CN102044124A

CN102044124A - 一种基于物联网的消防智能控制系统及方法

Info

Publication number: CN102044124A
Application number: CN 201010594095
Authority: CN
Inventors: 李小兵; 王靖
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2011-05-04

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的消防智能控制系统及方法。该系统包括现场报警设备、现场控制器和中控室子控制系统，中控室子控制系统与现场控制器通信连接，该系统还包括内置有ZigBee模块且与现场报警设备和中控室子控制系统通过通信链路连接的外置式电子标签；现场控制器包括内嵌式电子标签，内嵌式电子标签内置有Zigbee模块；外置式电子标签和内嵌式电子标签通过Zigbee网通信。上述基于物联网的消防智能控制方法包括智能感知方法和智能联动方法。本发明利用物联网和ZigBee技术，使系统通过消防现场报警设备和现场控制器间的相互感知能力、自组网网络和专用消防协议，实现消防设备间的智能控制和联动功能。

Description

一种基于物联网的消防智能控制系统及方法

技术领域

本发明涉及一种消防智能控制系统及方法，尤其涉及一种基于物联网的消防智能控制系统及方法。

背景技术

物联网是指将各种信息传感设备，如射频识别装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络，将沟通从任何时间任何地点任何人之间的沟通连接扩展到人与物和物与物之间的沟通连接，被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。

ZigBee是IEEE 802.15.4协议的代名词。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。其PHY层和MAC层协议为IEEE802.15.4协议标准，网络层由ZigBee技术联盟制定，应用层的开发应用根据用户的应用需求对其进行开发利用。

目前，各类消防控制系统多采用集中控制方式，监控中心的集中控制系统发送控制命令，通过现场总线传送命令，终端控制器解析命令后控制终端设备动作。中国专利CN 101593399A公开了一种基于GPRS和ZigBee传感器网络的火灾监控系统，该系统由局域监控网和监控中心计算机组成；其中局域监控网中包括多个子局域监控网，子局域监控网中的无线通信节点通过GPRS网络与监控中心计算机连接；子局域监控网中的多个无线传感器节点与无线通信节点连接组成星形拓扑结构的ZigBee传感器网络。上述发明可以随时地获得无线传感器节点所在地的险情，但同时也存在一些问题：其各个终端控制器只执行来自监控中心的命令，相互之间无直接的信息交互，并且由于所有的控制策略是由监控中心发出，当监控中心系统或通信网络故障时极易导致系统瘫痪。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种基于物联网的消防智能控制系统及方法，利用物联网和ZigBee技术，使系统中的各个终端不仅可以执行来自监控中心的命令，还可以相互沟通，它通过消防现场报警设备、现场控制器和被保护设备间的相互感知能力、自组网网络和专用消防协议，实现消防设备间的智能控制和联动功能。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于物联网的消防智能控制系统，包括现场报警设备、现场控制器和中控室子控制系统，所述中控室子控制系统与所述现场控制器通信连接，该系统还包括内置有ZigBee模块且与所述现场报警设备和所述中控室子控制系统通过通信链路连接的外置式电子标签，所述外置式电子标签用于收集所述现场报警设备的工作状态和报警信息；所述现场控制器包括内嵌式电子标签，所述内嵌式电子标签内置有Zigbee模块；所述外置式电子标签和所述内嵌式电子标签通过Zigbee网通信。

上述消防智能控制系统，优选的，所述外置式电子标签、所述现场控制器和所述中控室子控制系统通过CAN总线组成现场监控网络。

上述消防智能控制系统，优选的，所述外置式电子标签通过Zigbee网与其周边的现场控制器进行信息交互，所述现场控制器和所述中控室子控制系统通过CAN总线或以太网组成现场监控网络。

上述消防智能控制系统，优选的，所述外置式电子标签、所述现场控制器和所述中控室子控制系统通过Zigbee网组成无线的现场监控网络。

上述消防智能控制系统，优选的，所述中控室子控制系统由图像识别装置和集中监控装置组成，所述图像识别装置和所述集中监控装置通过通信链路连接。

为实现上述发明目的，本发明还提出了一种基于物联网的消防智能控制系统的智能感知方法，该方法包括以下步骤：

a. 将所有内嵌式电子标签和外置电子标签都作为ZigBee网的网络节点，由第一个接入ZigBee网的网络节点作为网络协调器，发起网络，其它网络节点作为路由器节点，ZigBee网采用网状结构；

b. 当所述内嵌式电子标签和所述外置式电子标签上电工作时，作为网络协调器的网络节点广播信标请求信息，已入网的节点收到此信息后向该节点发送各自的信标帧，新节点选择与信标中标识允许连接的网络节点建立连接；

c. 在每个内嵌式电子标签和每个外置式电子标签中设立伙伴表，通过与所有连接节点交换各自对应的现场报警设备和相应的消防设备的基本信息，确定位置和设备类型满足要求的邻近节点为伙伴节点，并将该节点信息加入伙伴表中；

d. 确立伙伴关系的现场报警设备和现场控制器通过由内嵌式电子标签和外置式电子标签构成的ZigBee网实时地自主地交换基本信息、工作状态和报警信息。

上述消防智能控制系统的智能感知方法，包括位置信息在内的设备基本信息在安装现场通过手持式设备向所述外置式电子标签写入，或者通过监控网络从所述中控室子控制系统查询。

为实现上述发明目的，本发明又提出了一种基于物联网的消防智能控制系统的智能联动方法，该方法包括以下步骤：

a. 所述现场报警设备检测到报警信息或者所述现场控制器接受到来自所述中控室子控制系统的报警信息后，与所述现场报警设备连接的所述外置式电子标签和位于现场控制器内的内嵌式电子标签从伙伴表中查询需联动控制的伙伴节点，并通过ZigBee网将报警信息传送给该节点；

b. 接受到报警信息的伙伴节点从其伙伴表中查询需联动控制的其它伙伴节点，并通过ZigBee网将报警信息传送给该节点；

c. 报警节点不断向协作伙伴节点发出火灾点的坐标信息，伙伴节点根据相互间的坐标位置关系，进行坐标平移以计算出俯仰角和水平转角，对消防设备进行控制，协同灭火。

上述的消防智能控制系统的智能联动方法，伙伴节点协作时采用“位置优先”原则，即当某一节点在为伙伴协助灭火时，有一位置更接近的伙伴节点提出协作请求，则停止当前协作，转而为邻近伙伴协作灭火。

上述的消防智能控制系统的智能联动方法，当所述中控室子控制系统给所述更接近的伙伴节点发布控制命令时，该伙伴节点最优先执行所述中控室子控制系统的命令。

相对于现有技术，本发明利用物联网和ZigBee技术，使系统中的各个终端不仅可以执行来自监控中心即中控室子控制系统的命令，还可以通过ZigBee网络相互沟通，该系统通过消防现场报警设备、被保护设备等外部设备和现场控制器间的相互感知能力、自组网网络和专用消防协议，实现消防设备间的智能控制和联动功能，从而简化了中控室系统的控制策略，避免了由于中控室子控制系统故障造成系统瘫痪。另外，系统组网方便，可根据消防现场实际要求组成有线或无线网络。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为本发明消防智能系统示意图；

图2为本发明基于物联网的消防智能系统结构框图；

图3为本发明实施例1的消防智能系统结构框图；

图4为本发明实施例2的消防智能系统结构框图；

图5为本发明实施例3的消防智能系统结构框图；

图6为本发明基于物联网的消防智能控制系统智能感知方法的流程图；

图7为本发明基于物联网的消防智能控制系统智能联动方法的流程图。

图中：

1-中控室子控制系统，11-火灾图像识别系统，12-集中监控系统，

2-现场控制器，

31-内嵌式电子标签，32-外置式电子标签，

6-ZigBee网，

7-火灾图像探测器，

8-现场报警设备，

9-消防设备。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明基于物联网的智能消防控制系统包括现场报警设备8、现场控制器2和中控室子控制系统1，所述中控室子控制系统1与所述现场控制器2通信连接，该系统还包括内置有ZigBee模块且与所述现场报警设备8和所述中控室子控制系统1通过通信链路连接的外置式电子标签32，所述外置式电子标签32用于收集所述现场报警设备8的工作状态和报警信息；所述现场控制器2包括内嵌式电子标签31，所述内嵌式电子标签31内置有Zigbee模块；所述外置式电子标签32和所述内嵌式电子标签31通过Zigbee网通信。通过电子标签现场报警设备8自动感知其周边的其它现场报警设备8，并建立起基于ZigBee的自组网络和用于协作的伙伴表，以及进行相关的位置关联。当火警发生时，现场报警设备8根据伙伴表自动通知相关消防设备9，被通知的消防设备9根据伙伴表和报警信息自动通知其它相关消防设备，从而实现对火警的智能联动。

具体地，基于物联网的智能消防控制系统的现场监控网络组成方式如下：

首先，外置式电子标签32通过CAN或RS-485或I/O接口与现场报警设备8进行信息交互，收集现场报警设备8的工作状态和报警信息；

其次，外置式电子标签32、现场控制器2和中控室子控制系统1之间可采用以下三种方式组网：

a. 外置式电子标签32、现场控制器2和中控室子控制系统1通过CAN总线组成现场监控网络；

b. 外置式电子标签32通过ZigBee网与其周边的现场控制器2进行信息交互，现场控制器2和中控室子控制系统1通过CAN或以太网组成现场监控网络；

c. 外置式电子标签32、现场控制器2和中控室子控制系统1通过ZigBee网组成无线的现场监控网络。

本发明中，电子标签包括外置式电子标签32和内嵌式电子标签31，均采用ZigBee技术实现，电子标签在消防场合识别距离可达200米以上。每个电子标签具有唯一的设备编码，并存储该设备的基本信息、工作状态和报警信息。所有电子标签组成一个ZigBee网，消防现场设备间通过ZigBee网实现双向通信。通过由外置式电子标签32和内嵌式电子标签31构成的ZigBee网，消防现场报警设备8和现场控制器2间实时地自主地交换基本信息、工作状态和报警信息。

外置式电子标签32由微处理器模块、ZigBee模块、I/O模块、CAN/RS-485模块和电源模块组成，安装在现场报警设备8和被保护设备上。外置式电子标签通过I/O接口和RS-485总线获取现场报警设备8的工作状态和报警信息，通过CAN总线网从中控室子控制系统1中查询现场报警设备8的基本信息。

内嵌式电子标签31由ZigBee模块组成，它是现场控制器2的组成模块之一。

现场控制器2硬件平台由ZigBee模块（内嵌式电子标签31）、CAN模块、以太网模块、微处理器模块、输入模块、输出驱动模块和电源模块组成，软件平台采用嵌入式操作系统实现。现场控制器2通过输出驱动模块控制消防现场的消防设备9如消防阀或消防炮等动作；通过CAN总线或以太网从中控室子控制系统1中查询现场控制器2的基本信息；通过内嵌式电子标签31与消防现场报警设备8以及其它现场控制器2实时地自主地交换基本信息、工作状态和报警信息。

中控室子控制系统1由火灾图像识别系统11和集中监控系统12两部分组成。火灾图像识别装置11接收来自于各个火灾图像监测器7的图像数据，进行火灾图像识别。当发生火灾时发出报警信号给报警点的现场控制器2，进行灭火；也可发出报警信号给集中监控装置12，再由集中监控装置12发出控制命令给报警点的现场控制器2。集中监控系统12硬件由主控制器、人机界面、网络通讯接口、报警指示、远程控制和联动控制等模块组成，由它实现远程监测和控制，软件系统采用组态软件实现。集中控制系统12作为物联网的服务器提供现场联网设备的基本信息查询服务和通过网络服务提供基于互联网的远程监测和信息查询服务，并通过中控室子控制系统1的操作台提供人机交互平台和远程控制功能。

进一步地，基于物联网的智能消防控制系统通过基于ZigBee的电子标签实现了现场消防设备间的智能感知功能，实现方法如下：

a. 将所有内嵌式电子标签31和外置电子标签32都作为ZigBee网的网络节点，由第一个接入ZigBee网的网络节点作为网络协调器，发起网络，其它网络节点作为路由器节点，ZigBee网采用网状结构；

b. 当所述内嵌式电子标签31和所述外置式电子标签32上电工作时，作为网络协调器的网络节点广播信标请求信息，已入网的节点收到此信息后向该节点发送各自的信标帧，新节点选择与信标中标识允许连接的网络节点建立连接；

c. 在每个内嵌式电子标签31和每个外置式电子标签32中设立伙伴表，通过与所有连接节点交换各自对应的现场报警设备8和相应的消防设备9的基本信息，确定位置和设备类型满足要求的邻近节点为伙伴节点，并将该节点信息加入伙伴表中；

d. 确立伙伴关系的现场报警设备8和现场控制器2通过由内嵌式电子标签31和外置式电子标签32构成的ZigBee网实时地自主地交换基本信息、工作状态和报警信息。

上述消防智能控制系统的智能感知方法，包括位置信息在内的设备基本信息在安装现场通过手持式设备向所述外置式电子标签32写入，或者通过监控网络从所述中控室子控制系统1查询。

更进一步地，基于物联网的智能消防控制系统通过基于ZigBee的电子标签实现了现场消防设备间的智能联动功能，实现方法如下：

a. 所述现场报警设备8检测到报警信息或者所述现场控制器2接受到来自所述中控室子控制系统1的报警信息后，与所述现场报警设备8连接的所述外置式电子标签32和位于现场控制器2内的内嵌式电子标签31从伙伴表中查询需联动控制的伙伴节点，并通过ZigBee网将报警信息传送给该节点；

在此联动过程中，各个设备节点根据报警信息和自身的控制策略自动决定是否参与联动控制，中控室子控制系统1只是一个监控节点，并未参与控制决策。

上述的消防智能控制系统的智能联动方法，伙伴节点协作时采用“位置优先”原则，即当某一节点在为伙伴协助灭火时，有一位置更接近的伙伴节点提出协作请求，则停止当前协作，转而为邻近伙伴协作灭火。当所述中控室子控制系统1给所述更接近的伙伴节点发布控制命令时，该伙伴节点最优先执行所述中控室子控制系统1的命令。

下面通过三个具体实施例对本发明进行详细说明：

实施例1

如图3所示，在本实施例中，基于物联网的智能消防控制系统由火灾图像识别装置11、集中监控装置12、内置有内嵌式电子标签31的现场控制器2和与现场报警设备8连接的外置式电子标签32等组成，通过火灾图像探测器7采集被保护现场图像，并通过视频同轴电缆将采集的被保护现场图像传输到火灾图像识别装置11进行实时并行处理。火灾图像识别装置11接收来自于各个火灾图像监测点的图像数据，进行火灾图像识别。火灾图像识别装置11将火灾报警信号通过CAN总线传送到集中监控装置12和与报警点相关的现场控制器2，集中监控装置12通过人机界面和报警指示模块进行声光报警，并进行消防联动控。现场控制器内2部包含内嵌式电子标签31，内嵌式电子标签31和外置式电子标签32组成ZigBee网6。现场控制器2通过 ZigBee网6通知伙伴表中的周边现场控制器进行消防协作。

在本实施例中，外置式电子标签32通过RS-485与现场报警设备8进行信息交互，收集现场报警信息，通过 ZigBee网6传送给周边的现场控制器2，并通过CAN总线传送至集中监控系统。

在本实施例中，现场控制器2和外置式电子标签32的工作状态和报警信息通过CAN总线传送至集中监控装置12，集中监控装置12通过CAN总线发送手动操作命令，远程控制各个现场控制器2。

实施例2

如图4所示，在本实施例中，基于物联网的智能消防控制系统由火灾图像识别装置11、集中监控装置12、现场控制器2和外置式电子标签32等组成，通过火灾图像探测器7采集被保护现场图像，并通过视频同轴电缆将采集的被保护现场图像传输到火灾图像识别装置11进行实时并行处理。处理过程与实施例1相同，不同之处在于外置式电子标签32未连入CAN网络，外置式电子标签32收集的现场报警设备8的基本信息，通过 ZigBee网6传送给周边的现场控制器2，并由周边的现场控制器2通过CAN总线传送至集中监控装置12。

实施例3

如图5所示，在本实施例中，基于物联网的智能消防控制系统由火灾图像识别装置11、集中监控装置12、现场控制器2、外置式电子标签32和 ZigBee路由器9等组成，通过图像火灾探测器7采集被保护现场图像，并通过视频同轴电缆将采集的被保护现场图像传输到火灾图像识别装置11进行实时并行处理。火灾图像识别装置11接收来自于各个火灾图像监测点的图像数据，进行火灾图像识别。火灾图像识别装置11将火灾报警信号通过CAN总线传送到集中监控装置12和 ZigBee路由器9，集中监控装置12通过人机界面和报警指示模块进行声光报警，并进行消防联动控。现场控制器2内部包含内嵌式电子标签31，外置式电子标签32和 ZigBee路由器9组成 ZigBee网6。现场控制器2通过 ZigBee网6通知伙伴表中的周边现场控制器2进行消防协作。

在本实施例中，外置式电子标签32通过RS-485与现场报警设备8进行信息交互，收集现场报警设备8的基本信息，通过 ZigBee网6传送给 ZigBee路由器9，再通过CAN总线传送至集中监控装置12。

在本实施例中，现场控制器2和外置式电子标签32的工作状态和报警信息通过 ZigBee网6传送给 ZigBee路由器9，再通过CAN总线传送至集中监控装置12。集中监控装置12通过CAN总线发送手动操作命令至 ZigBee路由器9，再通过 ZigBee网6传送至现场控制器2，从而实现远程控制。

Claims

1.一种基于物联网的消防智能控制系统，包括现场报警设备、现场控制器和中控室子控制系统，所述中控室子控制系统与所述现场控制器通信连接，其特征在于：

该系统还包括内置有ZigBee模块且与所述现场报警设备和所述中控室子控制系统通过通信链路连接的外置式电子标签，所述外置式电子标签用于收集所述现场报警设备的工作状态和报警信息；

所述现场控制器包括内嵌式电子标签，所述内嵌式电子标签内置有Zigbee模块；

所述外置式电子标签和所述内嵌式电子标签通过Zigbee网通信。

2. 根据权利要求1所述的消防智能控制系统，其特征在于：

所述外置式电子标签、所述现场控制器和所述中控室子控制系统通过CAN总线组成现场监控网络。

3.根据权利要求1所述的消防智能控制系统，其特征在于：

所述外置式电子标签通过Zigbee网与其周边的现场控制器进行信息交互，所述现场控制器和所述中控室子控制系统通过CAN总线或以太网组成现场监控网络。

4.根据权利要求1所述的消防智能控制系统，其特征在于：

所述外置式电子标签、所述现场控制器和所述中控室子控制系统通过Zigbee网组成无线的现场监控网络。

5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的消防智能控制系统，其特征在于：

所述中控室子控制系统由图像识别装置和集中监控装置组成，所述图像识别装置和所述集中监控装置通过通信链路连接。

6.一种权利要求1所述的基于物联网的消防智能控制系统的智能感知方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述消防智能控制系统的智能感知方法，其特征在于：

包括位置信息在内的设备基本信息在安装现场通过手持式设备向所述外置式电子标签写入，或者通过监控网络从所述中控室子控制系统查询。

8.一种权利要求1所述的基于物联网的消防智能控制系统的智能联动方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的消防智能控制系统的智能联动方法，其特征在于：

伙伴节点协作时采用“位置优先”原则，即当某一节点在为伙伴协助灭火时，有一位置更接近的伙伴节点提出协作请求，则停止当前协作，转而为邻近伙伴协作灭火。

10.根据权利要求9所述的消防智能控制系统的智能联动方法，其特征在于：

当所述中控室子控制系统给所述更接近的伙伴节点发布控制命令时，该伙伴节点最优先执行所述中控室子控制系统的命令。