CN108305428A - 一种基于zigbee无线通信的火灾检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于zigbee无线通信的火灾检测系统，解决了现在的火灾报警系统安装周期长、扩展性能差，布线繁琐，调试复杂。另外，由于采用硬线连接，线路容易老化或遭到腐蚀、鼠咬、磨损，故障发生率较高，误报警率高的问题，其技术方案要点是：包括火灾检测模块、无线传输模块、主控终端、告警模块、显示模块；主控终端中预设有火灾阈值信号，当火灾检测信号大于火灾阈值信号时，告警模块以实现告警，显示模块以实现显示；本发明的一种基于zigbee无线通信的火灾检测系统，采用无线通信的方式进行远程的数据传输，提高了数据的传输性和安全性。

Description

一种基于zigbee无线通信的火灾检测系统

技术领域

本发明涉及一种公共安全领域，特别涉及一种基于zigbee无线通信的火灾检测系统。

背景技术

火灾是威胁人类生存的重大隐患，尤其是近年来，频发的火灾给人们造成了重大的生命和财产损失。

现有的火灾报警系统，都采用有线技术进行火灾传感器网络的组建。这类方案的缺点是安装周期长、扩展性能差，布线繁琐，调试复杂。另外，由于采用硬线连接，线路容易老化或遭到腐蚀、鼠咬、磨损，故障发生率较高，误报警率高，还有改进的空间。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于zigbee无线通信的火灾检测系统，采用无线通信的方式进行远程的数据传输，提高了数据的传输性和安全性。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种基于zigbee无线通信的火灾检测系统，包括用于检测火灾并输出火灾检测信号的火灾检测模块、与火灾检测模块连接并将火灾检测信号进行远程数据传输的无线传输模块、与无线传输模块连接并接收火灾检测信号的主控终端、与主控终端连接并进行告警的告警模块、与主控终端连接并进行告警数据显示的显示模块；

所述主控终端中预设有火灾阈值信号，当火灾检测信号大于火灾阈值信号时，所述告警模块以实现告警，所述显示模块以实现显示；

所述告警模块包括：

人员提示单元，主控终端预设有若干维护人员的手机号，并定义当前持有手机号的移动设备为A，当前火灾发生地点为P,计算出P与A之间的距离值Q=|P-A|，将Q升序排列，将至于顶端的Q所对应且持有该手机号的移动设备进行依次短信发送；

当主控终端接收到回执信息时，则停止向次于顶端的Q所对应且持有该手机号的移动设备进行短信发送；反之，向次于顶端的Q所对应且持有该手机号的移动设备进行短信发送。

采用上述方案，通过火灾检测模块对火灾的情况进行检测，同时配合无线传输装置进行无线数据的传输，减少了不必要的布线，同时安装时更加方便，同时配合告警模块的配合，可以进行告警，从而通知人们，而显示模块的设置则提高了对告警情况的进一步了解，人员提示单元的设置，当进行告警的同时，可以通知附近最近的工作台工作人员前来查看与维护，从而第一时间通知其他相关人员，一旦最近的维护人员不再时，可以通知第二近的人员，实用性强。

作为优选，火灾阈值信号包括图像阈值信号、烟雾阈值信号、火焰阈值信号、温度阈值信号，且所述火灾检测模块包括：

图像检测单元，对现场的图像进行采集并输出图像检测信号，从而与图像阈值信号进行比较；

烟雾检测单元，对现场的烟雾进行采集并输出烟雾检测信号，从而与烟雾阈值信号进行比较；

火焰检测单元，对现场的火焰进行采集并输出火焰检测信号，从而与火焰阈值信号进行比较；

温度检测单元，对现场的温度进行采集并输出温度检测信号，从而与温度阈值信号进行比较；

逻辑选择单元，与图像检测单元、烟雾检测单元、火焰检测单元、温度检测单元连接，当图像检测单元、烟雾检测单元、火焰检测单元、温度检测单元中任意两组或两组以上大于火灾阈值信号时，则输出火灾检测信号至主控终端。

采用上述方案，火灾检测模块通过图像、烟雾、火焰、温度这4个方面进行同步的检测，同时通过逻辑选择单元进行选择，一旦有2组及2组以上时，则进行火灾检测信号的输出，判断火灾时更加准确，实用性强。

作为优选，所述图像检测单元的图像处理步骤如下：

S1、图像采集：多个图像型火灾探测器分别对区域内的视频图像进行实时采集，并将所采集到的视频图像进行模数转换后实时传输至主控终端；

S2、图像预处理：主控终端首先对其接收到的视频图像进行低通滤波处理，获得消除噪声后的视频图像；接着对视频图像进行二值化处理，获得火焰目标图像；

S3、图像特征提取：对视频图像进行图像分割处理，将火焰目标图像从背景中分离出来；

S4、图像特征判断：主控终端从火焰目标图像中分别提取出能代表并区别该火焰目标图像的N个特征参数；其中，N为不小于3的自然数，则判断有火灾；

且所述主控终端中预设有火焰的特征参数，并实时进行数据更新。

采用上述方案，通过图像的采集，将火灾图片进行检测，同时通过预处理的方式，将图像进行预处理，从而获得更加好的图像，通过对火焰的获取，从而判断出火焰是否存在于图像中，一旦特征参数大于3个时，则判断为有火灾。

作为优选，所述无线传输模块包括zigbee、以太网通信蓝牙、IRDA技术、NFC、HomeRF、UWB、Z-Wave、WIFI通信、3G/4G通信。

采用上述方案，采用无线传输的方式进行传输，从而减少了线路的排布，传送时更加方便，多种传送方式可以选择性使用，实用性强。

作为优选，所述告警模块包括还包括：

声光提示单元，设置于现场且于火灾发生处进行声光提示；

远程提示单元，与主控终端连接且通过弹窗的方式进行提示；

紧急处理单元，设置于现场且于火灾发生处进行喷淋；

自动报警单元，与主控终端连接且与消防火警系统连接并自动发送地点信息。

采用上述方案，声光提示单元的设置，用于对现场进行告警，从而提醒更多的人，而远程提示单元的设置，对位于主控终端的工作人员进行提示，而紧急处理单元的设置，用于对火灾的火情进行暂时的压制，缓减火情的蔓延。

作为优选，所述显示模块包括：

数据显示单元，用于显示火灾所在位置的信息并显示告警数据；

视频显示单元，用于显示现场火灾的影像。

采用上述方案，数据显示单元的设置，对火灾所在的位置信息进行显示，同时显示告警所携带的数据，而视频显示单元则对现场的火情进行直播，使人们更加了解火情，提高对火情的控制能力，实用性强。

作为优选，还包括与主控终端连接且用于进行喊话的呼叫端、设置于室内且与呼叫端连接并进行喊话播放的播放端。

采用上述方案，呼叫端的设置，配合播放端的使用，从而进行远程的喊话，对位于房间内，且没有听到告警的人们进行提示，同时对没有受到火情影响的人们进行提示，及时撤出，减少损失，提高安全性。

作为优选，还包括用于给无线传输模块、火灾检测模块和播放端进行供电的UPS电源模块。

采用上述方案，UPS电源模块的设置，当原来的供电线路因为火灾而受到影响时，可以通过UPS电源模块进行工作，从而保证正常的工作状态，实用性强。

作为优选，还包括强制旁路保护模块与旁路开关模块，所述强制旁路保护模块在检测到无线传输模块、火灾检测模块和播放端供电异常和/或工作异常时，所述旁路开关模块关闭并通过UPS电源模块进行供电。

采用上述方案，旁路开关模块的设置，对检测到无线传输模块、火灾检测模块和播放端的供电情况进行检测，一旦出现异常就会通过UPS电源模块进行直接供电，实用性强。

作为优选，还包括涂抹至火灾检测模块、无线传输模块上的防火涂料，且所述防火涂料包括以下重量配比的原料：

丙烯酸酯乳液10～30份；

环氧乳液5～10份；

季戊四醇10～20份；

三聚氰胺15～25份；

聚磷酸铵10～15份；

纳米氢氧化铝5～10份；

纳米氢氧化镁2～5份；

纳米二氧化钛5～10份；

陶瓷空心微珠1～5份；

玻璃空心微珠1～5份；

疏水剂0.2～0.4份；

消泡剂0.05～0.1份；

流平剂0.1～0.3份；

尿素2～5份。

采用上述方案，通过防火涂料的设置，提高了对火灾检测模块、无线传输模块上从而减少了火灾对火灾检测模块、无线传输模块上的影响，同时还具有防虫的功能，实用性强。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

采用无线通信的方式进行远程的数据传输，提高了数据的传输性和安全性。

附图说明

图1为本实施例的系统示意图；

图2为显示模块与告警模块的系统流程图；

图3为逻辑选择单元的系统流程图；

图4为图像检测单元的图像处理流程图；

图5为人员提示单元的系统框图；

图6为强制旁路保护模块的系统流程图。

图中：1、火灾检测模块；11、图像检测单元；12、烟雾检测单元；13、火焰检测单元；14、温度检测单元；15、逻辑选择单元；2、无线传输模块；3、主控终端；4、告警模块；41、人员提示单元；42、声光提示单元；43、远程提示单元；44、紧急处理单元；45、自动报警单元；5、显示模块；51、数据显示单元；52、视频显示单元；61、呼叫端；62、播放端；71、UPS电源模块；72、强制旁路保护模块；73、旁路开关模块；8、防火涂料。

具体实施方式

以下结合附图1-6对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本实施例公开的一种基于zigbee无线通信的火灾检测系统，火灾检测模块1用于检测火灾的情况并输出火灾检测信号，无线传输模块2用于将火灾检测信号进行传输至主控终端3，且主控终端3与显示模块5和告警模块4连接，同时主控终端3还与呼叫端61连接，工作人员可以通过呼叫端61向位于室内的播放端62进行喊话，从而进行警示。

火灾检测模块1包括图像采集单元、烟雾检测单元12、火焰检测单元13、温度检测单元14、逻辑选择单元15。图像采集单元用于采集现场的影像，采集的方式可以采用摄像头，也可以采用无人机，还可以通过周围楼房摄像头进行采集。烟雾检测单元12通过烟雾传感器对室内的烟雾浓度进行检测。火焰检测单元13通过火焰传感器对室内的火焰进行检测。温度检测单元14通过温度传感器对室内的温度进行检测。

火灾检测模块1、无线传输模块2、播放端62上均设置有UPS电源模块71，UPS电源模块71通过旁路开关模块73进行控制，同时火灾检测模块1、无线传输模块2、播放端62通过市电进行连接，并通过强制旁路保护模块72进行检测，强制旁路保护模块72采用电流互感器对电流进行监测。

无线传输模块2采用zigbee、以太网通信蓝牙、IRDA技术、NFC、HomeRF、UWB、Z-Wave、WIFI通信、3G/4G通信中的一种或者多种配合通讯。

显示模块5包括用于显示火灾所在位置的信息并显示告警数据的数据显示单元51、用于显示现场火灾的影像的视频显示单元52。从而对火灾的现场进行了解并通过主控终端3和显示模块5进行显示。

告警模块4包括用于提示维护人员的人员提示单元41、设置于现场且通过声光进行警示的声光提示单元42、设置于主控终端3处且用于远程提示的远程提示单元43、设置于房屋内通过喷淋用于减缓火势的紧急处理单元44、与消防系统连接且用于自动报警的自动报警单元45。

火灾检测模块1与无线传输模块2上均涂抹有防火涂料8，且防火涂料8的原料包括：丙烯酸酯乳液、环氧乳液、季戊四醇、三聚氰胺、聚磷酸铵、纳米氢氧化铝、纳米氢氧化镁、纳米二氧化钛、陶瓷空心微珠、玻璃空心微珠、疏水剂、消泡剂、流平剂、尿素。

P1：常温下按质量分数称取10份丙烯酸酯乳液于一带有分散乳化的料筒中，再分别加入10份水性环氧乳液和0.05份消泡剂将分散机搅拌器设定转速为600r/min搅拌10～15min；然后再按计量在料筒中加入10份季戊四醇、25份三聚氰胺、15份聚磷酸铵、10份纳米氢氧化铝、4份纳米氢氧化镁、10份纳米二氧化钛、3份陶瓷空心微珠、1份玻璃空心微珠、0.2份疏水剂、0.1份流平剂、2份尿素，设定搅拌器转速为1200r/min～1800r/min再次搅拌30～60min，制得防火涂料8。

P2：常温下按质量分数称取15份丙烯酸酯乳液于一带有分散乳化的料筒中，再分别加入6份水性环氧乳液和0.05份消泡剂将分散机搅拌器设定转速为600r/min搅拌8～10min；然后再按计量在料筒中加入14份季戊四醇、25份三聚氰胺、13份聚磷酸铵、8份纳米氢氧化铝、3份纳米氢氧化镁、8份纳米二氧化钛、3份陶瓷空心微珠、2份玻璃空心微珠、0.2份疏水剂、0.1份流平剂、3分尿素，设定搅拌器转速为1200r/min～1800r/min再次搅拌30～60min，制得防火涂料8。

P3：常温下按质量分数称取20份丙烯酸酯乳液于一带有分散乳化的料筒中，再分别加入8份水性环氧乳液和0.06份消泡剂将分散机搅拌器设定转速为600r/min搅拌8～10min；然后再按计量在料筒中加入15份季戊四醇、20份三聚氰胺、14份聚磷酸铵、6份纳米氢氧化铝、1份纳米氢氧化镁、5份纳米二氧化钛、3份陶瓷空心微珠、4份玻璃空心微珠、0.3份疏水剂、0.2份流平剂、4份尿素，设定搅拌器转速为1200r/min～1800r/min再次搅拌30～60min，制得防火涂料8。

P4：常温下按质量分数称取25份丙烯酸酯乳液于一带有分散乳化的料筒中，再分别加入4份水性环氧乳液和0.08份消泡剂将分散机搅拌器设定转速为600r/min搅拌8～10min；然后再按计量在料筒中加入19份季戊四醇、18份三聚氰胺、12份聚磷酸铵、4份纳米氢氧化铝、2份纳米氢氧化镁、5份纳米二氧化钛、2份陶瓷空心微珠、3份玻璃空心微珠、0.4份疏水剂、0.2份流平剂、5份尿素，设定搅拌器转速为1200r/min～1800r/min再次搅拌30～60min，制得防火涂料8。

P5：常温下按质量分数称取:30份丙烯酸酯乳液于一带有分散乳化的料筒中，再分别加入5份水性环氧乳液和0.1份消泡剂将分散机搅拌器设定转速为600r/min搅拌8～10min；然后再按计量在料筒中加入20份季戊四醇、15份三聚氰胺、10份聚磷酸铵、7份纳米氢氧化铝、5份纳米氢氧化镁、5份纳米二氧化钛、1份陶瓷空心微珠、2份玻璃空心微珠、0.4份疏水剂、0.3份流平剂、2份尿素，设定搅拌器转速为1200r/min～1800r/min再次搅拌30～60min，制得防火涂料8。

如图2所示，火灾检测模块1会输出火灾检测信号，主控终端3中预设有火灾阈值信号，当火灾检测信号大于火灾阈值信号时，显示模块5与告警模块4开始启动并进行工作；当火灾检测信号小于或等于火灾阈值信号时，显示模块5与告警模块4均不启动，同时火灾检测模块1继续检测。

如图3所示，火灾阈值信号包括图像阈值信号、烟雾阈值信号、火焰阈值信号温度阈值信号。图像检测单元11输出图像检测信号，烟雾检测单元12输出烟雾检测信号，火焰检测单元13输出火焰检测信号，温度检测单元14输出温度检测信号。

当图像检测信号大于图像阈值信号时则输出一组高电平，当烟雾检测信号大于烟雾阈值信号时则输出一组高电平，当火焰检测信号大于火焰阈值信号时则输出一组高电平，当温度检测信号大于温度阈值信号时则输出一组高电平。

当逻辑选择单元15接收到2组或者2组以上的高电平信号时，则输出火灾检测信号至主控终端3，从而起到告警模块4与显示模块5；当逻辑选择单元15接收到1组或者0组的高电平信号时，则输继续进行检测高电平信号。

如图4所示，图像检测单元11的图像处理步骤如下：

S1、图像采集；

S2、图像预处理；

S3、图像特征提取；

S4、图像特征判断。

图像采集主要对多个图像型火灾探测器分别对区域内的视频图像进行实时采集，并将所采集到的视频图像进行模数转换后实时传输至主控终端3；

图像预处理通过主控终端3首先对其接收到的视频图像进行低通滤波处理，获得消除噪声后的视频图像；接着对视频图像进行二值化处理，获得火焰目标图像；

图像特征提取通过对视频图像进行图像分割处理，将火焰目标图像从背景中分离出来；

图像特征判断通过主控终端3从火焰目标图像中分别提取出能代表并区别该火焰目标图像的N个特征参数；其中，N为不小于3的自然数，则判断有火灾，主控终端3中预设有火焰的特征参数，并实时进行数据更新。

如图5所示，主控终端3中预设有若干手机号，且维护人员将手机号放置于手机中，用于接收信息。

定义：

当前持有手机号的移动设备为A；

当前火灾发生地点为P；

并计算出P与A之间的距离值Q=|P-A|，将Q升序排列，将至于顶端的Q所对应且持有该手机号的移动设备进行依次短信发送；

将短信发送后，一旦位于维护人员手上的手机发送绘制信号时，则不向第二近的手机号发送信息，但是当具有第一近的手机号的手机没有发送回执信号时，而通知具有第二近的手机号的手机，依次进行筛选与通知，从而进行提示。

如图6所示，火灾检测模块1、无线传输模块2、播放端62通过市电进行供电，且旁路开关模块73与UPS电源模块71进行控制，从而决定是否给火灾检测模块1、无线传输模块2、播放端62进行供电，而强制旁路保护模块72用于控制旁路开关模块73的启闭，而强制旁路保护模块72用于判断火灾检测模块1、无线传输模块2、播放端62是够供电异常和/或工作异常，且异常的检测方式采用电流互感器进行电流的检测，一旦电流发生异常就通过UPS电源模块71进行供电；当工作和供电均正常时，则通过青汁旁路保护模块继续进行检测。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种基于zigbee无线通信的火灾检测系统，其特征是：包括用于检测火灾并输出火灾检测信号的火灾检测模块(1)、与火灾检测模块(1)连接并将火灾检测信号进行远程数据传输的无线传输模块(2)、与无线传输模块(2)连接并接收火灾检测信号的主控终端(3)、与主控终端(3)连接并进行告警的告警模块(4)、与主控终端(3)连接并进行告警数据显示的显示模块(5)；

所述主控终端(3)中预设有火灾阈值信号，当火灾检测信号大于火灾阈值信号时，所述告警模块(4)以实现告警，所述显示模块(5)以实现显示；

所述告警模块(4)包括：

人员提示单元(41)，主控终端(3)预设有若干维护人员的手机号，并定义当前持有手机号的移动设备为A，当前火灾发生地点为P,计算出P与A之间的距离值Q=|P-A|，将Q升序排列，将至于顶端的Q所对应且持有该手机号的移动设备进行依次短信发送；

当主控终端(3)接收到回执信息时，则停止向次于顶端的Q所对应且持有该手机号的移动设备进行短信发送；反之，向次于顶端的Q所对应且持有该手机号的移动设备进行短信发送。

2.根据权利要求1所述的一种基于zigbee无线通信的火灾检测系统，其特征是：火灾阈值信号包括图像阈值信号、烟雾阈值信号、火焰阈值信号、温度阈值信号，且所述火灾检测模块(1)包括：

图像检测单元(11)，对现场的图像进行采集并输出图像检测信号，从而与图像阈值信号进行比较；

烟雾检测单元(12)，对现场的烟雾进行采集并输出烟雾检测信号，从而与烟雾阈值信号进行比较；

火焰检测单元(13)，对现场的火焰进行采集并输出火焰检测信号，从而与火焰阈值信号进行比较；

温度检测单元(14)，对现场的温度进行采集并输出温度检测信号，从而与温度阈值信号进行比较；

逻辑选择单元(15)，与图像检测单元(11)、烟雾检测单元(12)、火焰检测单元(13)、温度检测单元(14)连接，当图像检测单元(11)、烟雾检测单元(12)、火焰检测单元(13)、温度检测单元(14)中任意两组或两组以上大于火灾阈值信号时，则输出火灾检测信号至主控终端(3)。

3.根据权利要求2所述的一种基于zigbee无线通信的火灾检测系统，其特征是：所述图像检测单元(11)的图像处理步骤如下：

S1、图像采集：多个图像型火灾探测器分别对区域内的视频图像进行实时采集，并将所采集到的视频图像进行模数转换后实时传输至主控终端(3)；

S2、图像预处理：主控终端(3)首先对其接收到的视频图像进行低通滤波处理，获得消除噪声后的视频图像；接着对视频图像进行二值化处理，获得火焰目标图像；

S3、图像特征提取：对视频图像进行图像分割处理，将火焰目标图像从背景中分离出来；

S4、图像特征判断：主控终端(3)从火焰目标图像中分别提取出能代表并区别该火焰目标图像的N个特征参数；其中，N为不小于3的自然数，则判断有火灾；

且所述主控终端(3)中预设有火焰的特征参数，并实时进行数据更新。

4.根据权利要求1所述的一种基于zigbee无线通信的火灾检测系统，其特征是：所述无线传输模块(2)包括zigbee、以太网通信蓝牙、IRDA技术、NFC、HomeRF、UWB、Z-Wave、WIFI通信、3G/4G通信。

5.根据权利要求1所述的一种基于zigbee无线通信的火灾检测系统，其特征是：所述告警模块(4)包括还包括：

声光提示单元(42)，设置于现场且于火灾发生处进行声光提示；

远程提示单元(43)，与主控终端(3)连接且通过弹窗的方式进行提示；

紧急处理单元(44)，设置于现场且于火灾发生处进行喷淋；

自动报警单元(45)，与主控终端(3)连接且与消防火警系统连接并自动发送地点信息。

6.根据权利要求1所述的一种基于zigbee无线通信的火灾检测系统，其特征是：所述显示模块(5)包括：

数据显示单元(51)，用于显示火灾所在位置的信息并显示告警数据；

视频显示单元(52)，用于显示现场火灾的影像。

7.根据权利要求1所述的一种基于zigbee无线通信的火灾检测系统，其特征是：还包括与主控终端(3)连接且用于进行喊话的呼叫端(61)、设置于室内且与呼叫端(61)连接并进行喊话播放的播放端(62)。

8.根据权利要求7所述的一种基于zigbee无线通信的火灾检测系统，其特征是：还包括用于给无线传输模块(2)、火灾检测模块(1)和播放端(62)进行供电的UPS电源模块(71)。

9.根据权利要求8所述的一种基于zigbee无线通信的火灾检测系统，其特征是：还包括强制旁路保护模块(72)与旁路开关模块(73)，所述强制旁路保护模块(72)在检测到无线传输模块(2)、火灾检测模块(1)和播放端(62)供电异常和/或工作异常时，所述旁路开关模块(73)关闭并通过UPS电源模块(71)进行供电。

10.根据权利要求1所述的一种基于zigbee无线通信的火灾检测系统，其特征是：还包括涂抹至火灾检测模块(1)、无线传输模块(2)上的防火涂料(8)，且所述防火涂料(8)包括以下重量配比的原料：

丙烯酸酯乳液10～30份；

环氧乳液5～10份；

季戊四醇10～20份；

三聚氰胺15～25份；

聚磷酸铵10～15份；

纳米氢氧化铝5～10份；

纳米氢氧化镁2～5份；

纳米二氧化钛5～10份；

陶瓷空心微珠1～5份；

玻璃空心微珠1～5份；

疏水剂0.2～0.4份；

消泡剂0.05～0.1份；

流平剂0.1～0.3份；

尿素2～5份。