CN102073309B - 一种具有安全监控功能的物联网温控装置 - Google Patents

Abstract

一种具有安全监控功能及热计量的物联网温控装置，其特征在于：包括单片微控制模块，温度感应探头，显示模块电压转换模块，组合键盘输入模块，通信模块；所述单片微控制模块的一个模数转换接口与温度感应探头相连接；该单片微控制模块的输出端口与显示模块相连接；该单片微控制模块与提供工作电压的电压转换模块相连接；该单片微控制模块的输入端口还与组合键盘输入模块相连接的；该单片微控制模块的串行收发模块与通信模块相连接。本发明增加十项生活安全的安全监控设备，实现了将传统的、分散的、功能单一的温控装置和安全监控设备整合为一体，减少了重复安装和设备的重复浪费，从而更加符合节能社会的社会发展要求。

Description

一种具有安全监控功能的物联网温控装置

技术领域

本发明涉及温度监控技术领域，具体说是一种基于物联网具有十项安全监控功能的物联网温控装置。

背景技术

传统的温度传感控制器广泛应用于家庭、办公室、学校等场所，其主要功能是通过比较设定温度和实际空气温度来控制制热制冷设备的开闭。有的温度传感控制器还能通过通信网络与服务器进行一些简单的数据交换，从而达到简单的集中控制的目的。但是这些温度传感控制器都存在着以下的不足：1.功能单一，集控温控器仅仅是实现了简单的温度设定；2.资源浪费，设备和走线占据了大量的墙面空间，耗费大量的人力物力，不利于节能社会的实现；3.缺少人机互动，无法通过物联网进行数据记录及对监管温度传感控制器的人员走访；4、无热量计量。

发明内容

了克服现有温控器的不足，本发明目的是提供一种基于物联网的能够集中控制且可进行安防的具有十项安全监控功能的物联网温控装置。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种具有安全监控功能及热计量的物联网温控装置，其特征在于：包括单片微控制模块，温度感应探头，显示模块电压转换模块，组合键盘输入模块，通信模块；所述单片微控制模块的一个模数转换接口与温度感应探头相连接；该单片微控制模块的输出端口与显示模块相连接；该单片微控制模块与提供工作电压的电压转换模块相连接；该单片微控制模块的输入端口还与组合键盘输入模块相连接的，该单片微控制模块的串行收发模块与通信模块相连接。

它还包括安全监控防护模块，计量表模块，软件安全锁，安全防护设备类型选择条，设备驱动电路单元；所述安全监控防护模块、计量表模块与单片微控制器模块的ISP端口相连接；所述计量表模块通过通信接口实现冷（热）量、水、电、气和暖表的数量、流量及时间的统计和计算；所述房间地址的软件安全锁与单片微控制器模块的输入输出口相连接，用于设置通信标示地址以便防止其他人员改动地址，而造成报警错误；所述安全防护设备选择条与单片微控制模块的输入输出口相连接，用于告知单片微控制器所连接安全防护设备都有哪些；所述设备驱动电路单元与单片微控制模块的输入输出口相连接，通过三极管的开闭驱动光电耦合器，再通过光电耦合器驱动过零行固态继电器的开闭，保证用电设备的每一次开闭都是从交流电的零伏特开始或关闭，从而完全杜绝了电火花和谐波的产生，并保证了与强电的完全隔离。

所述安全监控防护模块基于第一单片机与监控温度控制器通信连接的基础上，还包括：火灾感应器、烟尘感应器、防冻保温感应器、有（无）线门磁送信感应器、电流超值报警器、空间感应器、危急状态紧急报警器、煤气感应器、急救报警器以及重要物品移动报警器；所述火灾感应器与第二单片机通信连接，所述烟尘感应器与第三单片机通信连接，所述防冻保温感应器与第四单片机通信连接，所述有（无）线门磁送信感应器与第五单片机通信连接，电流超值报警器与第六单片机通信连接，空间感应器与第七单片机通信连接，危急状态紧急报警器与第八单片机通信连接，煤气感应器与第九单片机通信连接，急救报警器与第十单片机通信连接，重要物品移动报警器与第十一单片机通信连接；所述安全监控防护模块中第一~十一单片机与单片微控制模块通信连接。

所述的单片微控制模块采用8位低功耗单片机。

所述电压转换电路及单片微控制模块的外接连线经过的电压为直流电压，且电压低于36V。

所述通信模块采用串行的RS485接口。

所述火灾感应器：当房间温度超过75度时，判断烟尘报警器是否报警，如报警，则判定火灾发生；所述烟尘报警器安装于房屋天花板上；所述防冻保温感应器：安装于上、下水管壁上；所述有线或无线门磁送信感应器：包括发射极和接收极，所述发射极与接收极相对应安装于门窗上；所述电流超值报警器：安装于进户主电线上，当主电线电流超过预定值时，则向单片微控制模块发出报警信号；所述空间感应器：安装于门窗上；所述危急状态紧急报警器：其主体为一个按钮，通过有线或无线安装于房间内任何一点，当触动按钮时，则认为该房间内人员处于危机状态向单片微控制模块发出报警信号；所述煤气感应器：安装于厨房内，当房间煤气浓度值超过预定值时，则向单片微控制模块发出煤气报警信号；所述急救报警器：其主体为一个压力探测器，可有线或无线安装于房间内任何一点，病人将身体或者其他物体放置在压力探测器上，则认为病人需要急救，向单片微控制模块发出急救报警信号；所述重要物品移动报警器：包括发射极和接收极，所述发射极和接收极相对应安装于重要物品上和摆放位置上，正常状态下发射极发出光线照射接收极，当两者分开接收极无法收到发射极发出的光线时，则认为重要物品被移动向单片微控制模块发出报警信号；所述热计量模块：其测量并记录用户使用的冷、热量数值。

所述软件安全锁锁合后，将其锁合信息传送至单片微控制模块，所述单片微控制模块同时将自身的通信标示地址锁存，避免该地址被改动。

所述安全防护设备选择条与单片微控制模块的输入输出口相连接。

所述设备驱动电路单元与单片微控制模块的输入输出口相连接；所述设备驱动电路单元通过三极管的开闭驱动光电耦合器，所述光电耦合器驱动过零行固态继电器的开闭，保证用电设备的每一次开闭都是从交流电的零伏特开始或关闭。

本发明优点为：

在普通的温控装置的基础上，增加十项提升人民生活安全的安全监控设备，在不增加额外负担的基础上实现了单一温控装置的更加强大的功能，将传统的、分散的、功能单一的温控装置和安全监控设备整合为一体，减少了重复安装和设备的重复浪费，从而更加符合节能社会的社会发展要求。并且通过功能的整合，可以将所有的数据更为集中和安全可靠地发送给信息需求者。

附图说明

图1为本发明结构原理图；

图2为本发明单片微控制器电路原理图；

图3为本发明显示模块原理图；

图4为本发明低压电压供电原理图；

图5为本发明组合键盘输入原理图；

图6为本发明通信模块原理图；

图7为本发明安全监控设备及热计量模块连接原理图；

图8为本发明安全防护设备选择条原理图；

图9为本发明温度感应探头原理图；

图10为本发明设备驱动电路原理图。

其中附图标记为：1、单片微控制器模块；2温度感应探头模块；3、显示模块；4、低压电压供电模块；5、组合键盘输入模块；6、通信模块；7、安全防护设备模块；8、软件安全锁模块；9、安全设备选择条模块；10、设备驱动电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做具体的介绍：

一种具有安全监控功能及热计量的物联网温控装置，包括单片微控制模块1，温度感应探头2，显示模块3电压转换模块4，组合键盘输入模块5，通信模块6；所述单片微控制模块1的一个模数转换接口与温度感应探头2相连接；该单片微控制模块1的三个输出端口与显示模块3相连接；该单片微控制模块1与提供工作电压的电压转换模块4相连接；该单片微控制模块1的三输入端口还与组合键盘输入模块5相连接的；该单片微控制模块1的全双工通用同步/异步串行收发模块与通信模块6相连接。

它还包括自行生产配套的安全监控防护模块，计量表模块7，软件安全锁8，安全防护设备类型选择条9，设备驱动电路单元10；所述安全监控防护模块、计量表模块7与单片微控制器模块1的ISP端口相连接；所述计量表模块7通过通信接口使用国家标准通信协议的实现冷/热量、水、电、气和暖表的数量、流量及时间的统计和计算；所述房间地址的软件安全锁8与单片微控制器模块1的输入输出口相连接，用于设置通信标示地址以便防止其他人员改动地址，而造成报警错误；所述安全防护设备选择条9与单片微控制模块1的输入输出口相连接，用于告知单片微控制器所连接安全防护设备都有哪些；所述设备驱动电路单元10与单片微控制模块1的输入输出口相连接，通过三极管的开闭驱动光电耦合器，再通过光电耦合器驱动过零行固态继电器的开闭，保证用电设备的每一次开闭都是从交流电的零伏特开始或关闭，从而完全杜绝了电火花和谐波的产生，并保证了与强电的完全隔离。

所述安全监控防护模块基于第一单片机与监控温度控制器通信连接的基础上，还包括：火灾感应器、烟尘感应器、防冻保温感应器、有/无线门磁送信感应器、电流超值报警器、空间感应器、危急状态紧急报警器、煤气感应器、急救报警器以及重要物品移动报警器；所述火灾感应器与第二单片机通信连接，所述烟尘感应器与第三单片机通信连接，所述防冻保温感应器与第四单片机通信连接，所述有/无线门磁送信感应器与第五单片机通信连接，电流超值报警器与第六单片机通信连接，空间感应器与第七单片机通信连接，危急状态紧急报警器与第八单片机通信连接，煤气感应器与第九单片机通信连接，急救报警器与第十单片机通信连接，重要物品移动报警器与第十一单片机通信连接；所述安全监控防护模块中第一~十一单片机与单片微控制模块1通信连接。

所述的单片微控制模块1采用8位低功耗单片机。具体型号为STM8s103k3t6c或Atmega8A-AU；所述电压转换电路及单片微控制模块1的外接连线经过的电压为直流电压，且电压低于36V。所述通信模块6采用串行的RS485接口。

所述安全防护设备是在传统的温控器的基础上增加的火灾感应器、烟尘感应器、防冻保温感应器、有/无线门磁送信感应器、电流超值报警器、空间感应器、危急状态紧急报警器、煤气感应器、急救报警器以及重要物品移动报警器等十项提升家居生活安全质量的报警器。这十项安全防护设备均由单独的单片微控制器ATmega8A-8AU与传感器构成，单片微控制器ATmega8A-8AU单片随时监控传感器，当传感器达到需要报警的界限时，单片微控制器ATmega8A-8AU立刻将报警信息上报微控制模块1，以便单片微控制模块1做出相应得动作。工作电源由低压供电电压转换模块4提供，保证其工作电压和单片微控制模块1的相同，降低了通信误码的产生，单片微控制器ATmega8A-AU的ISP接口与单片微控制模块1的ISP接口相连，以实现数据的交换。所述火灾感应器：当房间实际温度超过75度时，判断烟尘报警器是否报警，如报警，则判定火灾发生；所述烟尘报警器：安装于房屋天花板上；烟尘传感器中的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，则判定烟尘报警。所述防冻保温感应器：安装于上、下水管壁上；温度传感器外层做保温层防止温度受外界影响，当管壁温度低于3摄氏度，则判定上、下水管有冻结危险，发出防冻保温报警。

所述有线或无线门磁送信感应器：包括发射极和接收极，所述发射极与接收极相对应安装于门窗上；通过有线或无线连接至单片微控制器ATmega8A-8AU。正常状态下发射极发出光线照射接收极，当两者分开接收极无法收到发射极发出的光线时，则认为门窗被打开；所述电流超值报警器：安装于进户主电线上，当主电线电流超过预定值时，则向单片微控制模块1发出报警信号；所述空间感应器：安装于门窗上；空间感应器发射红外线光，红外线光覆盖一定区域，当有物体在该区域移动并隔绝红外线时，则判定有外界物体闯入。所述危急状态紧急报警器：其主体为一个按钮，通过有线或无线安装于房间内任何一点，当触动按钮时，则认为该房间内人员处于危机状态向单片微控制模块1发出报警信号；所述煤气感应器：安装于厨房内，当房间煤气浓度值超过预定值时，则向单片微控制模块1发出煤气报警信号；所述急救报警器：其主体为一个压力探测器，可有线或无线安装于房间内任何一点，病人将身体或者其他物体放置在压力探测器上，则认为病人需要急救，向单片微控制模块1发出急救报警信号；所述重要物品移动报警器：包括发射极和接收极，所述发射极和接收极相对应安装于重要物品上和摆放位置上，正常状态下发射极发出光线照射接收极，当两者分开接收极无法收到发射极发出的光线时，则认为重要物品被移动向单片微控制模块1发出报警信号；所述热计量模块：其测量并记录用户使用的冷、热量数值并将数值通过物联网上传。

所述软件安全锁8锁合后，将其锁合信息传送至单片微控制模块1，所述单片微控制模块1同时将自身的通信标示地址锁存，避免该地址被改动。所述安全防护设备选择条9与单片微控制模块1的输入输出口相连接。用于告知单片微控制模块1所连接安全防护设备都有哪些。所述设备驱动电路单元10与单片微控制模块1的输入输出口相连接；所述设备驱动电路单元10通过三极管的开闭驱动光电耦合器，所述光电耦合器驱动过零行固态继电器的开闭，保证用电设备的每一次开闭都是从交流电的零伏特开始或关闭，从而完全杜绝了电火花和谐波的产生，并保证了与强电的完全隔离。

如图1所示的带有十项附加安全防护的物联网温控器原理框图，包括1、单片微控制器模块；2、温度感应探头模块；3、显示模块；4、低压电压供电模块；5、组合键盘输入模块；6、通信模块；7、安全监控设备及热计量模块模块；8、软件安全锁模块；9、安全设备选择条模块；10、设备驱动电路模块。下面将各功能模块功能介绍如下：

图2所示的为单片微控制器的电路原理图，其核心为单片微控制器。单片微控制器可检测所有所需数值（包括温度及其他安防数据），接收键盘输入指令，将数据通过显示模块呈现给用户，控制各输出端的输出状态，并将上位机所需数据打包整理后通过通信模块上传，接收上位机最新下发的数据。

图3所显示的为显示模块原理图，其核心为LCM模块，可将实际空气温度、设定温度、报警状态信息等呈现给用户，便于用户直观了解。

图4所显示的为低压电压供电电路，设备供电源由开关电源直接供电，故整套设备、接插件及供电线路上的电压均低于36V的国家安全电压标准，使得整套系统更为安全。

图5所显示的是组合按键电路原理图，该设备由按键及上拉电阻构成，通过不同的按键组合可以以较少的按键完成房间号设置、基准温度设置、设定温度设置及安防设备设置等多种设置。

图6所显示的是通信模块原理图，通过该模块，单片微控制器可以和上位机进行温度及安防信息的数据交换。通信模块芯片主要选用ST485EBDR。

图7所显示的是安全防护设备及热计量模块连接原理图。安全防护设备和其余模块共用同一供电电源，从而减少了电压不同所带来的电压缺失影响。安全防护设备的通信接口和单片微控制器的ISP接口相连接，以便将报警信息及其他数据通过单片微控制器的接口传入单片微控制器内，单片微控制器根据传回的数据及上位机下发的预设信息进行判断。根据判断结果控制输出控制端的开闭状态和声光电报警器的开闭。还可读取用户使用的热量。

图8所显示的是安全防护设备选择条原理图，将短路块插入对应已连接的安全防护设备地址上，以便于单片微控制器更快的巡检各个已连接的安全防护设备。

图9所显示的是温度感应探头原理图，单片微控制器对分压电阻上的电压采集、通过内部模数转换电路，可测得温度感应探头所处位置的温度。为防止温度感应探头的连接线短路造成设备损坏，可将分压电阻与供电电源的正极相连，温度感应探头与大地相连，从而可以避免短路烧坏设备的情况发生。

图10所示的是设备驱动电路原理图，单片微控制器根据实际情况控制各个驱动器状态。并且所有的开关设备均使用过零行固态继电器，杜绝了普通开关触点在开闭时发生的打火以及谐波的产生。

具体工作流程如下：温度传感控制器通过温度感应探头采集温度，并和总服务中心下发的设定温度作比较，从而控制冷热源设备的开闭。通过巡检各个安全防护探头，将巡检回的数据和总服务中心下发的控制命令做比较，如需要报警则启动声光电报警器并将报警信号返回至总服务中心，由总服务中心根据实际情况实施短信通知、电话通知、物业通知及派专人上门查看等安全措施。从而实现了基于物联网的安防温控器功能。

上述实例只为说明本发明的技术结构构思及特点，并不能以此限定本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变化，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

在使用的时候，单片微控制器通过对温度感应探头模块的温度值的读取，并和上位机服务器下发的设定温度指令做比较从而控制冷热源的开闭，在实现了温度控制的功能基础上，本温度传感控制器上单片微控制器的ISP口和火灾感应器、烟尘感应器、防冻保温感应器、有或无线门磁送信感应器、电流超值报警器、空间感应器、危急状态紧急报警器、煤气感应器、急救报警器以及重要物品移动报警器等十项提升家居生活安全质量的报警器相连接，并在安全防护设备选择条上在对应的报警器的位置上插上短路帽，告知单片微处理器所连接的报警器都有哪些。单片微控制器即可以和各报警器联通工作。当报警器报警时，温度传感控制器不但本身进行紧急处理，还可以通过物联网将报警信息上报至总服务中心。总服务中心根据具体情况通过短信、拨打紧急电话、物业告知以及派专人查看等手段进行进一步处理，保障住户居住的安全性。

Claims (6)

1.一种具有安全监控功能及热计量的物联网温控装置，其特征在于：包括单片微控制模块(1)，温度感应探头(2)，显示模块(3)，电压转换模块(4)，组合键盘输入模块(5)，通信模块(6)；还包括安全监控防护模块，计量表模块(7)，软件安全锁(8)，安全防护设备类型选择条(9)，设备驱动电路单元(10)；

所述单片微控制模块(1)的一个模数转换接口与温度感应探头(2)相连接；

该单片微控制模块(1)的输出端口与显示模块(3)相连接；

该单片微控制模块(1)与提供工作电压的电压转换模块(4)相连接；

该单片微控制模块(1)的输入端口还与组合键盘输入模块(5)相连接的；

该单片微控制模块(1)的串行收发模块与通信模块(6)相连接；

所述安全监控防护模块、计量表模块(7)与单片微控制模块(1)的ISP端口相连接；

所述计量表模块(7)通过通信接口实现冷、热量、水、电、气和暖表的数量、流量及时间的统计和计算；所述计量表模块(7)内部包括热计量模块；

所述软件安全锁(8)与单片微控制模块(1)的输入输出口相连接，用于设置通信标示地址以便防止其他人员改动地址，而造成报警错误；

所述安全防护设备类型选择条(9)与单片微控制模块(1)的输入输出口相连接，用于告知单片微控制模块(1)所连接安全防护设备都有哪些；

所述设备驱动电路单元(10)与单片微控制模块(1)的输入输出口相连接，通过三极管的开闭驱动光电耦合器，再通过光电耦合器驱动过零行固态继电器的开闭，保证用电设备的每一次开闭都是从交流电的零伏特开始或关闭；

所述安全监控防护模块基于第一单片机与监控温度控制器通信连接的基础上，还包括：火灾感应器、烟尘感应器、防冻保温感应器、有或无线门磁送信感应器、电流超值报警器、空间感应器、危急状态紧急报警器、煤气感应器、急救报警器以及重要物品移动报警器；

所述火灾感应器与第二单片机通信连接，所述烟尘感应器与第三单片机通信连接，所述防冻保温感应器与第四单片机通信连接，所述有或无线门磁送信感应器与第五单片机通信连接，电流超值报警器与第六单片机通信连接，空间感应器与第七单片机通信连接，危急状态紧急报警器与第八单片机通信连接，煤气感应器与第九单片机通信连接，急救报警器与第十单片机通信连接，重要物品移动报警器与第十一单片机通信连接；

所述安全监控防护模块中第一～十一单片机与单片微控制模块(1)通信连接。

2.按权利要求1所述的一种具有安全监控功能及热计量的物联网温控装置，其特征在于：所述的单片微控制模块(1)采用8位低功耗单片机。

3.按权利要求1所述的一种具有安全监控功能及热计量的物联网温控装置，其特征在于：所述电压转换模块(4)及单片微控制模块(1)的外接连线经过的电压为直流电压，且电压低于36V。

4.按权利要求1所述的一种具有安全监控功能及热计量的物联网温控装置，其特征在于：所述通信模块(6)采用串行的RS485接口。

5.按权利要求1所述的一种具有安全监控功能及热计量的物联网温控装置，其特征在于：

所述火灾感应器：当房间温度超过75度时，判断烟尘感应器是否报警，如报警，则判定火灾发生；

所述烟尘感应器：安装于房屋天花板上；

所述防冻保温感应器：安装于上、下水管壁上；

所述有线或无线门磁送信感应器：包括发射极和接收极，所述发射极与接收极相对应安装于门窗上；

所述电流超值报警器：安装于进户主电线上，当主电线电流超过预定值时，则向单片微控制模块(1)发出报警信号；

所述空间感应器：安装于门窗上；

所述危急状态紧急报警器：其主体为一个按钮，通过有线或无线安装于房间内任何一点，当触动按钮时，则认为该房间内人员处于危机状态向单片微控制模块(1)发出报警信号；

所述煤气感应器：安装于厨房内，当房间煤气浓度值超过预定值时，则向单片微控制模块(1)发出煤气报警信号；

所述急救报警器：其主体为一个压力探测器，可有线或无线安装于房间内任何一点，病人将身体或者其他物体放置在压力探测器上，则认为病人需要急救，向单片微控制模块(1)发出急救报警信号；

所述重要物品移动报警器：包括发射极和接收极，所述发射极和接收极相对应安装于重要物品上和摆放位置上，正常状态下发射极发出光线照射接收极，当两者分开接收极无法收到发射极发出的光线时，则认为重要物品被移动向单片微控制模块(1)发出报警信号；

所述热计量模块：其测量并记录用户使用的冷、热量数值。

6.按权利要求1所述的一种具有安全监控功能及热计量的物联网温控装置，其特征在于：所述软件安全锁(8)锁合后，将其锁合信息传送至单片微控制模块(1)，所述单片微控制模块(1)同时将自身的通信标示地址锁存，避免该地址被改动。