CN105971671A - 一种基于无线传感网络电力电缆隧道消防系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于无线传感网络电力电缆隧道消防系统，由火灾探测单元、数据处理器、无线通信模块组成无线探测终端，将此无线探测终端分布放置于输电电缆上和电缆隧道易发生火灾点，由此构成分布式火灾探测网络。在电缆隧道通风口或者出口处设置中心节点，中心节点接收无线探测终端发出的数据并将数据打包通过GPRS网络发送至监测终端，若出现火情，则将报警信号分别发送至服务器和工作人员。在监测终端装设监测软件，提供隧道全线所有节点的数据查询和调阅。并可通过历史数据的对比，实现对电缆运行状态及运行环境的评估。
Description
技术领域
本发明涉及电力电缆隧道消防系统领域；主要针对城市电力电缆隧道，特别涉及到利用无线传感网络技术建立电力电缆隧道消防系统。
背景技术
随着我国经济快速发展和城市化进程的不断加快，大、中城市内电力架空线将渐渐被埋在地下的电力电缆取代，并有向更高电压等级、更大传输容量发展的趋势。消防系统设计是电力电缆隧道设计和建设的一个重要部分，与电力电缆能否安全稳定运行及电力经济息息相关。然而，由于电缆隧道通风和采光条件较差、环境温度高、电缆短路、电缆接头阻抗大等原因，隧道火灾很容易发生，这也是危害最大的一种灾害，对电网的正常运行构成了极大的威胁。因此，设计一套可靠、安全经济的消防系统是电缆安全、稳定、经济运行的重要保障。
目前，通常采用的是集散式温度监测系统为主的消防系统，对于城市输电电缆，由于现场无法提供电源、现场装置难以与中控室监控设备建立通信通道，这种方式显得无能为力。近年来，基于分布式光纤测温系统的火灾报警系统开始应用到电缆隧道的消防系统中。但光纤传感方式需要敷设大规模电缆，工程量极大，同时光纤测温传感器造价高，暂时难以大规模推广。
无线传感网络技术的成熟为电缆隧道火灾预警提供了一种很好的解决方案。对比于昂贵的光纤测温系统，它具有以下新特点:（1）通信与传感集成为一体，体积小，安装方便；（2）自动报警；（3）可以保存历史数据，对电缆长期运行状况进行评估；（4）成本低廉，适合大规模应用。
发明内容
鉴于此，本发明的目的是提供一种基于无线传感网络电力电缆隧道消防系统，采用两级传输网络，能够对电缆进行实时动态监测、自动报警及状态评估。
为了实现上述目的本发明采用的方案是：一种基于无线传感网络电力电缆隧道消防系统，包括监测终端、中心节点和无线探测终端，所述无线探测终端安装在电力电缆隧道中，用于监测电力电缆隧道中的火灾情况，并将数据发送给中心节点；中心节点安装在电力电缆隧道的通风口、出口以及能与地面相通处，用于接收和传输无线探测终端发出的数据；无线探测终端用于对接收到的数据进行判断、显示和储存，并在异常情况时向工作人员发送报警信号。
本发明的一实施例中，所述无线探测终端包括能量供应模块、火灾探测单元、数据处理模块和无线传输模块，所述火灾探测单元包括气体浓度传感器、温度传感器和烟感传感器分别对敏感气体、温度和烟雾浓度进行探测，然后分别将探测到的信号输入数据处理模块，再由无线传输模块进行数据传送，能量供应模块给各模块供电。所述气体浓度传感器由TGS2442、TGS2600、TGS2610、TGS2611、TGS2620这五个传感器构成的传感器阵列组成。利用该传感器阵列对氢气、气态碳氢化合物和醇类具有交叉敏感的特性，可对不同类型的火灾进行识别和分类。
所述能量供应模块采用锂电池，保证供电可靠，减小电磁干扰的影响。
本发明的又一实施例中，所述中心节点包括UT1212无线接收模块、MCU控制器和GPRS通信模块，UT1212无线接收模块将接收到的数据传输给MCU控制器，MCU控制器对数据进行处理后由GPRS通信模块通过GPRS网络发送给远端的监测终端。UT1212无线接收模块与GPRS通信模块之间采用UATR连接。
为了降低功耗，设置UT1212无线接收模块的SET1和SET2，使工作方式为唤醒工作机制。
本发明采用了五个传感器组成传感器阵列，可实现烟雾、有害气体、温度进行综合检测，实现火灾各阶段及其产生物的全覆盖。通过中间节点的设置和传输节点的设置可实现全隧道的实时监测。
附图说明
图1为本发明的一种基于无线传感网络电力电缆隧道消防系统的总体图；
图2为本发明的无线探测终端结构示意图；
图3为本发明的无线探测终端节点数据采集流程示意图；
图4为本发明的中心节点功能结构示意图；
图5为本发明的无线通信发送端流程图；
图6为本发明的无线通信接收端流程图。
具体实施方式
一种基于无线传感网络电力电缆隧道消防系统的总体结构示意图参见图1，其具体实施步骤如下：
1、在电力电缆隧道中，根据电缆消防系统的设计规范及电缆隧道的结构，明确需要火灾监测的位置并安装无线火灾探测终端3。无线火灾探测终端3主要包括能量供应模块2.1、火灾探测单元2.2、数据处理模块2.3和无线传输模块2.4，所述火灾探测单元2.2包括气体浓度传感器2.5、温度传感器2.6和烟感传感器2.7分别对敏感气体、温度和烟雾浓度进行探测，然后分别将探测到的信号输入数据处理模块2.3，再由无线传输模块2.4进行数据传送，能量供应模块2.1给各模块供电。该无线火灾探测终端用于采集安装处的温度、烟雾浓度、气态碳氢化合物浓度的数据，并暂存、处理、传送数据。
A、火灾探测单元2.2由温度传感器2.6、气体浓度传感器2.5、烟感传感器2.7构成，实现温度、敏感气体、和烟雾浓度的复合探测。其组成结构图参见图2。具体地，火灾探测单元由LM35温度传感器、散射光型光电烟感探测传感器，TGS气体浓度探测模块构成。TGS气体浓度探测模块由TGS2442、 TGS2600、TGS2610、TGS2611、TGS2620这五个传感器构成传感器阵列组成，该传感器阵列对氢气、气态碳氢化合物和醇类具有交叉敏感的特性，对不同类型的火灾识别和分类。
B、无线探测终端节点采集数据的流程图参见图3。
2、在隧道的通风口、出口以及能与地面相通处分布安装中心节点2，用于接收和传输无线监测终端1发出的信息。中心节点负责接收各个测量节点的温度数据、烟雾数据、敏感气体数据，并对各个终端节点数据进行转换，将传感器监测数据进行储存，然后统一打包通过GPRS网络发送给远端的监测终端1。
A、中心节点选取MCU单片机进行数据处理，GPRS通信模块选用TC35i模块，该模块已经有国内的无线电设备入网证。GPRS通信模块与UTC1212之间采用 UATR连接。中心节点的系统设计参见图4.
B、无线探测终端与中心节点之间的无线通信分为接收端的无线通信和发送端的无线通信。为了降低功耗，在监测软件设计中对中心节点采用了唤醒工作机制。UTC1212可以通过 SET1和SET2设置芯片的4种工作模式：正常模式、唤醒模式、省电模式、休眠模式(配置模式)，通过SET1和SET2选择这四种工作模型。发送端的通信流程图参见图5，接收端的通信流程图参见图6。
3、在监控室设置监测终端1，监控室的上位机安装监测软件，设置无线火灾监测终端的工作模式。监测软件对数据进行判断、显示和储存，并在异常情况时发送报警信号，还能实现对历史数据的查询和对比，从而可对电缆运行工况和运行环境进行评估。
Claims (7)
1. 一种基于无线传感网络电力电缆隧道消防系统，其特征在于：包括监测终端（1）、中心节点（2）和无线探测终端（3），所述无线探测终端（3）安装在电力电缆隧道中，用于监测电力电缆隧道中的火灾情况，并将数据发送给中心节点（2）；中心节点（2）安装在电力电缆隧道的通风口、出口以及能与地面相通处，用于接收和传输无线探测终端（3）发出的数据；无线探测终端（3）用于对接收到的数据进行判断、显示和储存，并在异常情况时向工作人员发送报警信号。
2.根据权利要求1所述一种基于无线传感网络电力电缆隧道消防系统，其特征在于：所述无线探测终端（3）包括能量供应模块（2.1）、火灾探测单元（2.2）、数据处理模块（2.3）和无线传输模块（2.4），所述火灾探测单元（2.2）包括气体浓度传感器（2.5）、温度传感器（2.6）和烟感传感器（2.7）分别对敏感气体、温度和烟雾浓度进行探测，然后分别将探测到的信号输入数据处理模块（2.3），再由无线传输模块（2.4）进行数据传送，能量供应模块（2.1）给各模块供电。
3.根据权利要求2所述一种基于无线传感网络电力电缆隧道消防系统，其特征在于：所述气体浓度传感器（2.5）由TGS2442、TGS2600、TGS2610、TGS2611、TGS2620这五个传感器构成的传感器阵列组成。
4.根据权利要求2所述一种基于无线传感网络电力电缆隧道消防系统，其特征在于：所述能量供应模块（2.1）采用锂电池。
5.根据权利要求1所述一种基于无线传感网络电力电缆隧道消防系统，其特征在于：所述中心节点（2）包括UT1212无线接收模块（4.1）、MCU控制器（4.2）和GPRS通信模块（4.3），UT1212无线接收模块（4.1）将接收到的数据传输给MCU控制器（4.2），MCU控制器（4.2）对数据进行处理后由GPRS通信模块（4.3）通过GPRS网络发送给远端的监测终端（1）。
6.根据权利要求5所述一种基于无线传感网络电力电缆隧道消防系统，其特征在于：所述UT1212无线接收模块（4.1）与GPRS通信模块（4.3）之间采用UATR连接。
7.根据权利要求5或6所述一种基于无线传感网络电力电缆隧道消防系统，其特征在于：设置所述UT1212无线接收模块（4.1）的SET1和SET2，使工作方式为唤醒工作机制。
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