CN105513255A - 一种基于物联网的火灾监测设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的火灾监测设备，属于火灾报警装置技术领域。该火灾监测设备包括火灾监控终端、协调器、路由器和ZigBee？无线网络节点，每个ZigBee？无线网络节点设置在需要监测的区域内，均包括有第一ZigBee？模块、火灾监测模块和火灾报警模块；所述火灾监测模块包括顺序连接的传感器单元、A/D转换单元和信号放大单元；所述信号放大单元：包括三极管、恒流源电路和电压电流转换电路；所述火灾监控终端包括有第二ZigBee？模块、中央处理模块和消防联动模块。本发明运用ZigBee无线通讯网络，对需要监测的区域内实施24小时实时监控，适用性强。

Description

一种基于物联网的火灾监测设备

技术领域

本发明涉及一种基于物联网的火灾监测设备，属于火灾报警装置技术领域。

背景技术

火灾不仅给人类的经济建设造成巨大损失，破坏生态环境，而且还会威胁到人类生命财产安全。最初对火灾的监测主要采用人工巡查方式进行信息采集，该方法具有效率低，可靠性差，响应速度不及时，以及人工成本高等缺点。随着社会的进步及信息技术的发展，各种火灾监测自动报警设备应运而生。

申请号为201310563140.5，申请日为2013年11月14日的发明专利申请公开了一种基于物联网的火灾报警系统，该发明包括传感系统、GPS定位器、多个火灾监测器、数据平台采集服务器和监控中心，所述传感系统的输出端与所述火灾监测器的输入端连接，所述火灾监测器与所述数据平台采集服务器通过互联网连接，所述数据平台采集服务器与所述监控中心连接，多个所述火灾监测器上对应设置有电子标签，所述GPS定位器的输出端与所述火灾监测器的输入端连接，所述传感系统包括烟雾传感器、有害气体传感器和温度传感器，该发明通过在易燃易爆区域进行实时监测的方式，出现灾情时，能第一时间了解到灾情的情况，方便消防人员进行合理的安排和调度。

申请号为201510104862.3，申请日为2015年3月11日的发明专利申请公开了一种基于物联网的智能火灾监测报警系统，包括主控单元、上位机、摄像头、火灾传感器、蜂鸣器模块和GSM短信模块，摄像头与主控单元连接，火灾传感器通过检测单元与主控单元连接，主控单元与上位机通过RS232总线连接，主控单元还与时间单元、报警单元和显示单元连接，报警单元与蜂鸣器模块和GSM短信模块连接。该发明通过火灾传感器和摄像头检测现场的火灾隐情，并通过GSM通信技术将现场检测的火情信息以图片和文字的方式无线发送到用户手机，或者上传到远程监控计算机，实现了将现场火灾相关检测信息与互联网互联互通。其设计合理、结构简单、成本较低、性能可靠、操作简便、智能化程度高。

现有的物联网火灾监测报警设备其智能化程度不高、监测准确度低、错报误报率高，并不能很好的为人们服务。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于物联网的的火灾监测设备，运用ZigBee无线通讯网络，对需要监测的区域内实施24小时实时监控，适用性强。

本发明为解决其技术问题采用如下技术方案：

一种基于物联网的火灾监测设备，包括火灾监控终端、协调器、路由器和ZigBee无线网络节点，每个路由器连接有n个ZigBee无线网络节点，m个路由器通过协调器与火灾监控终端相连接，n和m为大于1的自然数；每个ZigBee无线网络节点设置在需要监测的区域内，均包括有第一ZigBee模块、火灾监测模块和火灾报警模块，所述的火灾监测模块和火灾报警模块分别与第一ZigBee模块相连接；所述火灾监测模块包括顺序连接的传感器单元、A/D转换单元和信号放大单元；所述火灾监控终端包括有第二ZigBee模块、中央处理模块和消防联动模块，所述的中央处理模块和消防联动模块分别与第二ZigBee模块连接；所述ZigBee模块的输出端通过天线收发器与天线相连接，所述天线与所述的路由器进行无线通讯；

所述信号放大单元：包括三极管、恒流源电路和电压电流转换电路，其中，所述恒流源电路的输出端、电压电流转换电路的输入端均与三极管的集电极相连，三极管的基极和发射极分别与A/D转换单元的输出端连接，并作为信号放大单元的同相输入端和反相输入端，电压电流转换电路的输出端与第一ZigBee模块连接。

作为本发明的一种优选技术方案：所述ZigBee模块为CC2530模块。

作为本发明的一种优选技术方案：所述协调器采用TI公司的CC2530芯片。

作为本发明的一种优选技术方案：所述传感器单元为烟雾传感器。

作为本发明的一种优选技术方案：所述火灾报警模块为消防警铃。

本发明所述一种基于物联网的的火灾监测设备，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

（1）本发明运用ZigBee无线通讯网络，对需要监测的区域内实施24小时实时监控，适用性强。本系统功耗低、使用方便、扩展性高，有利于加快火灾监测系统的信息化、智能化进程。

（2）本发明的火灾监测设备，监测准确度高，最大程度的减少火灾的发生。

（3）本发明中设置有火灾报警模块和消防联动模块，一旦火灾发生，火灾报警模块可通知火灾现场的人员及时逃生，消防联动模块也能及时通知消防人员前来灭火救援，将损失降低到最低程度。

（4）本发明的信号放大单元，可以克服传统信号放大电路因为输入输出阻抗而引起信号失真的问题。

（5）本发明的信号放大单元用恒流源电路代替负载电阻进行电压放大，既解决了失真问题又简化了电路，提高了可靠性稳定性。

附图说明

图1为本发明的基于物联网的火灾监测设备原理图。

图2为本发明信号放大单元的原理图。

具体实施方式

下面对本发明创造做进一步详细说明。

一种基于物联网的火灾监测设备如图1所示，包括火灾监控终端、协调器、路由器和ZigBee无线网络节点，每个路由器连接有n个ZigBee无线网络节点，m个路由器通过协调器与火灾监控终端相连接，n和m为大于1的自然数；每个ZigBee无线网络节点设置在需要监测的区域内，均包括有第一ZigBee模块、火灾监测模块和火灾报警模块，所述的火灾监测模块和火灾报警模块分别与第一ZigBee模块相连接；所述火灾监测模块包括顺序连接的传感器单元、A/D转换单元和信号放大单元；所述火灾监控终端包括有第二ZigBee模块、中央处理模块和消防联动模块，所述的中央处理模块和消防联动模块分别与第二ZigBee模块连接；所述ZigBee模块的输出端通过天线收发器与天线相连接，所述天线与所述的路由器进行无线通讯；

所述信号放大单元如图2所示：包括三极管、恒流源电路和电压电流转换电路，其中，所述恒流源电路的输出端、电压电流转换电路的输入端均与三极管的集电极相连，三极管的基极和发射极分别与A/D转换单元的输出端连接，并作为信号放大单元的同相输入端和反相输入端，电压电流转换电路的输出端与第一ZigBee模块连接。

作为本发明的一种优选技术方案：所述ZigBee模块为CC2530模块。

作为本发明的一种优选技术方案：所述协调器采用TI公司的CC2530芯片。

作为本发明的一种优选技术方案：所述传感器单元为烟雾传感器。

作为本发明的一种优选技术方案：所述火灾报警模块为消防警铃。

本发明运用ZigBee无线通讯网络，对需要监测的区域内实施24小时实时监控，适用性强。本系统功耗低、使用方便、扩展性高，有利于加快火灾监测系统的信息化、智能化进程。ZigBee是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。ZigBee数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。ZigBee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，在整个网络范围内，每一个ZigBee网络数传模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。

Zigbee是一种崭新的,专注于低功耗、低成本、低复杂度、低速率的近程无线网络通信技术。也是嵌入式应用的一个大热点。低功耗在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6--24个月，甚至更长。这是Zigbee的突出优势。相比较，蓝牙能工作数周、WiFi可工作数小时。短时延Zigbee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms，节点连接进入网络只需30ms，进一步节省了电能。相比较，蓝牙需要3--10s、WiFi需要3s。高容量Zigbee可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最多可组成65000个节点的大网。

本发明的信号放大单元，可以克服传统信号放大电路因为输入输出阻抗而引起信号失真的问题。传统结构的放大电路，需要电流产生较大变化，才会引起电压产生较大变化，实现放大功能；若电流变化较小，则放大功能不明显甚至不放大，且由于输出电流的变化会影响到输入信号，致使传统放大电路的失真度较高。由于三极管的BE结之间存在阻抗，控制三极管集电极电流变化会影响BE结之间的电压降，使得输入信号的原始信息形态发生改变，导致失真难以消除。

本发明采用了恒流源电路代替负载电阻进行电压放大，恒流源的动态阻抗几乎无穷大，基本无需电流驱动的电压电流转换电路的输入阻抗也几乎无穷大。根据U=IR的公式，一点儿微小的电流变化，都会导致电压发生一个明显的变化，从而实现电压的放大，放大效果明显。同时，由于恒流源本身电流变化趋近于零，三极管T基射所需控制电流变化趋近于零，三极管的BE结之间的动态电压变化趋近于零，隔离了放大电路输出电流对输入信号的影响，从而使得放大电路的失真趋近于零。因此信号放大单元用恒流源电路代替负载电阻进行电压放大，既解决了失真问题又简化了电路，且提高了可靠性稳定性。

本发明的传感器单元为烟雾传感器。烟雾传感器就是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范的，烟雾报警器内部采用离子式烟雾传感，离子式烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各种消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。它在内外电离室里面有放射源镅241，电离产生的正、负离子，在电场的作用下各自向正负电极移动。在正常的情况下，内外电离室的电流、电压都是稳定的。一旦有烟雾窜逃外电离室。干扰了带电粒子的正常运动，电流，电压就会有所改变，破坏了内外电离室之间的平衡，于是无线发射器发出无线报警信号，通知远方的接收主机，将报警信息传递出去。烟雾传感器广泛应用在城市安防、小区、工厂、公司、学校、家庭、别墅、仓库、资源、石油、化工、燃气输配等众多领域。

烟雾传感器主要有离子式烟雾传感器和气敏式烟雾传感器。气敏传感器是一种检测特定气体的传感器。它将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号，根据这些电信号的强弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信息，从而可以进行检测、监控、报警；还可以通过接口电路与计算机组成自动检测、控制和报警系统。它主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等，其中用的最多的是半导体气敏传感器。离子烟雾报警器对微小的烟雾粒子的感应要灵敏一些，对各种烟能均衡响应；而前向式光电烟雾报警器对稍大的烟雾粒子的感应较灵敏，对灰烟、黑烟响应差些。当发生熊熊大火时，空气中烟雾的微小粒子较多，而闷烧的时候，空气中稍大的烟雾粒子会多一些。如果火灾发生后，产生了大量的烟雾的微小粒子，离子烟雾报警器会比光电烟雾报警器先报警。这两种烟雾报警器时间间隔不大，但是这类火灾的蔓延极快，此类场所建议安装离子烟雾报警器较好。另一类闷烧火灾发生后，产生了大量的稍大的烟雾粒子，光电烟雾报警器会比离子烟雾报警器先报警，这类场所建议安装光电烟雾报警器。

上面对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (6)

1.一种基于物联网的火灾监测设备，包括火灾监控终端、协调器、m个路由器，每个路由器连接有n个ZigBee无线网络节点，m个路由器通过协调器与火灾监控终端相连接，n和m为大于1的自然数；每个ZigBee无线网络节点设置在需要监测的区域内，均包括有第一ZigBee模块、火灾监测模块和火灾报警模块，所述的火灾监测模块和火灾报警模块分别与第一ZigBee模块相连接；所述火灾监测模块包括顺序连接的传感器单元、A/D转换单元和信号放大单元；所述火灾监控终端包括有第二ZigBee模块、中央处理模块和消防联动模块，所述的中央处理模块和消防联动模块分别与第二ZigBee模块连接；所述第二ZigBee模块的输出端通过天线收发器与天线相连接，所述天线与各路由器进行无线通讯；

其特征在于，所述信号放大单元包括三极管、恒流源电路和电压电流转换电路，其中，所述恒流源电路的输出端、电压电流转换电路的输入端均与三极管的集电极相连，三极管的基极和发射极分别与A/D转换单元的输出端连接，并分别作为信号放大单元的同相输入端和反相输入端，电压电流转换电路的输出端与第一ZigBee模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的火灾监测设备，其特征在于，所述第一ZigBee模块为CC2530模块。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的火灾监测设备，其特征在于，所述协调器采用TI公司的CC2530芯片。

4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的火灾监测设备，其特征在于，所述传感器单元为烟雾传感器。

5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的火灾监测设备，其特征在于，所述火灾报警模块为消防警铃。

6.根据权利要求1所述的一种基于物联网的火灾监测设备，其特征在于，所述消防联动模块包括气泵按键单元和水泵按键单元。