（1）微控制單元

在對電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)進行硬件設(shè)計的過程中，主要的內(nèi)容包括微控制單元、信號采集通路、通信接口以及無線通信電路，這些硬件設(shè)備設(shè)計的主要目標(biāo)就是保證數(shù)據(jù)信號能夠被準(zhǔn)確的采集，及時的傳遞給電氣火災(zāi)監(jiān)控的主系統(tǒng)，以此降低電氣火災(zāi)出現(xiàn)的概率和電氣火災(zāi)出現(xiàn)后對生產(chǎn)和生活造成的消極影響。在設(shè)計電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的微控制單元時，主要選擇的是基于ARMCortex-M 內(nèi)核的 32 位微控制器，其內(nèi)部的系統(tǒng)儲存器規(guī)格是 64KB，具有的優(yōu)勢是高速運行內(nèi)存，能夠?qū)崿F(xiàn)快速傳遞數(shù)據(jù)信息的目標(biāo)，同時還能夠存儲一定的預(yù)警信息。該芯片工作的電壓是 2～6V，能夠在 85℃以下進行工作，因此這種芯片對工作環(huán)境的要求較低、功耗小、運算速度快，同時因為其結(jié)構(gòu)簡單所以芯片的穩(wěn)定性較高。設(shè)計人員能夠使用這種微控制單元來按照實際生活和工作的需求設(shè)置不同的控制模式，進而滿足探測電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)多樣化工作的要求。但是這種微控制單元的應(yīng)用也有一定的缺點，那就是不能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的長時間保存，因此在使用這種微控制單元進行數(shù)據(jù)收集和傳輸?shù)倪^程中，技術(shù)人員能夠在微控制單元周圍設(shè)置一定的信息儲存單元，這樣能夠更好地發(fā)揮數(shù)據(jù)異常監(jiān)控和電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)運行的積極作用。在設(shè)置的信息存儲單元中，應(yīng)該設(shè)置定期清理數(shù)據(jù)的工作模式，這樣能有效延長信息存儲單元的使用壽命，通常設(shè)置三個月或者半年清理即可。

（2）信號采集電路

信號采集電路主要內(nèi)容有信號采樣回路、預(yù)算放大器、基準(zhǔn)電源、電壓跟隨器以及信號濾波電路等。不同的電路工作模式和工作目標(biāo)都是不同的。例如測溫采樣回路電路的主要工作模式就是能夠通過電路設(shè)計來對內(nèi)部線路的運行溫度進行測量，通過這種方式來將相關(guān)溫度數(shù)據(jù)傳遞給微控制單元，進而提高微控制單元對溫度的控制和預(yù)警力度。而電流傳感器主要的工作模式是對出現(xiàn)短路或者是漏電電流的大小進行及時監(jiān)測，將監(jiān)測的數(shù)據(jù)傳遞給信號采集電路，進而將異常數(shù)據(jù)快速傳遞給主控制單元，實現(xiàn)及時的預(yù)警目標(biāo)。具體的工作模式就是通過分壓電阻、開關(guān)管和溫度傳感器先形成采樣回路，然后電壓跟隨器落實緩沖級以及隔離級，這樣一方面能夠?qū)崿F(xiàn)高輸入電阻、低輸出電阻的目標(biāo)，同時能夠讓前后級之間的電路互不影響，同時還能夠降低采集溫度信號的電壓干擾力度，對保證溫度信號采集和傳遞的準(zhǔn)確性具有積極影響。在采集數(shù)據(jù)的過程中微控制單元通過控制開關(guān)管導(dǎo)通，在溫度傳感器上產(chǎn)生的電壓信號直接進入濾波電路，經(jīng)過降低干擾以及放大之后將信號接入微控制單元進行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)對溫度的充分監(jiān)控。信號采集電路的工作原理就是在將信息技術(shù)進行收集之后，結(jié)合預(yù)定的工作模式對數(shù)據(jù)進行篩選，對于異常數(shù)據(jù)使用放大方式來進行傳輸，同時在傳輸?shù)倪^程中要降低其他外界因素對放大信號的干擾，保證微控制單元接收到數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確性和可靠性。這樣能充分發(fā)揮數(shù)據(jù)的應(yīng)用優(yōu)勢，同時還能降低數(shù)據(jù)在采集過程中占用的計算空間，提高微控制單元的控制質(zhì)量和效率。除了應(yīng)用測溫式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器，在設(shè)計系統(tǒng)的過程中，技術(shù)人員還能夠使用電弧式電子火災(zāi)監(jiān)控探測器。使用這種探測器能夠避免電弧能量導(dǎo)致的可燃物火災(zāi)出現(xiàn)，對于電弧進行全面的監(jiān)控。在使用該探測器的過程中，技術(shù)人員能夠?qū)⑦@種探測器配備在配電線路的末端，這樣能有效提高電弧出現(xiàn)的監(jiān)測，從而降低火災(zāi)事故的出現(xiàn)概率，對電弧的出現(xiàn)進行監(jiān)控。目前來看，我國現(xiàn)有的電弧式電氣火災(zāi)探測器應(yīng)用質(zhì)量和水平較低，不能充分滿足多數(shù)建筑物的火災(zāi)預(yù)防要求。因此選擇電弧式電氣火災(zāi)探測器時能夠引進國際先進的檢測方法和探測器，通過這種方式來提高電弧檢測的質(zhì)量，強化輔助監(jiān)控，進而保證電弧式電氣火災(zāi)監(jiān)控探測器能夠有效運行。

（3）通信接口

經(jīng)過微控制單元處理之后的數(shù)據(jù)信息會通過通信接口傳遞給無線通信設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳輸，在設(shè)計通信接口的過程中應(yīng)該注意設(shè)計無線通信設(shè)備和微控制單元之間的連接，注意設(shè)計匹配阻抗功能的設(shè)計，這樣能夠有效減少和消除數(shù)據(jù)信息在傳輸過程中出現(xiàn)的信號反射。例如引腳能夠設(shè)置為復(fù)位引腳，通過這種方式來初始化參數(shù)，保證低電平有效。同時要設(shè)置良好的同步串行接口，這樣能夠充分保證無線通信設(shè)備和微控制單元之間的數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量和效率。在對通信接口進行設(shè)計的過程中，主要是由片式電阻陣列以及無線通信和控制單元之間的連接部分組成。因此通信接口的應(yīng)用不僅僅是進行數(shù)據(jù)的傳輸，同時還具有消除外界影響因素對數(shù)據(jù)不良影響的作用。片式電阻陣列的使用能夠有效減少高頻信號反射，同時能夠降低傳輸數(shù)據(jù)的失真，較好地實現(xiàn)微控制單元和無線通信電路之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪繕?biāo)。

（4）無線通信

電路無線通信電路的設(shè)計能夠分為發(fā)射電路和接收電路兩種。在電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計中，電氣火災(zāi)探測器和監(jiān)控主系統(tǒng)之間的通信使用基于 LoRa 的無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。相較于有線通信電路，無線通信電路對數(shù)據(jù)傳輸?shù)男砸蟾撸驗闊o線數(shù)據(jù)傳輸過程中受到不良因素影響的程度較大，一旦在數(shù)據(jù)傳輸中出現(xiàn)消極影響，既有可能會導(dǎo)致值班人員對設(shè)備工作狀態(tài)進行誤判，*終增加電氣火災(zāi)的出現(xiàn)概率，同時對值班人員的工作質(zhì)量也會起到不良影響。在選擇數(shù)據(jù)收發(fā)器時應(yīng)該重視集成度、低功耗以及多頻段，這樣既能夠?qū)崿F(xiàn)超遠距離的通信目標(biāo)，同時也能夠降低通信過程中受到的外來干擾，從而保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量和效率。其中晶振電路能夠為系統(tǒng)提供時間信號，通過雙重匹配回路的形式來組成收發(fā)電路，進而切實提高無線通信抗干擾能力以及穩(wěn)定可靠性。在發(fā)射電路進行設(shè)計的過程中，數(shù)據(jù)要經(jīng)過濾波處理從而實現(xiàn)降低外部高頻信號對數(shù)據(jù)傳輸干擾的目標(biāo)，降低信噪比。C28 和 L8 形成了串聯(lián)諧振電路，而另外的電阻形成兩組并聯(lián)諧振電路，所以在信息傳遞和傳輸?shù)倪^程中能夠根據(jù)不同的通信頻率來調(diào)整內(nèi)部電子元件的參數(shù)，這樣能夠保證數(shù)據(jù)發(fā)送實現(xiàn)*佳狀態(tài)。在對接收電路進行設(shè)計的過程中，應(yīng)該重視對通信頻率外信號的過濾功能設(shè)計，在工作的過程中將輸入端的無線信號轉(zhuǎn)化為聲信號在介質(zhì)表面進行傳輸，而輸出端能夠通過將這種聲信號轉(zhuǎn)換為無線信號進行接收和傳遞。在設(shè)計過程中能夠使用 SX1278 發(fā)射芯片，這種發(fā)射芯片的優(yōu)點是集成度高、功耗低、頻段多，既能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離的戶數(shù)傳輸任務(wù)，同時抗干擾的能力又比較強，能夠使用多種不同頻段進行數(shù)據(jù)傳輸。此外這種發(fā)射芯片的靈敏度較高，能夠滿足絕大多數(shù)電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)運行和數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆Ｔ谑褂眠@種芯片的過程中，應(yīng)該重視芯片的配套設(shè)備應(yīng)用，保證芯片的供電穩(wěn)定，從而保證芯片能夠在實際運行的過程中充分發(fā)揮積極作用，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目垢蓴_能力和穩(wěn)定性。

四、電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部軟件設(shè)計措施

（1）數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計

數(shù)據(jù)采集軟件的設(shè)計目標(biāo)就是實現(xiàn)硬件設(shè)備對數(shù)據(jù)的采集，現(xiàn)階段能夠應(yīng)用在數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計中的程序語言相對較多，例如 C 語言、Java 語言和爬蟲語言，通常情況下使用 C 語言能夠更好的滿足電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計的相關(guān)要求。在電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)運行的過程中，數(shù)據(jù)采集軟件能夠影響的設(shè)備主要有溫度傳感器、電流傳感器以及電氣火災(zāi)探測器，通過傳感器來對相關(guān)數(shù)據(jù)和信號進行充分的采集，同時數(shù)據(jù)采集軟件應(yīng)該具有良好的數(shù)據(jù)存儲功能。在通電之后，軟件應(yīng)該先進行初始化操作，將相關(guān)數(shù)據(jù)和參數(shù)調(diào)整到*佳的數(shù)據(jù)采集狀態(tài)，比如微型控制單元的工作復(fù)位以及探測器的工作復(fù)位，同時對屏幕進行清屏操作。在初始化完成之后針對各種傳感器發(fā)送啟動命令，在傳感器將相關(guān)數(shù)據(jù)進行采集之后和探測器內(nèi)部設(shè)定的預(yù)警數(shù)值進行比對，如果沒有超過相關(guān)閾值，那么重復(fù)采集數(shù)據(jù)和比對的工作，如果超過閾值，應(yīng)該進行報警并且顯示當(dāng)時的數(shù)值，將相關(guān)數(shù)據(jù)進行上傳。在數(shù)據(jù)上傳的過程中，能夠在數(shù)據(jù)上傳時使用數(shù)據(jù)捆綁的形式進行發(fā)送，這樣能顯著減低數(shù)據(jù)的傳輸量，同時對接受和使用數(shù)據(jù)具有十分積極的意義。在整體軟件設(shè)計的過程中，應(yīng)該保證軟件能夠?qū)ΡO(jiān)測到的電流信息準(zhǔn)確性。除了能夠從硬件設(shè)施角度入手，技術(shù)人員還能夠在軟件層面設(shè)置數(shù)據(jù)檢測，在對同一時間發(fā)送過來的數(shù)據(jù)包進行至少三次檢查，通過這種方式能有效的提高軟件工作報警的準(zhǔn)確性，對于降低電氣火災(zāi)檢測系統(tǒng)工作失誤能夠起到積極作用，同時對提高電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用質(zhì)量也能起到重要的意義。

（2）數(shù)據(jù)傳輸軟件設(shè)計

數(shù)據(jù)傳輸軟件設(shè)計中應(yīng)該為數(shù)據(jù)傳輸軟件設(shè)置喚醒、休眠、正常三種工作模式。其中休眠對應(yīng)的是數(shù)據(jù)采集軟件開始工作前的模式，喚醒和正常是相關(guān)數(shù)據(jù)信息超過預(yù)設(shè)閾值時的工作模式。通過在軟件中寄存的相關(guān)指令來選擇對應(yīng)的工作模式，數(shù)據(jù)傳輸軟件在工作時應(yīng)該對定時器以及系統(tǒng)時間等內(nèi)容進行初始化，保證數(shù)據(jù)傳輸軟件能夠和數(shù)據(jù)采集軟件工作步調(diào)一致。在寄存工作參數(shù)中選擇對應(yīng)的工作模式后進行工作，將數(shù)據(jù)進行無線發(fā)送，在每次發(fā)送成功之后進入休眠期等待下次命令，這樣還能顯著降低功耗。數(shù)據(jù)傳輸軟件的設(shè)計目標(biāo)主要有三點，分別是數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量、數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣纫约皵?shù)據(jù)傳輸之后數(shù)據(jù)的應(yīng)用。在對數(shù)據(jù)傳輸軟件設(shè)計的過程中，除了能夠通過寄存器的設(shè)置來保證數(shù)據(jù)傳輸軟件的應(yīng)用質(zhì)量之外，為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量能夠通過逆變反應(yīng)在數(shù)據(jù)傳輸軟件兩端設(shè)置數(shù)據(jù)加密解密或者是捆綁以及分包的工作模式，這樣一方面能顯著提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院透哔|(zhì)量，另一方面能夠切實提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣龋瑢τ跐M足數(shù)據(jù)傳輸目標(biāo)能夠起到積極的作用。此外，在數(shù)據(jù)傳輸軟件工作的過程中，可能會存在工作模式和數(shù)據(jù)采集工作模式不相符的問題，因此應(yīng)該設(shè)置良好的軟件自啟動工作模式，在發(fā)現(xiàn)不相符時及時重啟，通過這種方式能有效提高數(shù)據(jù)傳輸軟件和數(shù)據(jù)采集軟件的匹配程度，保證整體電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定高質(zhì)量運行。

（3）監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計

*后就是設(shè)計人員應(yīng)該對監(jiān)控軟件和主系統(tǒng)進行良好的設(shè)計，既能夠通過自定義的通信協(xié)議采用 LoRa技來實現(xiàn)收發(fā)數(shù)據(jù)，同時也能夠直接采用 LoRa 技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和傳遞。例如監(jiān)控主機能夠使用模塊化設(shè)計來保證報警以及故障信息能夠在監(jiān)視屏幕中進行實時的顯示。在人機交互界面應(yīng)該采用觸摸屏，這樣能夠提高值班人員和監(jiān)控系統(tǒng)的交互性，實現(xiàn)良好的設(shè)置、進入以及退出等功能。此外，設(shè)計人員還能夠設(shè)置便攜式的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，一旦在系統(tǒng)運行的過程中發(fā)現(xiàn)監(jiān)控的參數(shù)超過閾值時，能夠及時在工作人員的信息終端中進行報警，這樣也能夠發(fā)揮出電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的積極作用。監(jiān)控主系統(tǒng)除了具備報警信息監(jiān)督和傳輸以及報警功能，還應(yīng)該具備良好的檢驗功能，通過歷史數(shù)據(jù)記錄來對報警閾值進行一定的調(diào)整，保證報警閾值能夠在合理的區(qū)間內(nèi)，這樣也能夠有效的提高系統(tǒng)對電氣火災(zāi)出現(xiàn)的預(yù)見性，從而切實提高電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的工作質(zhì)量和效率。因為大數(shù)據(jù)的技術(shù)難以實現(xiàn)在電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置，因此應(yīng)該將大數(shù)據(jù)技術(shù)設(shè)置在主監(jiān)控系統(tǒng)或者值班人員的便攜式管理設(shè)備中，通過大數(shù)據(jù)技術(shù)來對出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)部位的數(shù)據(jù)進行規(guī)模的數(shù)據(jù)分析和計算，例如在電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)某位置出現(xiàn)溫度過熱的情況，經(jīng)過大數(shù)據(jù)計算和分析之后發(fā)現(xiàn)這個位置出現(xiàn)溫度過熱情況次數(shù)較高，說明傳統(tǒng)的電氣線路已經(jīng)不能夠滿足安全使用的要求。然后，大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠?qū)⒎治鼋Y(jié)構(gòu)及時傳遞給值班管理人員，值班管理人員經(jīng)過對該部位的檢查之后對該部位的電氣線路進行更換，這樣能顯著降低電氣火災(zāi)現(xiàn)象的出現(xiàn)概率，同時對提高電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用質(zhì)量和效率能夠起到積極的推動作用。

（4）無線通信

電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計注意事項首先應(yīng)該避免監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用對居民的正常生活造成消極影響。因此技術(shù)人員在設(shè)計無線通信電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的過程中應(yīng)該將整體的火災(zāi)預(yù)警報警系統(tǒng)作為獨立的子系統(tǒng)，這樣還能夠?qū)崿F(xiàn)降低無線通信傳輸信號干擾因素的目標(biāo)。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)所發(fā)出的電子信號只能代表電氣系統(tǒng)中可能存在的隱患，不能夠直接判斷電氣火災(zāi)的發(fā)生，因此電氣監(jiān)控系統(tǒng)在設(shè)計的過程中應(yīng)該結(jié)合電氣火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，這樣既能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)警目標(biāo)，同時能夠幫助值班人員或者是居民正確處理火災(zāi)情況，提高火災(zāi)預(yù)防工作的質(zhì)量和效率。電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在報警時需要保證電源的穩(wěn)定，不然可能會因為誤觸導(dǎo)致居民生活受到影響，因此需要保證無線通信以及電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。其次就是在設(shè)計無線通信電氣活在監(jiān)控系統(tǒng)的過程中，應(yīng)該重視提高保護裝置的合理應(yīng)用。為了保證無線通信設(shè)備能夠在火災(zāi)情況以及預(yù)警情況中發(fā)揮積極的作用，應(yīng)該對無線通信裝置進行保護，也就是要對無線通信接口、微控制單元以及數(shù)據(jù)傳輸模塊進行充分的保護，在其外部設(shè)置絕緣防水防火的材料，這樣無線通信功能即便是遇到極端情況也能夠正常使用，不僅能夠有效的提高電氣火災(zāi)的預(yù)警質(zhì)量和效率，同時還能夠切實提高無線通信的穩(wěn)定性，對于降低信號傳輸過程中的影響因素也能起到積極作用。*后就是要設(shè)置良好的應(yīng)急處理軟件功能，這種軟件主要就是應(yīng)用在無線通信設(shè)備或者是微控制單元出現(xiàn)故障的情況下，保證軟件以及硬件設(shè)備能及時重啟，需要該軟件實現(xiàn)切斷傳感器和相關(guān)設(shè)備之間的通信連接，以此降低重啟后設(shè)備出現(xiàn)異常或者是誤差的現(xiàn)象。結(jié)合以上注意事項能有效的提高電氣火災(zāi)系統(tǒng)的應(yīng)用質(zhì)量，對提高建筑物使用體驗以及保證居民健康安全和保證居民正常的生活節(jié)奏能夠起到極為積極的作用。

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