CN108806140A - 一种紧急逃生系统 - Google Patents
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Abstract
一种紧急逃生系统，包括主节点模块，指示模块，传感模块，以及电源模块，其中主节点模块通过传感模块来感知周围环境的变化，探测是否发生火灾，当探测到火灾发生时，通过逃生引导算法的计算得出正确的逃生引导路径，并通过指示模块来指示此路径，可以有效解决人群密集场所的火灾应急疏散问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种紧急逃生系统，特别是一种人员密集场所发生火灾时应用的紧急逃生系统。
背景技术
随着中国城市化进程的加快，各种住宅、大型商场、娱乐场所和公众聚集地等人员密集场所逐渐增多，高层建筑、复杂建筑也越来越普遍，一旦发生了火灾，极易导致大量的人员伤亡。据公安部消防局官方微信公众号消息，2016年，全国共接报火灾31.2万起，亡1582人，伤1065人，直接财产损失37.2亿元，与2015年相比，四项数字均有下降。其中，较大火灾64起，同比减少4起、下降5.9％；未发生重大和特别重大火灾，新中国成立以来首次全年未发生一次死亡10人以上的火灾。实践证明，建立有效的灭火装置，将火灾处于萌芽状态时实施消防保护，是较少火灾发生的有效办法。特别是发展智能化的自动灭火系统，能够大大减少因火灾发生造成的人员伤亡和财产的损失。
通过对多年来城市楼宇火灾伤亡情况的调查发现，多数人员都是因在火患发生时惊慌不知所措而选择了错误的逃生方向造成，因此建立起一套较为人性化、智能的消防逃生网络系统孕育而生。
同时又由于近几年来，尤其是在未来的几十年内，我国将大力推进城市化进程，城市化就意味着，城市人口不断的增加，在城市的狭小的空间内，人口密度会不断增加，人口密集区的公共场所将越来越多，城市高层建筑也将不断涌现。因此需要一种具备智能疏散功能，能很好的引导人们按照正确安全的路径有序的疏散，并能快速引导消防救援人员快速找到火灾源头，实施有效扑救的火灾智能紧急逃生系统。
发明内容
本发明的紧急逃生系统，包括主节点模块，指示模块，传感模块，以及电源模块，其中主节点模块通过传感模块来感知周围环境的变化，探测是否发生火灾，当探测到火灾发生时，通过逃生引导算法的计算得出正确的逃生引导路径，并通过指示模块来指示此路径；
指示模块包括LED指示模块，显示逃生引导路径，可以根据主节点模块的指示动态显示逃生路径；
传感模块利用多个传感器将火灾中出现的物理化学特征转换为另外一种易于处理的物理量，同时将这种信号传输给主节点模块处理并发出警报声。在传感模块中集成多个不同的传感器，并通过芯片对各传感器传入的数据进行分析判断；
电源模块在市电存在时，系统输入+12v的电压，一部分用于蓄电池的细流充电，另一部分用于电源管理芯片的工作，而输出+5V和+3.3V分别为LED显示和传感器节电供电，并且引出12V的端子给传感器供电；在市电断时，蓄电池用来使电源管理模块工作。
进一步可选的，所述紧急逃生系统，其中指示模块采用独立的AT89S51芯片来控制LED显示屏显示，具体如何显示逃生路径是由主节点模块来指定的，具有相应的接口与主节点实现通信
进一步可选的，所述的紧急逃生系统，主节点模块与LED模块之间使用8个数字信号通讯，其中7个信号由主节点模块向LED模块输出；1个信号由LED模块向主节点模块输入。
进一步可选的，所述的紧急逃生系统，其中，传感模块集成多个不同的传感器，并通过芯片对各传感器传入的数据进行分析判断，与主节点模块采用通信接口通信。
进一步可选的，所述的紧急逃生系统，其中，主节点模块与传感模块通过单排4根数据线连接。
进一步可选的，所述的紧急逃生系统，2个信号由主节点模块向传感模块输出，2个信号由传感模块向主节点模块输入。
进一步可选的，所述的紧急逃生系统，其中，传感器模块主要负责自动检测周期性和非周期性两类事件，其能量消耗为单次采样消耗的能量与采样次数的乘积。
进一步可选的，所述的紧急逃生系统，在市电存在时，系统输入+12v的电压，一部分用于蓄电池的细流充电，另一部分用于AM1084(5V)和AMS1117(3.3V)工作，而输出+5V和+3.3V分别为LED显示和传感器节电供电，并且引出12V的端子给传感器供电；在市电断时，蓄电池用来AM1084(5V)和AMS1117(3.3V)工作。
进一步可选的，所述的紧急逃生系统，其中的传感器选自由烟雾传感器、温度传感器、感光传感器中的至少两种。
进一步可选的，所述的紧急逃生系统，其中的感光传感器感应火焰的红外、紫外辐射。
附图说明
图1表示本发明实施例的紧急逃生系统的结构示意图；
图2表示本发明实施例的紧急逃生系统的供电示意图；
图3表示本发明实施例的紧急逃生系统的主节点模块与LED模块的通讯示意图；
图4表示本发明实施例的紧急逃生系统的主节点模块与传感模块的通讯示意图。
具体实施方式
本发明第一种实施方式的紧急逃生系统包括主节点模块1，指示模块2，传感模块3，电源模块4，其中主节点模块1参与无线网络的构建与通信，是本系统中的核心模块，主要负责传感器模块3中无线传感器网络的自组成、逃生引导算法程序的运行、与显示传感模块通信等关键性任务。主节点模块通过传感模块3来感知周围环境的变化，探测是否发生火灾，当探测到火灾发生时，通过逃生引导算法的计算得出正确的逃生引导路径，并通过指示模块来指示此路径。
指示模块包括LED指示模块，是指在逃生引导系统中显示逃生路径给用户，以便指引用户快速逃离火灾发生现场。为了能方便显示逃生路径，节约成本，本系统中将采用LED显示屏来显示逃生引导路径。指示模块有别与传统的静态显示，本指示模块与主节点联动，可以根据主节点的指示动态智能的显示逃生路径。
指示模块是一个相对独立的模块，采用独立的AT89S51芯片来控制LED显示屏显示。指示模块具体如何显示逃生路径是由主节点模块来指定的，这就需要提供相应的接口与主节点实现通信。
主节点模块与LED指示模块之间使用8个数字信号通讯，其中7个信号由主节点模块向LED模块输出；1个信号由LED模块向主节点模块输入。
传感模块是用于探测周围环境是否发生火灾紧急事件，是整个系统的信息来源。火灾的发生和发展是一个非常复杂的非平稳过程，它除了自身的物理化学变化以外还会受到许多外界的干扰，火灾一旦产生便以接触式(物质流)和非接触式(能量流)的形式向外释放能量。接触式形式如可燃气体、燃烧气体和烟雾、气溶胶等。非接触式如声音、辐射等。
传统的火灾报警系统使用，如烟雾传感器、温度传感器、感光传感器(感应火焰的红外、紫外辐射等)单一传感器。由于每种类别的传感器都有其局限性，例如感温传感器只对明火产生的温升敏感，对阴燃火不敏感，而且也不能区分引起温度上升的热量是火灾产生的还是空调产生的；又如烟感传感器是一种对一般火情均有较高灵敏度的火灾传感器，且对阴燃火有极好的探测效果，但对明火却不敏感。采用多个传感器全面收集火灾发生前后的各种数据，并用人工智能技术处理传感器提供的火灾数据信息，可以大大地提高整个系统的智能性，减少误判率。
传感模块就是利用多个传感器将火灾中出现的物理化学特征转换为另外一种易于处理的物理量(如电数字信号)，同时将这种信号传输给主节点模块处理并发出警报声。在传感模块中集成多个不同的传感器，并通过芯片对各传感器传入的数据进行分析判断。本系统中，传感模块与指示模块一样是一个相对独立的模块，与主节点模块通信需要定义一定的接口。
主节点模块与传感模块通过单排4根数据线连接：
主节点模块与传感器模块间使用4个数字信号通讯，其中2个信号由主节点模块向传感器模块输出；2个信号由传感器模块向主节点模块输入。
1)输出信号
输出信号是指从主节点模块向传感器模块输出的信号，对于信号不同的取值组合，传感器模块需要做出不同的响应。输出信号共2个，包括：
EN：使能信号，低有效。当EN信号为0时，传感器模块需要对下面信号做出响应；当EN信号为1时，传感器模块无需响应这些信号。
RESET：重置信号，低有效。当RESET被置0时，传感器模块需要返回到初始状态。
2)输入信号
输出信号是指从传感器模块向主节点模块输入的信号，用于传感器模块向主节点模块的信息反馈。输出信号有2个，包括：
READY：就绪信号，高有效，初始状态为0。传感器模块使用这个信号通知主节点模块自己已就绪，可以开始接收主节点模块的输出信号。
ALERT：报警信号，高有效，初始状态为0。当传感器模块经过运算，判断当前有火灾，则通过将该信号置1，通知主节点模块。
节点的能量消耗主要来自主节点模块、指示模块和传感器模块。主节点模块是节点的功能控制中心和数据计算中心，在网络组网、无线通信等过程中，都将消耗能量；指示模块负责显示逃生路径，显示部分是由LED点阵模块，而LED点阵在显示时，需要消耗大量能量，同时指示模块的主控芯片AT89S51运行时也需要消耗部分能量；传感器模块主要负责自动检测周期性和非周期性两类事件，其能量消耗总量可简单概括为单次采样消耗的能量与采样次数的乘积。
对于节点能量供应模块的设计，对于传感器模块的节能必须从以下两个方面进行：一是控制单次数据采样所消耗的能量，二是控制采样频率。前者可通过采用低功耗器件，从元器件本身有效控制单次数据采样的能量消耗。对于后者而言，由于传感器网络众多分布节点存在着一定的冗余度，有选择性地减少单个节点的采样频率并不会对被测数据有效性和完整性造成破坏。
另一方面，由于本系统是室内的火灾紧急逃生引导，这为节点能量供应提供了很大的方便。在市电存在的情况下，可以直接用市电供电，但是一旦在突发事件发生时，往往导致市电的切断，所以在这种情况下，要考虑电源的不间断供电(Uninterruptable PowerSupply，UPS)。电源主要用AM1084(5V)和AMS1117(3.3V)模块来实现。
在本设计的电源中，在市电存在时，系统输入+12v的电压，一部分用于蓄电池的细流充电，另一部分用于AM1084(5V)和AMS1117(3.3V)工作，而输出+5V和+3.3V分别为LED显示和传感器节电供电，并且引出12V的端子给传感器供电；在市电断时，蓄电池用来AM1084(5V)和AMS1117(3.3V)工作。由于节点三大模块都已尽可能做到节能，这样在火灾发生中采用蓄电池供电可基本满足需要了。这样就实现了整个系统的不间断供电，使得WSN在火灾发生时也能正常工作。
本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种紧急逃生系统，包括主节点模块，指示模块，传感模块，以及电源模块，其中主节点模块通过传感模块来感知周围环境的变化，探测是否发生火灾，当探测到火灾发生时，通过逃生引导算法的计算得出正确的逃生引导路径，并通过指示模块来指示此路径，
指示模块包括LED指示模块，显示逃生引导路径，可以根据主节点模块的指示动态显示逃生路径，
传感模块利用多个传感器将火灾中出现的物理化学特征转换为另外一种易于处理的物理量，同时将这种信号传输给主节点模块处理并发出警报声。
在传感模块中集成多个不同的传感器，并通过芯片对各传感器传入的数据进行分析判断，
电源模块在市电存在时，系统输入+12v的电压，一部分用于蓄电池的细流充电，另一部分用于电源管理芯片的工作，而输出+5V和+3.3V分别为LED显示和传感器节电供电，并且引出12V的端子给传感器供电；在市电断时，蓄电池用来使电源管理模块工作。
2.如权利要求1所述的紧急逃生系统，其中指示模块采用独立的AT89S51芯片来控制LED显示屏显示，具体如何显示逃生路径是由主节点模块来指定的，具有相应的接口与主节点实现通信。
3.如权利要求2所述的紧急逃生系统，主节点模块与LED模块之间使用8个数字信号通讯，其中7个信号由主节点模块向LED模块输出；1个信号由LED模块向主节点模块输入。
4.如权利要求1所述的紧急逃生系统，其中，传感模块集成多个不同的传感器，并通过芯片对各传感器传入的数据进行分析判断，与主节点模块采用通信接口通信。
5.如权利要求4所述的紧急逃生系统，其中，主节点模块与传感模块通过单排4根数据线连接。
6.如权利要求5所述的紧急逃生系统，2个信号由主节点模块向传感模块输出，2个信号由传感模块向主节点模块输入。
7.如权利要求1所述的紧急逃生系统，其中，传感器模块主要负责自动检测周期性和非周期性两类事件，其能量消耗为单次采样消耗的能量与采样次数的乘积。
8.如权利要求1所述的紧急逃生系统，所述电源管理芯片为AM1084和AMS1117。
9.如权利要求4所述的紧急逃生系统，其中的传感器选自由烟雾传感器、温度传感器、感光传感器中的至少两种。
10.如权利要求9所述的紧急逃生系统，其中的感光传感器感应火焰的红外、紫外辐射。
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