论文总字数：18176字

摘 要

在近几年里，全国每年依旧会发生数十万起火灾事故，造成巨大的财产损失以及人员伤亡。在火灾发生的过程中，高温以及有毒气体会对被困群众以及消防员的生命健康造成巨大威胁，与此同时，火场中的人员位置信息以及周边的环境信息也无法获取，加剧了救援的难度。然而，随着无线传感网络技术的不断发展，它为我们提供了解决火场信息缺失问题的方法，因此，在这篇文章里，我们将初步探寻UWB技术在智慧消防中的应用,使用qt作为上位机程序的框架，stm32作为微处理器，从而设计出一款能读取位置信息以及温度信息并且辅助消防员进行救援的程序。

关键词：超宽带 无线传感器网络 智慧消防 QT

The Design of Safety Equipment for the Firefighter Based on the Embedded Technology

Abstract

Recent years have witnessed the hundred thousands fire disasters in China, which results in the huge damage of property loss and casualties. During a fire disaster, the extreme high temperature coupled with the toxic gases will render great threat to the health of trapped people and firefighters . At the same time, the lack of position of human stuck in the fire event as well as environmental information aggravates the difficulty of the rescue. However, with the rapid development of Wireless Sensor Network(WSN), it may offer the opportunity to solve the problem of the situational unawareness. Thus, in this article, we will explore the potential use of UWB in smart firefighting and also use the QT as the framework for the software as well as the STM32 as microcontroller. Thus, a software design was finished to detect the position and temperature information and act an auxiliary equipment to help the firefighter.

Key words：UWB; WSN; Smart Firefighting; QT

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1选题背景 1

1.2选题目的与意义 1

1.3国内外研究综述 2

第二章 关键技术及硬件部分 6

2.1室内定位及UWB技术 6

2.2嵌入式技术 9

2.3 硬件部分 11

第三章 单片机的软件设计部分 13

3.1 标签节点 13

3.2基站节点 15

第四章 上位机的软件实现 18

4.1 qt简介 18

4.2软件部分分析 19

第五章 实验验证与分析 23

第六章 总结反思与展望 26

参考文献 27

致 谢 29

第一章 绪论

1.1选题背景

火灾事故一直是威胁人民幸福的隐患，火灾不仅会造成巨大的财产损失，更会造成人员伤亡。以2018年为例，2018年一共接受了火灾事故23.7万起，造成1407人的死亡、798人的受伤、直接财产损失更是高达36.75亿元。与2017年相比，火灾起数下降了15.8%，死亡人数上升了0.9%，受伤人数下降了9.6%，直接财产损失上升了1.8%。[1]消防员作为消防事故救援的主要力量，在工作中极易受到身体和心理的创伤，甚至付出宝贵的生命。由于经济条件的限制，我国消防员的救援保障装置一直落后于发达国家。救援保障装置的水平和消防员的伤亡率是有直接关系的。

而我们正处于大数据，互联网高速发展的时代，性能不断提高的传感器以及日趋完善的无线传输协议为安全监测以及火灾监测救援等方面提供了新的方向思路与手段。因此，本次毕业设计的主要研究在于初步探索无线传感网络如何应用于消防领域，为日后的研究打下基础。

1.2选题目的与意义

本课题的主要研究内容是基于嵌入式系统，短距离无线通信技术，无线传感器网络等，设计出一个消防员救援系统。整个系统由三个基站和一个移动标签组成，执行了定位以及消防现场环境参数的获取等功能，给消防员在火场救援时，提供可靠的信息交流平台以及精神支持。整个系统中，以无线传感器为基础的网络系统可以实时的测量并显示位置，环境温度等状态信息，并将数据传输给主机，在主机上进行更进一步的操作。

本课题“基于嵌入式系统的消防员救援保障装置设计”的研究意义如下：学习和利用一个无线传感器网络系统，适应当前国内外智慧消防的研究现状，同时又能结合起已经学过的火灾动力学，建筑防火等课程的知识并加以灵活地运用。本课题使用uwb通信技术，真正做到了无线化，智能化，快速化，精确化的测量与定位，体现了当今无线传感器网络技术的先进性，并同时能解决在当今火场救援中暴露出了如下两个主要的问题： 1，地点，状态，及消防员的行为信息的缺失 2，当前火势及未来火情的发展的不可预测性。消防员在进入火场救援后，能获取到的信息非常有限，而火场中状态复杂，环境险恶;如果能让消防员获取到一定的火场内部的信息，对于火灾的救援以及消防员自身的保护是非常有意义的。本次课题的研究能够进一步体现无线传感器网络在消防应急救援中的应用与作用，为了能够给予消防员更多的火场信息，开发一套消防员定位及环境监测系统是非常有意义的，使用无线传感器网络及短距离无线通信技术不仅能实现精确定位，环境参数的采集，而且能更有效地进行资源配置（系统体积较小，成本较低等）。

火灾监测手段与工具的发展对于消防员的帮助是巨大的，然而在硬件，实施，费用及适用性等方面依旧存在着问题与挑战，最近几年无线传感网络（Wireless Sensor Network）技术的发展,BIM与可视化处理手段的兴起，大数据时代的到来对于获取火场所需要的环境数据，状态等信息相比于过往要更加容易。为了探索应用于火灾场景的新的信息传播手段，这篇论文基于新兴的超宽带技术，设计出一款用于消防员定位及获取环境参数的简易可携带设备，并编写了相应的上位机程序。

1.3国内外研究综述

智慧消防（smart firefighting）是以移动端计算、智能模块化识别、智能方式处理、模拟与仿真等现代信息通信技术为基础,结合数字地理信息,与移动定位系统、数字通信技术和计算机软件平台, 为城市消防火灾防控、应急指挥、部队管理提供帮助。[2]

智慧消防的兴起，得益于无线传感网络的蓬勃发展，无线传感网络（Wireless Sensor Network）[3]是通过多个嵌入式系统进行组网，并能够实现环境数据获取，交流，处理以及自动控制等功能的技术。

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