01硬件方案设计

北京中科精图信息技术有限公司

硬件方案设计

受控状态：受控

文件编号：ZKJT-WLWZX-JS-01

版本号/修订号：A/0

项目名称：建筑安全监测通用采集终端

项目编号：ZKT-GS

文件名称：建筑安全监测通用采集终端硬件方案设计

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目录

目录 (2)

一、引言 (2)

二、系统硬件设计 (2)

2.1需求规定 (3)

2.2功能要求 (3)

2.3性能指标 (3)

2.4开发环境 (3)

2.5设计思想 (3)

2.6质量目标 (4)

三、硬件模块划分 (4)

3.1系统结构框图 (4)

3.2功能描述 (5)

3.3接口设计 (5)

3.4可靠性、安全性、电磁兼容性设计 (5)

3.5电源设计 (5)

3.6测试设计 (5)

一、引言

伴随着经济的发展，全国各地房地产市场欣欣向荣的发展。而建筑工程建设的背后也隐藏着了不小的安全隐患。为了建筑施工完成后更加的安全，更合理的维护各项设施，有效的控制管理各个工程项目，优化人力物力，为此开发了一套基于建筑安全监测通用采集终端。

二、系统硬件设计

2.1需求规定

设备连接振弦式渗压传感器、振弦式裂缝传感器，测斜传感器等常见的建筑安全类传感器。并配合相应的传感器解码模块，准确的反映当前建筑环境的真实情况。将有效的数据信息保存到终端设备并通过LORA传输至网关。

2.2功能要求

建筑安全监测通用采集终端实时采集建筑工程上各种安全数据，通过广域通讯、互联网、大数据处理等多项技术，打造从感知层到应用层两者之间完整的物联网无线通讯解决方案。网络系统连接成功后，设备以设定的时间间隔，或者相关的触发机制往服务器及终端设备上传数据，完成建筑安全监测的自动化管理体系。

2.3性能指标

1.供电电压：9 ~ 15V；

2.额定功率：2W

3.尺寸：115x90 x55(mm)；

4.配套LORA工作频段：433M；

5.配套网关LORA接收灵敏度：< -138dBm；

6.工作环境：-20 ~ 65℃；

2.4开发环境

项目采用ST公司的Cortex-M0的MCU。集成开发环境为Keil UV5；仿真下载工具采用J-link V8。原理图和PCB采用PADS-VX进行设计。在安装有Window 7系统中安装Keil UV5、J-link V8和PADS-VX软件。

2.5设计思想

根据设计要求，选择性价比比较高的ST Cortex-M0作为主控MCU；使用LoRa作为低功耗广域网。外部连接传感器通过传感器解码模块解算后，通过LORA传输到网关。再由网关通过

GRPS传输至平台。

2.6质量目标

建筑安全监测通用采集终端系统严格按照工业级要求进行设计,使用LoRa作为低功耗广域网（LPWAN）通信，抗干扰能力更强，通讯距离更远，天线均采用433专用天线，保证信号良好。优化电路设计，保证系统的低功耗。

三、硬件模块划分

3.1系统结构框图

建筑安全监测通用采集终端系统结构框图如下：

图2 系统方框图

3.2功能描述

设备主要用于更好的监测管理建筑工程上各类重要安全信息，根据终端提供的信号提前做好相应的防护措施。设备可接入各种建筑安全类传感器，如裂缝、测斜、渗压传感器。设备安装成功后将通过LORA建立的广域网将数据上传至带有GPRS网络连接的网关，网关再将数据传送到指定的管理中心服务器，建立通信网络。连接服务器成功后，设备以设定的时间间隔或其它触发方式往服务器及本地扩展接口上报位置数据。

3.3接口设计

建筑安全监测通用采集终端包含；电源输入接口、AD输入接口、VWS输入/出接口、LORA 天线接口.

3.4可靠性、安全性、电磁兼容性设计

建筑安全监测通用采集终端安装在汽车内部，在电路中有增加GDT、自恢复保险丝、保险丝、TVS二极管、稳压二极管和肖特基二极管对整个板子进行全方位保护，避免因雷击、过压、过流、短路、静电以及正负极反接等问题导致电路板损坏。布局布线严格按照EMC、EMI要求，安全间距按照安规要求保证硬件板的可靠性以及电磁兼容要求。

3.5电源设计

设备采用汽车电池供电为宽电压输入，可支持9 ~ 15V电压输入。设备内部MCU,EEPROM,LORA模块采用3.3V供电;

3.6测试设计

建筑安全监测通用采集终端功耗测试包括睡眠电流和待机电流测试和功能测试以及委托第三方性能测试。另外整个系统功能测试。测试工具主要是PC电脑、万用表、示波器和电源；委托第三方测试主要是环境测试、性能测试和电磁兼容等测试。