上位机设计的楼宇消防通信与控制系统
摘 要由于现代社会的高速发展，城市中有着越来越多的楼宇，高层楼宇方便快捷，用途广泛，但是随之而来的问题也越来越多，而火灾就是其中最为重要的问题之一。传统的消防网络在越来越多样化的楼宇中显得单板而不完全适用，本文利用现飞速发展的无线传感器网络，就消防通信与控制方面进行上位机硬件相关设计，以设计出一种相对智能化的楼宇消防系统。本设计是基于TI的AM3352的楼宇消防系统上位机，通过信号接收与控制模块从传感器中采集相关信息后，利用无线网络——Smartmesh 网络进行通信，将数据接收到上位机中进行分析和处理，再由上位机通过无线网络发送控制信息到信号接收与控制模块中，用以控制消防联动设施，从而到达楼宇消防系统的智能化。 其中上位机设计内容主要包括以下八个部分：CPU、Memory、RGMII、WSN MODUAL、MINI PCIE SOCKET、UART、SDIO以及SPI，是一个完整的具有无线信息接收与发送功能的单板电脑。而信号接收与控制模块则是利用MSP430F5419作为MCU，这个模块是一个小型单片机，整体结构主要分为三部分，WSN MODUAL、Digital In以及Relay部分。上位机和信号接收与控制模块之间通信主要依赖于WSN MODUAL。
目 录
摘要 I
ABSTRACT II
目 录 III
第1章 绪论 1
第2章 相关知识理论概述 3
2.1 有源以太网POWER OVER ETHERNET 3
2.1.1简介 3
2.1.2工作原理 3
2.1.3基本参数 3
2.2 SMARTMESH 网络 4
2.3 电源管理集成电路POWER MANAGEMENT IC 6
第3章 系统模块设计 8
3.1 楼宇消防系统的整体布局 8
3.2 上位机设计过程 8
3.2.1 CPU选型 9
3.2.2 MEMORY配置 10
3.2.3 以太网端口 11
3.2.4 无线传感器网络 13
3.2.5 MINI PCIE 与串口设计 14
3.2.6 SDIO、S
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
PI设计 18
3.2.7 PCB绘制与硬件调试 18
3.3 信号接收与控制模块 19
3.3.1 无线模块 20
3.3.2 数据采集接口（DIGITAL IN） 20
3.3.3继电器部分设计（ RELAY） 21
3.3.4 PCB绘制与硬件调试 21
第4章 总结 23
致谢 26
参考文献 27
第1章 绪论
水火无情，火灾是指在时空上无法控制的燃烧所带来的财产损失与生命危害，它在各种灾害中，最为常见危害也是最为巨大的主要灾害之一。火的利用是人类文明进步的一个里程碑，它为人类社会带来了光明与温暖。但是，当火灾发生时，就会带来不可估量的灾难。可以说，在人类的文明中，火的利用与火灾是相生相伴的。火灾不但会带来巨大的财产损失，造成心灵创伤，还会直接或间接的造成生命危害。现今社会中，人们不断总结火灾发生的原因，正视火灾，重视火灾，不断寻找预防火灾的方法。
在如今高楼鳞次栉比的现代社会，楼宇消防一直是个比较热门的话题。在2000年3月份，河南省焦作市发生了一起重大的楼宇火灾，造成74人身亡；而2013年吉林省长春市发生了一起重大火灾，造成121人死亡76人受伤。在楼宇中最为主要火灾风险有以下几点：
1、用电设备多：设备漏电、电线短路、用电设备过载、接触不良、过负荷、电弧以及瞬间产生的电火花等，容易产生高温甚至火花；
2、火灾荷载大：楼宇中一般会存在较多的可燃、易燃装修材料、日常生活用品以及办公用品。在这种环境下，如果发生火灾，这些可燃、易燃的材料将会剧烈燃烧，其中塑料制品在燃烧过程中还会释放有毒气体，这会给人员疏散以及火灾扑救工作带来巨大的困难；
3、火势蔓延迅速：楼宇中的火灾之所以会蔓延迅速的原因有三点，第一，是因为没有较好的防火分隔以及隔阻烟火的安全措施。譬如在较低楼层部分的公共部分大多因为功能和空间架构的需求，往往会使用轻质材料来进行分隔，这样会容易造成较大面积的着火空间。第二，在楼宇中房间往往较为封闭，这样在发生火灾时会不容易被及时发现，延误了最佳救火时间。第三，在高层楼宇中往往会有比较多的竖井，这些竖井分布较广，甚至会贯穿整栋楼宇。
4、人员多，流动性大：在楼宇中人口密度较大，而且人员出入频繁，人员的流动性比较大，由于短时间的逗留，人们往往对楼宇内的环境、安全出口以及消防设施等位置不大熟悉，如果火灾发生在夜间时，最容易导致大量人员伤亡。
5、扑救难度大：发生火灾的楼宇一般火势蔓延快，疏散人员难度较高，而在高层楼宇的情况下又会出现供水困难，消防设施受限制等问题，这样楼宇发生火灾时往往扑救难度大，容易造成巨大的损失。
面对这一起起重大的楼宇火灾，看到的不仅仅是火灾带来的巨大的财产损失与人员伤亡，我们更应该思考楼宇消防的重要性，只有防范于未然才能保证人民和财产的安全。
物联网（The Internet of things）是近年以及未来信息技术的关键部分，它是将物与物之间通过无线网络进行连接的一种网络。它是在互联网基础上的一种延拓，它将物体与物体之间相互连接，进行通信，以实现对物体的智能化的一种网络。 随着物联网时代的到来，物联网遍布生活的每一个角落，从智能医院、智能停车到智能家居，物联网为生活带来了巨大的便利。而楼宇消防是否也能利用物联网进行防控呢？本文就楼宇消防系统的上位机进行了设计，在硬件方面实现楼宇消防系统的基本功能，对未来的智能消防系统有一定的参考价值。
第2章 相关知识理论概述
2.1 有源以太网Power Over Ethernet
2.1.1简介
Power Over Ethernet(POE)是有源以太网，指的是在已有的以太网Cat5 基础架构上不做一点修改的基础来为诸如网络摄像头、电话机等这些基于IP的终端除了基本的传输数据功能以外，同时还为他们供电的一种技术。这种技术能够在确保原本的网络信息传输能正常工作以外，还能够最大幅度的降低能耗与生产成本。
Power Over Ethernet也被称为Power over LAN 或者Active Ethernet，是在保持现有的以太网系统和用户兼容性的基础上，利用已有的以太网传输网络在传输数据的同时提供供电功能。而IEEE 802.3af标准就是这种有源以太网Power Over Ethernet在IEEE 802.3标准的基础上加入了通过网路进行供电的新标准，这是对已有的以太网标准的延拓，也是第一个与电源分配相关的国际标准。
在2003年6月，IEEE通过了IEEE 802.3af这个标准，并且对路由器、交换机和集线器等利用网络电缆向基于IP的终端的设备进行数据传输与供电方式进行了明确规定，另外还规定了远程通信系统中的相关电力检验与控制的相关事宜。
随着这个标准的出台，为人们的生活带来了极大的便利，譬如在日常生活中，我们普通的家用固定电话，就因为这个标准的实现，不再需要额外的电源。这样，因为电话线不仅能传输数据，还能供电，所有即使是断电的情况下，固定电话也能正常工作。
2.1.2工作原理
在标准的五类网线中是有4对双绞线的，而在10M BASET与100M BASET中实际用到的只是其中的2对双绞线。在IEEE 802.3af标准中，是应用空闲的双绞线进行供电，两脚接正极，两脚接负极。这样，可以应用数据脚供电的同时，将DC电源直接加到传输变压器的中点，这样数据能够正常传输，而也能实现供电功能。
目 录
摘要 I
ABSTRACT II
目 录 III
第1章 绪论 1
第2章 相关知识理论概述 3
2.1 有源以太网POWER OVER ETHERNET 3
2.1.1简介 3
2.1.2工作原理 3
2.1.3基本参数 3
2.2 SMARTMESH 网络 4
2.3 电源管理集成电路POWER MANAGEMENT IC 6
第3章 系统模块设计 8
3.1 楼宇消防系统的整体布局 8
3.2 上位机设计过程 8
3.2.1 CPU选型 9
3.2.2 MEMORY配置 10
3.2.3 以太网端口 11
3.2.4 无线传感器网络 13
3.2.5 MINI PCIE 与串口设计 14
3.2.6 SDIO、S
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
PI设计 18
3.2.7 PCB绘制与硬件调试 18
3.3 信号接收与控制模块 19
3.3.1 无线模块 20
3.3.2 数据采集接口（DIGITAL IN） 20
3.3.3继电器部分设计（ RELAY） 21
3.3.4 PCB绘制与硬件调试 21
第4章 总结 23
致谢 26
参考文献 27
第1章 绪论
水火无情，火灾是指在时空上无法控制的燃烧所带来的财产损失与生命危害，它在各种灾害中，最为常见危害也是最为巨大的主要灾害之一。火的利用是人类文明进步的一个里程碑，它为人类社会带来了光明与温暖。但是，当火灾发生时，就会带来不可估量的灾难。可以说，在人类的文明中，火的利用与火灾是相生相伴的。火灾不但会带来巨大的财产损失，造成心灵创伤，还会直接或间接的造成生命危害。现今社会中，人们不断总结火灾发生的原因，正视火灾，重视火灾，不断寻找预防火灾的方法。
在如今高楼鳞次栉比的现代社会，楼宇消防一直是个比较热门的话题。在2000年3月份，河南省焦作市发生了一起重大的楼宇火灾，造成74人身亡；而2013年吉林省长春市发生了一起重大火灾，造成121人死亡76人受伤。在楼宇中最为主要火灾风险有以下几点：
1、用电设备多：设备漏电、电线短路、用电设备过载、接触不良、过负荷、电弧以及瞬间产生的电火花等，容易产生高温甚至火花；
2、火灾荷载大：楼宇中一般会存在较多的可燃、易燃装修材料、日常生活用品以及办公用品。在这种环境下，如果发生火灾，这些可燃、易燃的材料将会剧烈燃烧，其中塑料制品在燃烧过程中还会释放有毒气体，这会给人员疏散以及火灾扑救工作带来巨大的困难；
3、火势蔓延迅速：楼宇中的火灾之所以会蔓延迅速的原因有三点，第一，是因为没有较好的防火分隔以及隔阻烟火的安全措施。譬如在较低楼层部分的公共部分大多因为功能和空间架构的需求，往往会使用轻质材料来进行分隔，这样会容易造成较大面积的着火空间。第二，在楼宇中房间往往较为封闭，这样在发生火灾时会不容易被及时发现，延误了最佳救火时间。第三，在高层楼宇中往往会有比较多的竖井，这些竖井分布较广，甚至会贯穿整栋楼宇。
4、人员多，流动性大：在楼宇中人口密度较大，而且人员出入频繁，人员的流动性比较大，由于短时间的逗留，人们往往对楼宇内的环境、安全出口以及消防设施等位置不大熟悉，如果火灾发生在夜间时，最容易导致大量人员伤亡。
5、扑救难度大：发生火灾的楼宇一般火势蔓延快，疏散人员难度较高，而在高层楼宇的情况下又会出现供水困难，消防设施受限制等问题，这样楼宇发生火灾时往往扑救难度大，容易造成巨大的损失。
面对这一起起重大的楼宇火灾，看到的不仅仅是火灾带来的巨大的财产损失与人员伤亡，我们更应该思考楼宇消防的重要性，只有防范于未然才能保证人民和财产的安全。
物联网（The Internet of things）是近年以及未来信息技术的关键部分，它是将物与物之间通过无线网络进行连接的一种网络。它是在互联网基础上的一种延拓，它将物体与物体之间相互连接，进行通信，以实现对物体的智能化的一种网络。 随着物联网时代的到来，物联网遍布生活的每一个角落，从智能医院、智能停车到智能家居，物联网为生活带来了巨大的便利。而楼宇消防是否也能利用物联网进行防控呢？本文就楼宇消防系统的上位机进行了设计，在硬件方面实现楼宇消防系统的基本功能，对未来的智能消防系统有一定的参考价值。
第2章 相关知识理论概述
2.1 有源以太网Power Over Ethernet
2.1.1简介
Power Over Ethernet(POE)是有源以太网，指的是在已有的以太网Cat5 基础架构上不做一点修改的基础来为诸如网络摄像头、电话机等这些基于IP的终端除了基本的传输数据功能以外，同时还为他们供电的一种技术。这种技术能够在确保原本的网络信息传输能正常工作以外，还能够最大幅度的降低能耗与生产成本。
Power Over Ethernet也被称为Power over LAN 或者Active Ethernet，是在保持现有的以太网系统和用户兼容性的基础上，利用已有的以太网传输网络在传输数据的同时提供供电功能。而IEEE 802.3af标准就是这种有源以太网Power Over Ethernet在IEEE 802.3标准的基础上加入了通过网路进行供电的新标准，这是对已有的以太网标准的延拓，也是第一个与电源分配相关的国际标准。
在2003年6月，IEEE通过了IEEE 802.3af这个标准，并且对路由器、交换机和集线器等利用网络电缆向基于IP的终端的设备进行数据传输与供电方式进行了明确规定，另外还规定了远程通信系统中的相关电力检验与控制的相关事宜。
随着这个标准的出台，为人们的生活带来了极大的便利，譬如在日常生活中，我们普通的家用固定电话，就因为这个标准的实现，不再需要额外的电源。这样，因为电话线不仅能传输数据，还能供电，所有即使是断电的情况下，固定电话也能正常工作。
2.1.2工作原理
在标准的五类网线中是有4对双绞线的，而在10M BASET与100M BASET中实际用到的只是其中的2对双绞线。在IEEE 802.3af标准中，是应用空闲的双绞线进行供电，两脚接正极，两脚接负极。这样，可以应用数据脚供电的同时，将DC电源直接加到传输变压器的中点，这样数据能够正常传输，而也能实现供电功能。
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