CN107808485B - 一种利用可见光通信检测火源的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无线通信技术和火源监测领域，公开一种利用可见光通信检测火源的方法。基于LED可见光通信技术，由于火焰的遮挡，可见光通信将会中断，在接收端收到的将是火光的照度和LED照度之和，由于燃烧火光的照度远大于LED照度，因此，在可燃物开始燃烧，并产生火焰时，将检测不到LED的照度，为了区分火焰的照度和LED的照度，可以在LED上增加电信号调制，即LED发出的光是调制之后的光，最后通过信号处理模块提取火焰的信息。本发明在LED照明的同时实现通信以及火源的检测，具有良好的市场前景。
Description
技术领域
本发明涉及火源检测和可见光通信技术领域，尤其涉及一种利用可见光通信检测火源的方法。
背景技术
火的应用对人类文明和社会进步起到了巨大的推动作用，但是一旦失去控制，火就会给人类生活带来威胁。鉴于此，即时检测火源是保证人类生命安全的必要技术。在现有的技术里，有感温式火灾检测、离子感烟检测、紫外线烟雾检测、红外线烟雾检测等。检测器通常通过物理或化学作用来检测是否存在火灾产生的烟雾中的某些粒子，或是通过检测火焰产生的光度变化来判断是否产生了火灾。在这些粒子没有到达这些探测器的传感器并且达到一定浓度以激活它们，就不会发生警报。因此，传统的火灾检测方法可靠性和稳定性饱受争议。
基于LED可见光通信检测火源的方法是一种简单可靠易于推广的检测方法。可见光通信是一种在照明的同时进行通讯的无线光通信方式。所使用的LED光源具有较高的光效、低功率和较长的使用寿命的特点。基于LED可见光通信检测火源的方法是从光的角度来进行检测，LED发出携带调制信号的非相干光，在自由空间进行传输后，在光电探测器端进行信号检测，并恢复出原始信号。LED照明的大量使用，使得该技术的推广具备了条件。LED能够同时起到照明、通信以及检测火源的作用，具有良好的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术方法的不足，提供一种稳定可靠低成本便于推广使用的检测火源的方法，即一种利用可见光通信检测火源的方法，在进行照明通信的通信同时能进行火源的检测。
由于火焰的遮挡，可见光通信将会中断，在接收端收到的将是火光的照度和LED照度之和，由于燃烧火光的照度远大于LED照度，因此，在可燃物开始燃烧，并产生火焰时，将检测不到LED的照度，为了区分火焰的照和LED的照度，可以在LED上增加电信号调制，即LED发出的光是调制之后的光。
为实现上述发明目的，提出如下利用可见光通信检测火源的装置：
包括以下组成部分：
可见光发射节点(101)，该发射节点包含发光二极管(LED)，该节点放置于某一特定空间的不同位置，用来向硅光电池发送波形编码的信息；
包含硅光电池的接收电路(102)，用于接收火焰照度或者LED照度；
信号处理模块(103)，用于从硅光电池的接收电路中提取火焰的信息。
可见光发射节点，可以由如下部分构成：
驱动电路，形成稳定的直流电压，用来驱动LED工作于线性工作区域，避免截止失真和饱和失真；
Bias Tee，用于将电信号源产生的信号和驱动电路产生的直流信号耦合，一起加载到LED上；
LED，可见光发射节点的光源；
电信号源，用于产生区别于火焰照度的电调制信号，该电调制信号最终调制到LED上，形成LED的照度。
包含硅光电池的接收电路(102)，可以由如下部分构成：
光学天线，用于汇聚可见光LED发射节点所发送的光信号；
硅光电池，光电检测器，用于接收LED光信号并转换成电信号；
放大电路，用于对光电检测器转换后的光电流进行放大处理。
LED可以是白光LED器件，或者其它颜色的LED器件。
电信号源产生的具体信号可以是简单的正弦波，正弦波的频率可以远离LED照明器件所选用的市电频率。
信号处理模块(103)按照下述方法，首先检测火焰不存在时光通信的链路特性：
a)确定该类型的LED工作在线性区域的最小发送光功率P0，即不产生截止失真的功率，以及工作在线性区域的最大发送光功率P1，即不产生饱和失真的功率；
b)可见光发射节点首先以最小光功率P0，向硅光电池发送波形编码的可见光；
c)硅光电池的接收电路将接收到的可见光转化为电流，测量得到最小电流的大小I0；
d)可见光发射节点首先以最大光功率P1，向硅光电池发送波形编码的可见光；
e)硅光电池的接收电路将接收到的可见光转化为电流，测量得到最小电流的大小I1；
f)经过长时间观测，确定外界环境光在硅光电池产生的光电流dI。
可以按照如下方法检测火焰的有无：
d)可见光发射节点以最大光功率P1向硅光电池发送信号，则包含硅光电池的接收电路接收到的光功率在[I1，I1+dI]。
e)在室内某个位置放置的可燃物产生火焰时，硅光电池接收到的光电流变大，在超过某个阈值I_th时，可以认为火焰已经产生；
f)当硅光电池接收到的光电流继续变大，超过了某个阈值I2时，可见光发射节点在硅光电池上产生的编码波形已经消失，可以认为火焰已经较大，且超出了检测的量程；
所述阈值I_th可以设定为I1+dI。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的利用可见光通信检测火源的方法能够满足照明通信，同时也能够实现火源的检测，具有良好的实用前景。
附图说明：
图1：本发明提出的利用可见光通信检测火源的方法结构图。
图2：本发明提出的可见光发射节点的系统结构图。
图3：本发明提出的硅光电池的接收电路的结构图。
具体实施方式
为了使本实用发明的技术手段、发明特征，以及达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
在一间采用此发明的利用可见光通信检测火源的大型企业服务器运营机房，LED在满足正常照明的要求下，能实现火源的检测。企业服务器需要一直持续工作，整个机房的温度随时有可能过热而引发火灾，通过将可见光通信检测火源的装置，安置在各个服务器的周边1-2米内，可以减轻人力物力，避免人工的实时现场连续监测。当某个服务器由于故障等原因产生火源时，由于火焰的遮挡，可见光通信将会中断，在接收端收到的将是火光的照度和经过调制之后的LED照度之和，通过信号处理模块后，从而实现报警，第一时间把损失减少到最小。
工人在进行矿石、石油等地下勘探时，由于视线不清、环境恶劣，易发火灾。通过在矿道顶上安置可见光通信检测火源装置，LED在满足正常照明的提前下，同时能第一时间实现火源的检测，保障了工人生命财产的安全。当由于工人误操作或者突发情况而产生火源时，由于火焰的遮挡，可见光通信将会中断，在接收端收到的将是火光的照度和经过调制之后的LED照度之和，通过信号处理模块后，从而实现报警，第一时间把损失减少到最小。
随着信息技术的不断发展，网上购物极大方便了人们的生活。但是时常会有货物在运输过程中由于起火而被焚烧殆尽的新闻报道，这对物流公司和买家都是极大的经济损失。因为货物的繁多，同时又需要保持货物的干燥，货物通常会严密包装而混杂在一起放置在货车车厢里，尤其是在夜晚的时候，由于物流货车司机无法兼顾安全行驶和第一时间察觉到货车柜中火源的存在，从而不能保障货物的安全。通过在货车柜内部安装可见光通信检测火源的装置，同时在驾驶室安装警报装置，在LED满足基本的照明前提下，一旦货物出现火源，检测装置会第一时间检测到火源，通过信号处理模块，迅速发送信息，触发驾驶室的警报，从而货车司机能第一时间感知到危险的存在，极大的保障了各方的财产安全。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种火焰检测装置，包括以下组成部分：
可见光发射节点(101)，该发射节点包含发光二极管LED，该节点放置于某一特定空间的不同位置，用来向硅光电池发送波形编码的信息；
包含硅光电池的接收电路(102)，用于接收火焰照度和LED照度；
信号处理模块(103)，用于从硅光电池的接收电路中提取火焰的信息；所述信号处理模块(103)按照下述方法，首先检测火焰不存在时光通信的链路特性：
a)确定LED工作在线性区域的最小发送光功率P0，即不产生截止失真的功率，以及工作在线性区域的最大发送光功率P1，即不产生饱和失真的功率；
b)可见光发射节点首先以最小光功率P0，向硅光电池发送波形编码的可见光；
c)硅光电池的接收电路将接收到的可见光转化为电流，测量得到最小电流的大小I0；
d)可见光发射节点首先以最大光功率P1，向硅光电池发送波形编码的可见光；
e)硅光电池的接收电路将接收到的可见光转化为电流，测量得到电流的大小I1；
f)确定外界环境光在硅光电池产生的光电流dI；
该装置按照如下方法检测火焰的有无：
(1)可见光发射节点以最大光功率P1向硅光电池发送信号，则包含硅光电池的接收电路接收到的光功率产生的电流在[I1，I1+dI]；
(2)在室内某个位置放置的可燃物产生火焰时，硅光电池接收到的光电流变大，在超过阈值I_th时，认为火焰已经产生；
(3)当硅光电池接收到的光电流继续变大，超过了阈值I2时，可见光发射节点在硅光电池上产生的编码波形已经消失，认为火焰已经较大，且超出了检测的量程。
2.如权利要求1所述的火焰检测装置，其特征在于，
可见光发射节点，由如下部分构成：
驱动电路，形成稳定的直流电压，用来驱动LED工作于线性工作区域，避免截止失真和饱和失真；
Bias Tee，用于将电信号源产生的信号和驱动电路产生的直流信号耦合，一起加载到LED上；
LED，可见光发射节点的光源；
电信号源，用于产生区别于火焰照度的电调制信号，该电调制信号最终调制到LED上，形成LED的照度。
3.如权利要求1所述的火焰检测装置，其特征在于，
包含硅光电池的接收电路(102)，由如下部分构成：
光学天线，用于汇聚可见光LED发射节点所发送的光信号；
硅光电池，光电检测器，用于接收LED光信号并转换成电信号；
放大电路，用于对光电检测器转换后的光电流进行放大处理。
4.如权利要求1所述的火焰检测装置，其特征在于，
LED是白光LED器件。
5.如权利要求1所述的火焰检测装置，其特征在于，
电信号源产生的具体信号是简单的正弦波，正弦波的频率远离LED照明器件所选用的市电频率。
6.如权利要求1所述的火焰检测装置，其特征在于，
所述阈值I_th设定为I1+dI。
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