端(语音模块JQ8900，LED)执行对应的功能。
2. 网络层：主要负责烟雾数值、报警状态值数据的上传（BC35-G）和拨打电话（SIM800C）。
3. 应用层：华为云负责平台数据包解析，实时显示数据并推送报警信息（短信报警和华为云平台报警）。
三、总体实现
1. 硬件设计部分
智慧楼宇消防系统整体的硬件架构包含MCU，感知，控制，执行，通信五类模块：
1. 芯片
采用STM32L431RC芯片，该芯片是一款超低功耗的MCU，具有256KB的flash内存，同时频率最高80MHZ, 因此可以搭载一些比较轻量级的操作系统。本设计在此芯片上搭载了华为LiteOS操作系统。此芯片串口丰富，包含一个低功耗串口和三个普通串口。
2. 感知
传感器包含烟雾传感器和火焰传感器。其中烟感负责感知烟雾浓度。火焰传感器感知是否有火焰产生。当感知到火焰，引脚电平拉高，没有感知到火焰，引脚电平保持低电平。
3. 控制
手动报警按键。将按键设置为外部中断，当按键按下时，模拟火灾发生。用来进行设备测试和维护。同时也可以用作手动报警按键。当由于室内吸烟等发生误报，则可以按下停止报警按钮。另外还有一个复位按键，当设备发生故障时可以对整个设备（通信模块和单片机）复位。
4. 执行
执行部分包括继电器，led灯，语音报警提醒和LCD显示屏。当火灾发生时，报警灯亮起，继电器闭合，水闸通过继电器控制进行喷水。同时语音播报火灾发生。LCD实时显示烟雾浓度值和报警状态。
5. 通信
采用的通信方式有GSM和NB-IoT。NB-IoT每隔两秒上传一次烟雾浓度值和火焰状态数据给华为云。当火灾发生时，通过GSM拨打相关人员电话，相关人员可以现场通过电话了解现场信息，并且指导群众有序撤离。
2. PCB设计部分
本次毕业设计共设计两版PCB。第一代产品通过使用小熊派开发板+自主设计拓展板的方式实现。第二代产品实现完整产品PCB的绘制。
第一代产品的拓展版PCB采用2层板的PCB设计。将各个模块通过使用排针和排母的方式安在拓展版上。实现对原有小熊派开发板的DIY开发。
第二代采用 10×10cm 的四层PCB板进行设计。将语音模块和2G通信模块距离拉大，加入磁珠和滤波电容，使得抗信号干扰，更稳定。
3. 软件设计部分
1. 操作系统
该操作系统是华为的 LiteOS。LiteOS是一种即时操作系统，它支持多任务。在 LiteOS中，任务分配策略是以优先权为基础的抢先调度，而在优先级相同的情况下，使用时间片轮换的方法。在高优先权的工作被堵塞或者被终止之后，才安排低优先权的工作。操作系统能够自动地帮助设计人员完成任务间的转换与通讯，减少了系统的开发时间，使设计人员能够更好地完成任务的功能。
2. 云服务：华为云IOTDA服务
本毕业设计使用了华为云的设备接入IOTDA服务，可以通过设备唯一的IMEI号将NB-IoT设备接入到华为云中。华为云提供了较为方便的可视化通信数据包的编解码。并提供了在线调试以及界面开发等功能。还可以设置规则，当某个变量值变化或者大于特定值则触发规则，平台进行报警推送。
4. 外壳设计部分
在《消防应急照明和疏散指示系统标准》中要求外壳防护等级不应低于IP30，因此本设备的IP防护等级为IP30即可。考虑到该设备为室内使用，所以没有特别严格要求设备防水，也只需要最基础的防水即可，保证垂直落下的水滴不会对设备造成损坏。同时，由于本设备包含烟雾检测，因此需要将传感器暴露在空气中因此不必做严格的防尘设计。因此设计的外壳只需要防止小固体进入即可。考虑本设备成本和重量，外壳打算采用树脂材料，不仅轻便低廉，也满足运输和贮存过程中的磕碰要求，保护内部电路和传感器等元件。
5. 电源功耗设计部分
由于本设备要求24小时供电，因此必须要求设备的功耗尽可能降低，即做到节能。
本毕业设计尽可能在传感器，通信模组，处理器，执行器等各个硬件考虑设备的低功耗。在价格低廉的前提下，尽量采用低功耗硬件和低功耗休眠机制。从硬件选材和软件实现上都尽可能满足低功耗要求。
6. 设备成本部分
本文在设计时，综合考虑性价比高，价格低廉的传感器，并且在尽可能不影响设备功能的情况下尽可能减少成本。本设备个人小规模测试研发时成本大约在140元左右。每年10元流量费用。本设备若考虑商用，华为云支持企业认证后享有电话语音服务。因此可以在设备上设计规则联动，当设备报警后华为云会负责拨打电话给户主。因此商用后可以将设备的2G模块移除。仅保留NB-IoT通信即可，降低了成本。此时设备成本大约110元左右。
四、本人与该项目相关的项目/代码下载地址(记得点个赞呦)：
1.立创硬件开源平台： 智慧楼宇消防系统 - 嘉立创EDA开源硬件平台
2.Gitee项目和代码:
- Smoke.zip是完整的项目代码。（VScode为1.52.1版本，使用IoT link插件, 小熊派开发板）
- oc_smoke_template.c是核心代码。（包含了项目的核心任务，包含数据采集显示和任务。数据上传任务，命令下发任务，报警任务。以及完整的设计逻辑）
- Intelligent-Building-Fire-Protection-System.pdf是项目文档。
- 其他文件为相关硬件参考资料。
https://gitee.com/hyydf/Intelligent-Building-Fire-Protection-System3.GitHub项目和代码同Gitee
五、参考资料
- 参考了华为liteOS开源社区的帖子,社区链接：基于LiteOS的多任务串行通信和LCD显示程序Demo_Huawei LiteOS_IoT物联网_华为云论坛
- 小熊派开发板全套资料获取： 小熊派开发板全套资料获取_小熊派_IoT物联网_华为云论坛
- 小熊派IoT开发板系列教程合集：小熊派IoT开发板系列教程合集_小熊派_IoT物联网_华为云论坛
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