CN106019991A - 一种无线智能消防卷帘门控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线智能消防卷帘门控制系统及方法，控制系统采用无线通信方式，在消防卷帘门电气单元上设置一个消防卷帘门控制器用于卷帘门状态监控；在消防控制室侧设置一个主控制器对卷帘门状态监视与消防联动时的卷帘门控制；在消防卷帘门控制器与消防控制室侧主控制器之间设置若干个信号接力传送单元（路由器），用于消防控制室侧主控制器与消防卷帘门控制器之间的信号接力传送。正常工况时监视卷帘门状态；消防联动时控制卷帘门闭合与开启，实现消防防火隔离。本发明具有抗干扰性强、自动监控、安装调试方便、维护成本低等优点，满足消防卷帘门监控系统可靠、抗干扰、稳定的控制要求，可广泛于建筑物消防系统。

Description

一种无线智能消防卷帘门控制系统及方法

技术领域

本技术涉及一种建筑物消防卷帘门控制系统，尤其涉及一种无线智能卷帘门控制系统及方法。

背景技术

目前市面上所出现的各种消防卷帘门控制系统，主要是采用简单的有线方式的控制模式，实现卷帘门的关闭与开启控制以及卷帘门状态检测功能，而卷帘门控制系统施工量大，系统安装和维护成本高。随着我国消防产业规模的不断扩大，消防行业技术的提升和智能消防的发展，采用有线监控的消防卷帘门运行控制模式由于其抗干扰性和安装与维护困难等缺点，越来越不能满足现代消防系统的监控要求。同时，建筑消防控制室为了掌握现场卷帘门工作状态数据，需要对各个现场的卷帘门运行状态进行监测，并与消防主机进行通信，由于卷帘门处于分布式状态，现有的有线监测网络已经不能适应新的监控模式的要求。

ZigBe技术是一种新兴的无线传感器网络技术，是一种低功耗、低复杂度、低速率、低成本，可靠性、实时性、灵活性非常高的无线网络通信技术。与其他无线网络技术相比较，ZigBee网络在功耗、成本、复杂度和自组网方面具有优势，特别是ZigBee技术使用ISM通信频段，无需申请专用频段；在网络协议方面使用ZigBee联盟的协议，无需专利费用；ZigBee网络具有星型、网状型等到多种拓扑结构，用户可自行选择组网形式；ZigBee网络还具有自组网功能，网络中的节点可随时加入或退出网络，并不影响网络的正常工作，其网络容量可多达6.5万个节点，特别适用于分布式监测系统中；ZigBee的网络协议包使用灵活，用户可针对不同的应用，对网络协议进行精简，以提高网络的数据传输效率；ZigBee网络的传输距离，在增强了RF的发射功率后，可达1km左右，满足用户对传输距离的要求；ZigBee实时性非常强，数据传输时延短，接入网络的时时在30ms以下，相对其他无线网络的接入时间短得多；ZigBee节点在不工作时，自动进行休眠状态，能从很短的时间内容转入到工作模式，节约系统能量；此外，ZigBee还具有三级安全模式，用户可以根据需要选择，对系统传输数据具有很好的安全性；ZigBee芯片内含CPU、RAM、A/D转换、数字时钟、看门狗、电源单元、DAM控制器、闪存、基带数据处理单元、RF处理传输等部分组成。

ZigBee技术特别适用于传输数据量较小、实时性要求高传输距离短、有线控制实现困难及安装与维护成本高、系统资源受限和工作环境恶劣的场合。

发明内容

本发明针对以上问题，而研制了一种使用和扩展方便，组网方式灵活，实时性强、抗干扰，数据信息安全性高的无线智能消防卷帘门控制系统。本发明包所使用的技术手段如下：

一种无线智能消防卷帘门控制系统，包括：

一个主控制器、若干个消防卷帘门状态信息采集与卷帘门控制器、若干个数据接力传送控制器（路由器）；主控制器位于消防控制室侧，卷帘门状态信息采集与卷帘门控制器位于卷帘门侧，数据接力传送控制器（路由器）位置相对固定；

主控制器通过安装在各卷帘门上的卷帘门控制器对卷帘门运行状态信息进行采集，由主控制器对这些信息进行分析处理和存储，传输到消防控制柜或进行卷帘门工作状态信息显示；当消防控制柜产生消防联动信号时，主控制器产生卷帘门控制指令，通过数据接力传送控制器（路由器）传送至卷帘门控制器，关闭卷帘门进行防火隔离；当消防联动结束时，主控制器发出卷帘门开启指令，通过数据接力传送控制器（路由器）传送至卷帘门控制器控制卷帘门打开。

其特征在于：

在所述控制器上均设有ZigBee处理器与通信单元，用于消防控制室主控制器与卷帘门侧控制器之间的卷帘门状态信息接收，以及消防联动时卷帘门开启与闭合指令的传送；

所述消防控制室侧主控制器包括：ZigBee通信单元、ZigBee处理器单元、主处理器单元、数据接口单元、电源单元；其中ZigBee通信单元实现与卷帘门控制器之间的通信，接收到卷帘门控制器发来的卷帘门工作状态信息后，通过ZigBee处理器单元处理，产生卷帘门状态信号，然后通过主处理器发送至显示屏上显示；同时，将卷帘门工作状态信息通过数据接口单元传输至消防控制柜；消防联动时，接收消防控制柜的联动信号，经主处理器处理，传送至ZigBee处理器生成卷帘门开启或闭合指令，由ZigBee通信单元发送至卷帘门控制器，控制卷帘门的开启或闭合；

所述卷帘门控制器包括：卷帘门状态数据采集监测单元、卷帘门开启或闭合控制单元、信号与隔离单元、ZigBee处理器单元、ZigBee通信单元、电源单元；其中卷帘门工作状态数据采集监测单元、信号与隔离单元采集卷帘门状态信息，然后送到ZigBee处理器单元中进行处理，再通过ZigBee通信单元传送至消防控制室侧主控制器；消防联动时，ZigBee通信单元接收到消防控制室侧主控制器发送的卷帘门开启或闭合信号，经ZigBee处理器单元处理后，产生卷帘门开启或闭合指令，控制卷帘门开启或闭合，进行消防火灾隔离；

所述信号接力传输控制器（路由器）包括：ZigBee通信单元、ZigBee处理器单元、电源单元；其中ZigBee通信单元接收到空中数据信号，经ZigBee处理器单元处理，判断是否是需要接力传输的数据，若是，则进行数据转发，完成数据接力传送。

一种无线智能卷帘门运行控制方法，其特征在于包括如下步骤：

a．卷帘门控制器和消防控制室侧主控制器、数据接力传输控制器（路由器）开机初始化，自动组建基于ZigBee的无线监控网络；

b．卷帘门控制器和消防控制室侧主控制器、接力传输控制器（路由器）分别独立运行，卷帘门控制器通过安装在卷帘门上的各卷帘门运行状态采集单元对卷帘门工作状态信息进行采集，通过ZigBee发射单元和数据接力传输控制器（路由器）实时向消防控制室侧主控制器发送卷帘门工作状态信号；当消防联动时，通过数据接力传输控制器（路由器）接收消防控制室侧主控制器发送的控制指令，控制卷帘门开启或闭合，同时，将卷帘门动作信息通过数据接力传输控制器（路由器）发送至消防控制室的主控制器；

c．消防控制室侧主控制器接收到卷帘门工作状态信息后，由其ZigBee处理器单元进行数据处理，由主处理单元进行卷帘门状态信息显示。同时，主处理器通过数据接口传输至消防控制柜；

d．消防联动时，消防控制柜输入消防联动信号给消防控制室主控制器，由主控制器处理单元处理后，生产卷帘门控制信号，经其ZigBee处理器单元处理后，通过ZigBee通信单元发送至卷帘门控制器，关闭卷帘门进行火灾隔离，同时在显示屏上显示系统为消防联动状态；当消防联动解除后，向卷帘门控制器发送卷帘门开启指令，打开卷帘门，同时在显示屏上显示系统为正常状态；

e．数据接力控制器（路由器）对接收到的信号由其ZigBee处理器单元进行处理，判断信号是否需要接力传输，若是，则进行数据接力传输，否则进行休眠；

本发明的无线智能消防卷帘门控制系统，具有工作可靠（系统采集碰撞避免机制，避免了节点发送数据时的竞争与冲突，系统具有自动动态组网功能，节点的加入与退出不影响整个网络的工作稳定，信号在整个网络中通过路由节点以自动路由的方式进行传输，从而保证了监测系统数据传输的可靠性）、实时性强（ZigBee网络节点在传输数据时时延短）、抗干扰（系统采用ISM工作频段和特殊的数据处理方式）、低功耗（ZigBee节点不工作时自动进入休眠状态，休眠电流极低）、网络容量大和数据安全性高等特点。完全可以满足建筑物消防卷帘门控制可靠性、实时性、抗干扰和稳定性的监控要求。

附图说明

图1本发明的单台卷帘门监控框图（单台卷帘门监控系统框图）；

图2本发明的分布式多台卷帘门监控框图（分布式多台卷帘门监控系统框图）；

图3本发明的卷帘门控制器组成框图；

图4本发明的消防控制室侧主控制器组成框图；

图5本发明的数据接力传输控制器（路由器）组成框图；

图6本发明的主控制器及控制系统工作流程图；

图7本发明的卷帘门控制器的工作流程图；

图8本发明的数据接力传输控制器（路由器）工作流程图；

图9本发明的ZigBee通信数据帧格式框图（系统传输数据帧格式）。

具体实施方式

如图1～图5所示，本发明中的无线智能消防卷帘门控制系统由卷帘门控制器、消防控制室则主控制器、数据接力传输控制器（路由器）组成。系统可以是单台卷帘门与消防控制室侧主控制器、多个数据接力传输控制器（路由器）组成单台消防或空调卷帘门监控系统（简称为单机监控），也可以是多台卷帘门与消防控制室侧主控制器及多个数据接力控制器（路由器）组成多台卷帘门监控系统（简称为多机监控）。

单机监控系统如图1所示，包括卷帘门控制器、ZigBee网络、消防控制室侧主控制器和数据接力控制器（路由器）。其中，各控制器之间通过ZigBee无线传输技术进行数据通信，数据接力传输控制器（路由器）为可选，若距离较短的情况下，该控制器可省略；

多机监控系统如图2所示，系统中有n个卷帘门控制器、ZigBee网络、1个消防控制室侧主控制器、m个数据接力控制器（路由器），其中，各控制器之间通过ZigBee无线传输技术进行数据通信，在卷帘门控制器与消防控制室侧主控制器距离较远的情况下，通过数据接力传输控制器（路由器）进行系统数据接力传输；

各卷帘门的状态信息是通过卷帘门控制器进行数据采集、分析处理，并通过ZigBee无线网络传输到消防控制室侧主控制器，由主控制器进行分析处理；

如图3所示卷帘门控制器由卷帘门状态监测单元（1）、卷帘门开启控制单元（2）、卷帘门闭合控制单元（3）、信号采集与隔离单元（4）、ZigBee处理器单元（5）、ZigBee通信单元（6）、电源单元（7）组成。该控制器在卷帘门处于非消防联动时，处于休眠状态，卷帘门工作状态检测由ZigBee处理器单元（5）中的看门狗定时器设定的时间通过工作状态监测单元（1）采集卷帘门状态信息，并通过信息采集隔离单元（4）进行数据转换，卷帘门控制器通过采集到卷帘门状态信号的电平，送到ZigBee处理器单元（5）中进行A/D转换与相应的处理，再通过ZigBee通信单元（6）传送到控制室侧控制柜。当卷帘门处于消防联动状态时，卷帘门控制器由ZigBee通信单元（6）接收到的卷帘门动作控制指令激活出卷帘门控制器，卷帘门控制器的ZigBee处理器单元（5）对消防控制室侧主控制器传输过来的卷帘门动作指令进行处理，生成卷帘门控制动作指令，然后通过信息采集隔离单元（4）输出至卷帘门开启控制单元（2）打开卷帘门或输出至卷帘门闭合控制单元（3）关闭卷帘门；

如图4所示消防控制室侧主控制器由ZigBee通信单元（1）、ZigBee处理器单元（2）、主处理器单元（3）、数据显示单元（4）、数据接口单元（5）、电源单元（6）组成；其中ZigBee通信单元（1）接收到卷帘门工作状态信号后，通过其ZigBee处理器单元（2）处理后，产生卷帘门状态信息，通过主处理器单元（3）处理后输出至数据显示单元（4）显示卷帘门状态；同时将卷帘门状态信息通过数据接口单元（5）传输至消防控制柜；当主处理器单元（3）接收到消防控制柜的消防联动信号时，产生卷帘门控制指令输出至ZigBee处理器单元（2），由ZigBee处理器单元（2）生成卷帘门控制动作指令，经ZigBee通信单元（1）发送至卷帘门控制器开启或闭合卷帘门。此外，该主控制器的ZigBee处理器单元（2）还是一个ZigBee网络管理器，负责整个网络的节点管理，对系统中个节点的加入与退出进行管理，给系统中每个节点分配地址；

如图5所示的信号接力传输控制器（路由器）由ZigBee通信单元（1）、ZigBee处理器单元（2）、电源单元（3）组成。其中ZigBee通信单元接收到空中数据信号，经其ZigBee处理器单元处理，判断是否是需要接力传输的数据，若是，则进行数据转发，完成数据接力传送。该控制器在空中无信号时，自动进入休眠状态，只有在有信号的情况下才被激活；

无线智能消防卷帘门控制系统的工作平台是ZigBee无线网络，该网络是一个由可多达6.5万个无线节点所组成的无线网络平台，与目前的移动通信网络（如CDMA、GSM）等网络类似，每个ZigBee节点类似移动通信网络中的一个基站，在整个网络中，各节点之间相互通信；每个节点的传输距离可从75m到1km，该网络还可以与其他网络实现相互连接，实现与其他网络之间的通信；

ZigBee技术是传感器与网络的结合，其主要是为环境参数监测、工业自动化控制等应用而建立的，主要应用在资源受限，通信速率不高、实时性要求较强、高可靠性和高扩展性、高抗干扰性和成本要求低廉的场合。ZigBee网络中各节点体积小，能耗低，可嵌入性强，节点可嵌入到传感器或控制器中组成无线传感器网络。ZigBee网络中的节点可分为全功能节点（FFD）和精简功能节点（RFD）两类，其中全功能节点可以作为网络控制器或簇控制器，负责网络管理，精简功能节点作为网络的终端。每个ZigBee节点可多达31个设备（传感器或受控设备）。

本发明中消防控制室侧的主控制器设备为全功能节点，负责监测系统的网络管理，其他节点均设置为精简功能节点，完成相应的任务。

消防控制室侧主控制器通过ZigBee的RF接收模块将接收到的数据输入到ZigBee存储器中，然后由CPU进行分析处理，得到卷帘门工作状态信息，再通过RF处理单元输出到RF模块发射。同时通过与ZigBee输出接口相连的RS232/485数据接口输出到消防控制柜中进行处理与存储；

消防联动时，消防控制室侧主控制器通过与消防控制柜之间的数据接口接收消防联动信号，输入到ZigBee存储器中由CPU进行分析处理，得到消防卷帘门火灾排烟动作指令，再通过RF处理单元输出到RF模块及数据接力传输控制器（路由器）发射至对应的卷帘门电磁控制器，启动或停止卷帘门的防火隔离动作；

数据接力传输控制器（路由器）通过ZigBee的RF接收模块将接收到的数据输入到ZigBee存储器中，然后由CPU进行分析处理，判断是否是需要转发的数据，若是，则将该数据转发至相应的节点，否则丢弃该数据；

结合图6、图7、图8、图9将系统工程的工作情况描述如下：无论是单卷帘门监控还是多卷帘门监控，系统操作总是从消防控制室侧的主控制器开机初始化开始，建立监控系统网络。网络建立后，一方面通过监听无线信号等待其他设备的加入，若有设备加入到网络中则给该设备分配网络资源（如网络地址等）；另一方面接收卷帘门控制器的卷帘门工作状态信息，并对故障信息进行处理，然后发送到显示单元显示，同时，将数据通过RS232/485数据接口传输至消防控制柜（消防控制计算机）中；

卷帘门控制器开机初始化后，先向消防控制室侧主控制器发送加入网络信息，加入成功后，进入休眠状态，当卷帘门控制器中看门狗定时器启动时，通过定时器触发信号启动卷帘门控制单元采集卷帘门状态信号，通过相应处理后，经RF无线模块发射出去；

数据接力传输控制器开机后初始化，先向消防控制室侧主控制器发送加入网络信息，加入成功后，进入休眠状态，当接收到无线信号时激活，将接收到的数据传输至CPU处理，判断是否是需要转发的数据，若是，则转发，否则丢弃该数据。完成操作后重新进入休眠。

本发明使用ZigBee技术主要考虑卷帘门运行监控系统由于对象数量众多且卷帘门位处于分布状态，使用有线方式很难可靠地实现大量的卷帘门运行监控；另一方面，由于消防卷帘门控制系统报传输的数据主要以开关量为主，数据量较小，但对实时性要求高；由于ZigBee技术具有组网灵活，各节点之间的网络拓扑可采用星型、网状等结构。在应用中，还可以与工业级差组态软件配合使用；

实际应用中，消防控制室侧主控制器安装于消防控制柜侧；卷帘门控制器（运行监控装置）安装在卷帘门侧；数据接力传送控制器位置相对固定；卷帘门控制器定时检测卷帘门状态经处理后发送至消防控制室侧主控制器上，由主控制器处理后，显示卷帘门状态信息，经消防控制室侧主控制器的数据接口传输至消防控制柜；当系统处于消防联动时，主控制器接收消防联动信号，通过无线收发控制单元，将卷帘门开闭动作控制指令发送至卷帘门侧的卷帘门控制器，进行火灾隔离；数据接力控制器（路由器）负责对网络数据的接力传送。同时，消防控制室侧主控制器还负责整个卷帘门控制监控网络的管理。

上述仅为本发明较佳的具体实施方式，但发明的保护范围并不局限于此，任何熟透本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种无线智能消防卷帘门控制系统及方法，包括：

系统由一个主控制器、若干个消防卷帘门状态信息采集与卷帘门动作控制器、若干个数据接力传送控制器（路由器）组成；主控制器位于控制室侧，消防卷帘门状态信息采集与卷帘门动作控制器位于消防卷帘门侧，数据接力传送控制器位置相对固定；

主控制器通过安装在各消防卷帘门上的卷帘门控制器对消防卷帘门状态信息进行采集，由主控制器对这些信息进行分析处理和存储，传输到消防控制柜存储或进行消防卷帘门状态信息显示；当消防控制柜产生消防联动信号时，主控制器产生消防卷帘门控制指令，通过数据接力传送控制器（路由器）传送至卷帘门控制器，关闭消防卷帘门；当消防联动结束时，主控制器发出消防卷帘门开门指令，通过数据接力传送控制器（路由器）传送至消防卷帘门控制器打开卷帘门，其特征在于：

主控制器上设有处理器与ZigBee通信单元以及与消防控制柜的数据接口，用于消防控制柜与消防卷帘门侧控制器之间的卷帘门状态信息的接收、消防卷帘门控制指令的传送；通过数据接口与消防控制柜之间进行通信，传输消防卷帘门状态信息和接收消防联动信号；

消防卷帘门控制器上设有处理器与ZigBee通信单元，对卷帘门状态信息进行采集，由消防卷帘门控制器对这些信息进行处理，通过ZigBee通信单元将消防卷帘门状态信息发送至消防控制室侧的主控制器；当消防联动时，通过数据接力传送控制器（路由器）接收消防控制室侧主控制器产生消防联动信号，控制消防卷帘关闭动或开启；同时，消防卷帘门控制器将卷帘门动作信息通过数据接力传送控制器（路由器）传输至主控制器；

数据接力传送控制器（路由器）上设有处理器与ZigBee通信单元，负责消防主控制器与消防卷帘门控制器之间的数据接力传输；

主控制器通过ZigBee通信单元对卷帘门侧消防卷帘门控制器发出的卷帘门状态实时信息进行接收，由ZigBee处理器对传过来的数据进行处理，将数据传输至消防控制柜存储，同时，接收消防控制柜的联动控制信号，实现火灾时消防卷帘门的关闭与开启。

2.根据权利要求1所述无线智能消防卷帘门控制系统，其特征在于所述控制系统包括：

消防卷帘门控制器：卷帘门状态监测单元、消防卷帘门关闭控制单元、消防卷帘门开启控制单元、信号采集与隔离单元、ZigBee处理器单元、ZigBee通信单元、电源单元；其中消防卷帘门状态监测单元所包含的传感器采集消防卷帘门的各种状态信息，并通过信号采集与隔离单元进行数据转换，然后送到ZigBee处理器单元中进行处理，再通过ZigBee通信单元及数据接力传送控制器（路由器）单元传输至消防控制室侧的主控制器；当消防联动时，ZigBee通信单元接收消防控制室侧主控制器的消防卷帘门动作控制指令，经ZigBee处理器单元处理后，驱动消防卷帘门关闭控制单元或消防卷帘门开启控制单元进行消防卷帘门的关闭或开启；

消防控制室侧主控制器：ZigBee通信单元、ZigBee处理器单元、主处理器单元、数据显示单元、数据接口单元、电源单元；其中，在系统处于监视状态时，ZigBee通信单元接收到消防卷帘门状态信号后，通过ZigBee处理器单元处理后，产生消防卷帘门状态信号，输出至数据显示单元显示消防卷帘门工作状态，同时通过数据接口传输至消防控制柜；在消防联动状态时，通过数据接口单元接收消防控制柜联动信号，由主处理器单元产生消防卷帘关闭启或开启信号，再由ZigBee处理器单元处理后，由ZigBee通信单元，通过数据接力传送控制器（路由器）单元传输至消防卷帘门侧的消防卷帘门控制器控制消防卷帘门的开启或关闭；

数据接力传送控制器（路由器）：ZigBee通信单元、ZigBee处理器单元、电源单元；其中ZigBee通信单元接收到空中数据信号，经ZigBee处理器单元处理，判断是否是需要接力传输的数据，若是，则进行数据转发，完成数据接力传送。

3.根据权利要求2所描述无线控制的智能消防卷帘门控制系统，其特征在于系统中所有的监控单元之间使用ZigBee模式进行通信，系统主控制器与消防控制柜之间数据接口通过RS232/RS485进行通信。

4.一种无线智能消防卷帘门控制方法，其特征在于包括如下步骤：

a．消防卷帘门侧控制器和消防控制室侧主控制器、数据接力传输控制器（路由器）开机初始化，自动组建基于ZigBee的无线监控网络；

b．消防卷帘门控制器和消防控制室侧主控制器、接力传输控制器（路由器）分别独立运行，消防卷帘门侧控制器通过安装在消防卷帘门上的卷帘门运行状态采集单元对卷帘门状态信息进行采集，通过ZigBee发射单元和数据接力传输控制器（路由器）实时向消防控制室侧主控制器发送卷帘门状态信号；当消防联动时，通过数据接力传输控制器（路由器）接收消防控制室侧主控制器发送的控制指令，控制卷帘门关闭或开启，同时，将卷帘门动作信息通过数据接力传输控制器（路由器）发送至消防控制室的主控制器；

c．消防控制室侧主控制器接收到消防卷帘门状态信息后，由其ZigBee处理器单元进行数据处理，通过卷帘门状态显示单元显示消防卷帘门状态信息，同时，主处理器通过数据接口传输至消防控制柜；

d．消防联动时，消防控制柜输入消防联动信号给消防控制室主控制器，由主控制器处理单元处理后，生产消防卷帘门控制信号，经其ZigBee处理器单元处理后，通过ZigBee通信单元发送至消防卷帘门控制器，关闭消防卷帘门进行消防防火，同时在显示屏上显示系统为消防联动状态；当消防联动解除后，向消防卷帘门控制器发送消防卷帘门开启指令，同时在显示屏上显示系统为正常状态；

e．数据接力传输控制器（路由器）对接收到的信号由其ZigBee处理器单元进行处理，判断信号是否需要接力传输，若是，则进行数据接力传输，否则进行休眠。

5.根据权利要求4所述一种无线智能消防卷帘门控制系统的监控方法，其特征在于消防卷帘门侧控制器将卷帘门状态信息通过无线方式发送至消防控制室侧的主控制器，消防控制室侧的主控制器将消防联动控制指令以无线方式发送消防卷帘门侧控制器，控制消防卷帘门关闭或开启；主控制和消防卷帘门控制器之间通过ZigBee单元进行信令交互，再通过接力传输控制器进行信号的接力传送；各种初始化数据也通过ZigBee网络上传到控制室侧的主控制器。