CN103021135B - 一种防溺水报警器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防溺水报警器，包括壳体，壳体内设置有报警电路芯片，报警电路芯片包括芯片触水导线、传感器电路、微控制器、无线射频发射模块和用于将总电源的电压转换成传感器电路的工作电压的电源转换电路，芯片触水导线与报警电路芯片的地构成一个感应电容，芯片触水导线与传感器电路的输入端连接，传感器电路的输出端与微控制器的输入端连接，微控制器的输出端与无线射频发射模块的输入端连接；优点是从芯片触水导线触水到无线射频电路发出报警信号仅需1毫秒，大大缩短了反应时间；不同的水质不会影响该芯片触水导线的触水性能，提高了工作稳定性；该芯片触水导线集成于报警电路芯片中不易被损坏，且不与水直接接触，提高了使用寿命。

Description

一种防溺水报警器

技术领域

 本发明涉及一种安防设备，尤其是涉及一种防溺水报警器。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，不少家庭开始拥有私人游泳池、私家花园里的小水池、河流等。然而，私人游泳池等并不像公共游泳池有专人管理，如果小孩或者动物不慎掉入游泳池中没有及时发现或者救护，则可能会发生溺水死亡的事故，因此溺水问题已成为一个非常重要的安全问题。

为了有效解决防溺水问题，在国内外市场上出现了很多种防溺水报警设备。防溺水报警设备最关键的性能在于溺水监控报警的准确度和反应时间，因而漏报误报、反应时间长等问题是迫切需要解决的问题。

目前，常见的防溺水报警器通常包括壳体及设置于壳体内的传感器、微控制器和无线射频发射模块，传感器上以二对二形式焊接有四根铜针，铜针穿过壳体位于壳体外，传感器的输出端与微控制器的输入端连接，微控制器的输出端与无线射频发射模块的输入端连接，使用时该防溺水报警器佩戴于身上，传感器实时获取每对铜针之间的电压信号，并传输给微控制器，微控制器根据接收到的电压信号判断是否发生溺水，当发生溺水时（任一对铜针通过水中的电解质导通）微控制器产生报警信号，并发送报警信号给无线射频发射模块。这种防溺水报警器存在以下问题：1）其从铜针触水到无线射频发射模块发出报警信号需要5～10毫秒，反应时间较长，这将导致溺水者得不到及时的救助；2）由于其利用四根铜针直接触水，通过水中的电解质导电，然而不同的水质会影响水的导电性能，因此将导致铜针触水的不稳定性，从而将导致该防溺水报警器出现误报现象；3）虽然其利用任一对铜针的触水即可实现触水功能，但由于铜针位于壳体外，铜针易发生断裂，因此当任一对铜针中的一根铜针发生断裂时，该对铜针就无法实现触水功能；4）由于位于壳体外的铜针与水直接接触，因此长时间使用后，铜针会生锈，将影响触水性能，从而将导致该防溺水报警器出现漏报现象；5）由于需将铜针穿过壳体使其位于壳体外，因此装配过程较为烦琐。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种反应时间短、工作稳定性好，且使用寿命长的防溺水报警器。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种防溺水报警器，包括壳体，其特征在于所述的壳体内设置有报警电路芯片，所述的报警电路芯片包括芯片触水导线、传感器电路、微控制器、无线射频发射模块和用于将总电源的电压转换成所述的传感器电路的工作电压的电源转换电路，所述的芯片触水导线与所述的报警电路芯片的地构成一个感应电容，所述的芯片触水导线与所述的传感器电路的输入端连接，所述的传感器电路的输出端与所述的微控制器的输入端连接，所述的微控制器的输出端与所述的无线射频发射模块的输入端连接，所述的电源转换电路与所述的微控制器连接；所述的传感器电路实时感应所述的感应电容的电容值发生变化所引起的信号，并转换所述的感应电容的电容值发生变化所引起的信号为数字电压信号，传输数字电压信号给所述的微控制器，所述的微控制器根据数字电压信号确定是否发生溺水，在发生溺水时产生报警信号，并传输报警信号给所述的无线射频发射模块。

所述的传感器电路主要由型号为ADAM02S的触摸感应芯片、用于稳定所述的传感器电路的工作电压的第一滤波电容、用于调节触水灵敏度的第二电容、用于调节触水灵敏度的第一限流电阻和用于保护与所述的传感器电路的输出端连接的模块的第二输出限流电阻组成，所述的触摸感应芯片的第1脚接入高电平或低电平，所述的触摸感应芯片的第2脚通过所述的第二电容接电源地，所述的触摸感应芯片的第3脚分别与所述的电源转换电路的输出端和所述的第一滤波电容的一端相连接，所述的第一滤波电容的另一端接电源地，所述的触摸感应芯片的第4脚接电源地，所述的触摸感应芯片的第5脚通过所述的第一限流电阻与所述的芯片触水导线相连接，所述的触摸感应芯片的第7脚通过所述的第二输出限流电阻与所述的微控制器的输入端相连接。

所述的传感器电路的工作电压为3V。

所述的微控制器采用型号为HT68F03C的单片机，所述的传感器电路与所述的单片机之间连接有逻辑反相电路，所述的传感器电路的输出端直接与所述的逻辑反相电路的输入端相连接，所述的逻辑反相电路的输出端直接与所述的单片机的输入端相连接；所述的传感器电路传输数字电压信号给所述的逻辑反相电路，所述的逻辑反相电路传输反相后的数字电压信号给所述的单片机。

所述的报警电路芯片还包括用于检测总电源的电压是否小于3V的电池低电压检测电路，所述的电池低电压检测电路的输入端接总电源，所述的电池低电压检测电路的输出端与所述的微控制器相连接；所述的电池低电压检测电路检测到总电源的电压小于3V时，所述的电池低电压检测电路的输出端输出低电平，并传输低电平给所述的微控制器，所述的微控制器根据接收到的低电平自动关闭所述的电源转换电路。

所述的报警电路芯片还包括用于实现非接触式开机的系统开机电路，所述的系统开机电路主要由型号为MRSS22L的磁电阻式传感器芯片和第三电阻组成，所述的磁电阻式传感器芯片的第1脚接总电源，所述的磁电阻式传感器芯片的第2脚与所述的微控制器相连接，所述的第三电阻连接于所述的磁电阻式传感器芯片的第1脚与所述的磁电阻式传感器芯片的第2脚之间，所述的磁电阻式传感器芯片的第3脚接电源地。

所述的报警电路芯片还包括与所述的微控制器相连接的指示灯电路，所述的壳体上设置有LED指示灯，所述的指示灯电路与所述的LED指示灯相连接；所述的电池低电压检测电路的输出端输出低电平时，所述的微控制器控制所述的指示灯电路驱动所述的LED指示灯在设定时间内连续闪烁；所述的系统开机电路工作后所述的微控制器控制所述的指示灯电路驱动所述的LED指示灯在设定时间内常亮。

所述的无线射频发射模块采用型号为MICRF113的无线发射芯片。

所述的芯片触水导线呈环形分布于所述的报警电路芯片的四周边缘上，所述的壳体上设置有贯穿所述的壳体的对称两侧壁的通孔，两个所述的通孔相连通形成芯片置放腔，所述的报警电路芯片置放于所述的芯片置放腔内，所述的芯片触水导线位于所述的芯片置放腔的边缘。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）本发明的防溺水报警器由于采用芯片触水导线以靠近的方式进行触水，避免了传统的利用铜针直接触水、电离、导电的过程，因此从芯片触水导线触水到无线射频电路发出报警信号仅需1毫秒，大大缩短了反应时间，从而使得溺水者能够得到及时的救助。

2）由于本发明利用了一个分布于报警电路芯片上的芯片触水导线来实现触水功能，而该芯片触水导线与报警电路芯片的地构成一个感应电容，这样当芯片触水导线与水靠近时，该感应电容的电容值会发生改变，此时传感器电路能够实时感应到该感应电容的电容值发生改变所引起的信号，因此不同的水质不会影响该芯片触水导线的触水性能，从而提高了该防溺水报警器的工作稳定性。

3）由于本发明的芯片触水导线集成于报警电路芯片中，而不易被损坏，且芯片触水导线不与水直接接触，因此有效地提高了该防溺水报警器的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的防溺水报警器的报警电路芯片的组成框图；

图2为报警电路芯片中的传感器电路的电路图；

图3为报警电路芯片中的系统开机电路的电路图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

本发明提出的一种防溺水报警器，其包括壳体（图中未示出），壳体内设置有如图1所示的报警电路芯片1，报警电路芯片1包括芯片触水导线11、传感器电路12、微控制器13、无线射频发射模块14和用于将总电源2的电压转换成传感器电路12的工作电压的电源转换电路15，芯片触水导线11与报警电路芯片1的地构成一个感应电容，芯片触水导线11与传感器电路12的输入端连接，传感器电路12的输出端与微控制器13的输入端连接，微控制器13的输出端与无线射频发射模块14的输入端连接，电源转换电路15与微控制器13连接。该防溺水报警器使用时，当防溺水报警器接近水时，芯片触水导线11与报警电路芯片1的地构成的感应电容的电容值会发生变化，而传感器电路12实时感应感应电容的电容值发生变化所引起的信号，并转换感应电容的电容值发生变化所引起的信号为数字电压信号，传输数字电压信号给微控制器13，微控制器13根据数字电压信号确定是否发生溺水，在发生溺水时产生报警信号，并传输报警信号给无线射频发射模块14。

在此具体实施例中，芯片触水导线11呈环形分布于报警电路芯片1的四周边缘上，芯片触水导线11为嵌入式环绕在报警电路芯片1的外围的一圈金色的铜线。

在此，可将壳体设计成如下结构：在壳体上设置贯穿壳体的对称两侧壁的通孔，其中贯穿一对称两侧壁的通孔与贯穿另一对称两侧壁的通孔相连通形成一个芯片置放腔，报警电路芯片1置放于芯片置放腔内，并使报警电路芯片1的四侧外围暴露于壳体的四侧壁外，使环绕在报警电路芯片1外围的芯片触水导线11位于芯片置放腔的边缘，当然为了避免人为地使报警器产生误报（比如手指触摸到芯片触水导线11），在实际设计过程中应使芯片触水导线11所处的位置是手不能轻易碰触到的位置，这种结构的壳体能够使芯片触水导线11的触水性能达到最佳，当然在实际设计过程中可根据芯片触水导线11在报警电路芯片1中的具体位置来设计壳体的结构，以使在水环境中芯片触水导线11能够充分地靠近水。

在此具体实施例中，传感器电路如图2所示，其主要由型号为ADAM02S的触摸感应芯片U1、用于稳定传感器电路的工作电压的第一滤波电容C1、用于调节触水灵敏度的第二电容C2、用于调节触水灵敏度的第一限流电阻R1和用于保护与传感器电路12的输出端连接的模块即逻辑反相电路16的第二输出限流电阻R2组成，触摸感应芯片U1的第1脚接入高电平或低电平，触摸感应芯片U1的第2脚通过第二电容C2接电源地，触摸感应芯片U1的第3脚分别与电源转换电路15的输出端和第一滤波电容C1的一端相连接，第一滤波电容C1的另一端接电源地，触摸感应芯片U1的第4脚接电源地，触摸感应芯片U1的第5脚通过第一限流电阻R1与芯片触水导线11相连接，触摸感应芯片U1的第7脚通过第二输出限流电阻R2再通过逻辑反相电路16与微控制器13的输入端相连接，触摸感应芯片U1的第6脚和第8脚悬空。在此，传感器电路12的工作电压为3V；触摸感应芯片U1的第1脚接入低电平；触摸感应芯片U1的第1脚为输出端电平方式选择端（MODE），触摸感应芯片U1的第2脚为触摸灵敏度电容输入端（VCI），触摸感应芯片U1的第3脚为电源正端（VDD），触摸感应芯片U1的第4脚为电源地端（GND），触摸感应芯片U1的第5脚为触摸输入端（TOUCH1），触摸感应芯片U1的第6脚为触摸输入端（TOUCH2），触摸感应芯片U1的第7脚为控制输出端（OUT1），触摸感应芯片U1的第8脚为控制输出端（OUT2）；在此，通过调节第二电容C2的电容值和第一限流电阻R1的电阻值，可实现芯片触水导线11的触水灵敏度的调节，即可实现芯片触水导线11靠近水的距离的调节。

在此具体实施例中，微控制器13可采用型号为HT68F03C的单片机，也可采用具有相同功能的其他控制电路；当采用型号为HT68F03C的单片机作为微控制器13时，由于该单片机接收信号是下降沿有效的，但传感器电路12的输出端输出的数字电压信号与该单片机的逻辑识别相反，因此在传感器电路12与单片机之间连接一个逻辑反相电路16，传感器电路12的输出端直接与逻辑反相电路16的输入端相连接，逻辑反相电路16的输出端直接与单片机的输入端相连接；传感器电路12传输数字电压信号给逻辑反相电路16，逻辑反相电路16传输反相后的数字电压信号给单片机，当传感器电路12的输出端输出的数字电压信号为低电平0时，经逻辑反相电路16转换成高电平1，此时单片机根据逻辑反相电路16输出的高电平1确定发生溺水，当传感器电路12的输出端输出的数字电压信号为高电平1时，经逻辑反相电路16转换成低电平0，此时单片机根据逻辑反相电路16输出的电平0确定未发生溺水。在此，逻辑反相电路16采用现有技术。

在此具体实施例中，报警电路芯片1还包括用于检测总电源的电压是否小于3V的电池低电压检测电路17、用于实现非接触式开机的系统开机电路18及与微控制器13相连接的指示灯电路19；电池低电压检测电路17的输入端接总电源2，电池低电压检测电路17的输出端与微控制器13相连接；系统开机电路18如图3所示，其主要由型号为MRSS22L的磁电阻式传感器芯片U2和第三电阻R3组成，磁电阻式传感器芯片U2的第1脚接总电源2，磁电阻式传感器芯片U2的第2脚与微控制器13相连接，第三电阻R3连接于磁电阻式传感器芯片U2的第1脚与磁电阻式传感器芯片U2的第2脚之间，磁电阻式传感器芯片U2的第3脚接电源地，由于这种结构的系统开机电路18能够实现非接触式开机，解决了接触式开机方式存在的弊端，因此能够有效地提高该防溺水报警器的防水性能；壳体上设置有LED指示灯，指示灯电路19与LED指示灯相连接。

当系统开机电路18工作后即当正常通电后，电源转换电路15将总电源2的电压转换成传感器电路12正常工作时的工作电压，当总电源2的电压界于3.0V—4.2V时，传感器电路12的工作电压为3.0V，反之传感器电路12不工作；在传感器电路12的工作电压正常的情况下，微控制器13控制指示灯电路19驱动LED指示灯常亮1秒钟，以提醒用户该防溺水报警器开始工作；该防溺水报警器在工作过程中，当电池低电压检测电路17检测到总电源2的电压小于3V时，电池低电压检测电路17的输出端输出低电平，并传输低电平给微控制器13，微控制器13根据接收到的低电平自动关闭电源转换电路15即自动关闭溺水检测功能，同时微控制器13控制指示灯电路19驱动LED指示灯每7秒钟闪烁3次，表示电池即总电源2低压，以提醒用户需要对该防溺水报警器进行充电，有效地避免了该防溺水报警器在低电压情况下不能准确报警的状况的发生；当电池低电压检测电路17检测到总电源2的电压大于或等于3V时，电池低电压检测电路17的输出端输出高电平，并传输高电平给微控制器13，此时该防溺水报警器继续正常工作，在正常工作中微控制器13控制指示灯电路19驱动LED指示灯每7秒钟闪烁1次；该防溺水报警器关机时，微控制器13控制指示灯电路19驱动LED指示灯连续闪烁5次。在实际设计过程中，可根据实际需求控制LED指示灯的亮灭和闪烁情况以区别该防溺水报警器处于不同的状态下。

在本实施例中，无线射频发射模块14可采用型号为MICRF113的无线发射芯片，也可采用其它型号的无线发射芯片；电源转换电路15采用现有技术；电池低电压检测电路17采用现有技术；指示灯电路19采用现有的LED灯驱动电路。

Claims (7)

1.一种防溺水报警器，包括壳体，其特征在于所述的壳体内设置有报警电路芯片，所述的报警电路芯片包括芯片触水导线、传感器电路、微控制器、无线射频发射模块和用于将总电源的电压转换成所述的传感器电路的工作电压的电源转换电路，所述的芯片触水导线呈环形分布于所述的报警电路芯片的四周边缘上，所述的壳体上设置有贯穿所述的壳体的对称两侧壁的通孔，两个所述的通孔相连通形成芯片置放腔，所述的报警电路芯片置放于所述的芯片置放腔内，所述的芯片触水导线位于所述的芯片置放腔的边缘，所述的芯片触水导线与所述的报警电路芯片的地构成一个感应电容，所述的芯片触水导线与所述的传感器电路的输入端连接，所述的传感器电路的输出端与所述的微控制器的输入端连接，所述的微控制器的输出端与所述的无线射频发射模块的输入端连接，所述的电源转换电路与所述的微控制器连接；所述的传感器电路实时感应所述的感应电容的电容值发生变化所引起的信号，并转换所述的感应电容的电容值发生变化所引起的信号为数字电压信号，传输数字电压信号给所述的微控制器，所述的微控制器根据数字电压信号确定是否发生溺水，在发生溺水时产生报警信号，并传输报警信号给所述的无线射频发射模块；

所述的传感器电路主要由型号为ADAM02S的触摸感应芯片、用于稳定所述的传感器电路的工作电压的第一滤波电容、用于调节触水灵敏度的第二电容、用于调节触水灵敏度的第一限流电阻和用于保护与所述的传感器电路的输出端连接的模块的第二输出限流电阻组成，所述的触摸感应芯片的第1脚接入高电平或低电平，所述的触摸感应芯片的第2脚通过所述的第二电容接电源地，所述的触摸感应芯片的第3脚分别与所述的电源转换电路的输出端和所述的第一滤波电容的一端相连接，所述的第一滤波电容的另一端接电源地，所述的触摸感应芯片的第4脚接电源地，所述的触摸感应芯片的第5脚通过所述的第一限流电阻与所述的芯片触水导线相连接，所述的触摸感应芯片的第7脚通过所述的第二输出限流电阻与所述的微控制器的输入端相连接。

2.根据权利要求1所述的一种防溺水报警器，其特征在于所述的传感器电路的工作电压为3V。

3.根据权利要求1或2所述的一种防溺水报警器，其特征在于所述的微控制器采用型号为HT68F03C的单片机，所述的传感器电路与所述的单片机之间连接有逻辑反相电路，所述的传感器电路的输出端直接与所述的逻辑反相电路的输入端相连接，所述的逻辑反相电路的输出端直接与所述的单片机的输入端相连接；所述的传感器电路传输数字电压信号给所述的逻辑反相电路，所述的逻辑反相电路传输反相后的数字电压信号给所述的单片机。

4.根据权利要求3所述的一种防溺水报警器，其特征在于所述的报警电路芯片还包括用于检测总电源的电压是否小于3V的电池低电压检测电路，所述的电池低电压检测电路的输入端接总电源，所述的电池低电压检测电路的输出端与所述的微控制器相连接；所述的电池低电压检测电路检测到总电源的电压小于3V时，所述的电池低电压检测电路的输出端输出低电平，并传输低电平给所述的微控制器，所述的微控制器根据接收到的低电平自动关闭所述的电源转换电路。

5.根据权利要求4所述的一种防溺水报警器，其特征在于所述的报警电路芯片还包括用于实现非接触式开机的系统开机电路，所述的系统开机电路主要由型号为MRSS22L的磁电阻式传感器芯片和第三电阻组成，所述的磁电阻式传感器芯片的第1脚接总电源，所述的磁电阻式传感器芯片的第2脚与所述的微控制器相连接，所述的第三电阻连接于所述的磁电阻式传感器芯片的第1脚与所述的磁电阻式传感器芯片的第2脚之间，所述的磁电阻式传感器芯片的第3脚接电源地。

6.根据权利要求5所述的一种防溺水报警器，其特征在于所述的报警电路芯片还包括与所述的微控制器相连接的指示灯电路，所述的壳体上设置有LED指示灯，所述的指示灯电路与所述的LED指示灯相连接；所述的电池低电压检测电路的输出端输出低电平时，所述的微控制器控制所述的指示灯电路驱动所述的LED指示灯在设定时间内连续闪烁；所述的系统开机电路工作后所述的微控制器控制所述的指示灯电路驱动所述的LED指示灯在设定时间内常亮。

7.根据权利要求6所述的一种防溺水报警器，其特征在于所述的无线射频发射模块采用型号为MICRF113的无线发射芯片。