某高校LoRa无感烟火灾探测报警器组网应用方案

一 、需求简介

清华大学占地约 3.5 平方公里，共有大约 625 栋建筑，需要对其中的平方结构包括地下室进行感烟探测器的全部覆盖，通过手机 APP, PC 以及相应的管理系统实现实时的火灾监测管理。

二、方案简介

LoRa 无线型独立式感烟火灾探测报警系统通过无线物联网、云计算等技术，实现对校区内所有消防区域的全覆盖监控。该系统通过物联网技术，采集前端感知设备的探测信息，并将该探测信息实时回传到数据中心，通过云计算、数据储存、数据分析，实现火警的报警以及推送，可以及时的发现和通报火灾，以便采取有效措施控制和扑灭火灾，避免和减少火灾危害，保护人民生命财产安全，降低火灾风险.
 

2.1 LoRa  技术介绍：

LoRa 是基于一种基于 数字扩频的通信技术，通过 扩频因子，将数据流分散在更多的频率码片中实现进行传输，再通过 FEC( 前向纠错），数据白化等无线编码技术，从而可以实现再极低的功耗下达到极远的通信距离。此外 LoRa 终端工作在 Sub-GHz 的频段从而使其具有非常强的穿透能力。因此 LoRa 的这些技术特点非常适合于低成本大规模的物联网部署。

几种主流的物联网通信技术对比

由表格中可以看出,Lora 技术在功耗，通信距离、电池寿命方面具有明显的优势。

2.2 无线网络结构

网络采用星型复用结构，该结构具有简单可靠，冗余度高等特点。烟雾传感器(以下简称传感器)只和网关之间进行通信，且工作在 CLAAS-A 状态，只有在有事件发生时，才会激活并且发送数据。在可以通过布置多个网关从而形成有效
的冗余结构。

2.3  无线安全

传感器工作在跳频模式，可以随机选择信道。数据采用 AES128 位加密配合增量计数器，具有极高的数据安全性。
 

三 、系统架构

基于 LoRa 采集技术的智慧消防报警系统由烟雾报警器、燃气报警器、网关设备、赛特威尔 LoRa 网络服务平台、云服务器、客户端等组成。本系统及时探测火灾并发出警报，提醒现场人员迅速报警并疏散逃生。火警信息同步发送到消防物联网云平台 ，由云平台同步推送通知到物业管理员、消防网格员、监护人员和个人用户的手机上。本系统具有技术成熟、安装方便、维护简单、成本低廉、效果明显等特点。

四、系统功能

1、 火警、故障感知：通过前端火灾探测感知设备的监测和自动巡检，及时发现火灾和设备故障。
2、 火警、故障报警：当火警报警或故障发生时，云平台推送报警信息。
3、报警受理：监控中心提供 24 小时报警受理服务，第一时间通过电话、短信或手机微信通知业主单位、消防部门、维保公司响应和处理。

4、数据分析：云平台运用大数据分析技术，实现消防分析图表的直观展示、消
防火灾故障的本质挖掘和消防发展态势的准确研判。
5、烟雾报警器只有在需要时才发送数据，平时处于休眠状态；
6、烟雾报警器和基站/网关的通讯采用发送应答机制，烟雾报警器支持载波侦听；
7、基站/网关可以通过 4G、以太网等上传数据到云端；
8、每个基站/网关最多可支持 5000 个节点；
10、AES 数据采用加密；
11、网络具备跳频能力，调频方案可由基站/网关自动选择；
12、智能报警：火警报警发生以后，在火警受理平台显示，报警后第一时间给联
网单位推送消息。
12、部署方便：无线感烟报警器、无线可燃气体探测器等前端感知等设备，采用LoRa 无线传输技术，安装施工简易。

五 、无线覆盖 评估 以及电池寿命

下表是烟雾报警器和基站/网关之间所能达到的最高链路性能，通常情况下一层楼的衰减在 10-20db 之间（跟墙体的厚度，钢筋的分布密度有关），那么按照计算，系统可穿透楼层数在 8 到 16 层之间。在实际使用中，因为电磁波反射以及多径衰减的存在，以及基站/网关和烟雾报警器等的安装位置的不同，会有差异。根据经验，通常对于平方需要每 0.8 平方公里布置 2-3 个网关，对于楼层需要每 8-10 层楼布置 2-3 个集中器，链路预算以及评估如下图所示：

电池寿命预测

现在假定使用 9V/1200mAH 一次性锂电池，一天一次报警，每次发射时间 10 秒，接收 10 秒。那么：平均电流 IV=5+10*95/24*3600+10*15/24*3600=17.6uA。那么一个 1200mA 电池理论可用 7 年，实际需要*0.6,可以保证 4 年的使用寿命。