CN111773590A - 一种无线防火系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无线防火系统，包括监控管理层、数据管理分析层、网络通信层以及数据采集设备控制层，组成四级结构的分布式防火系统，监控管理层指用户主要通过移动客户端对火灾报警设备进行管理，可在移动端设置报警参数，报警场景，查询历史报警信息、设备运行状态，以及远程接收家庭火灾报警信息，数据管理分析层进行数据存储分析，其功能是保存用户参数设置，存储报警记录，自动添加设备故障记录，采集模块数据分析，对各模块数据归一化处理后，决策是否触发报警通知用户，网络通信层包括数据采集模块与网关通信、网关模块与移动客户端通信和互联网网络丢失后的本地控制。

Description

一种无线防火系统
技术领域
本发明涉及家用无线防火系统技术领域，具体是一种无线防火系统。
背景技术
单一传感器，或者单一领域内传感器融合，多为感温，感光，感烟，红外图像，多采用总线结构，集中安置在厨房，集中安置容易忽视家庭其它其它区域；总线结构需要在装修阶段布线，不利于设备升级；现在电气设备应用于生活各个方面，每年都有大量电气设备导致的火灾，单一领域内的传统家庭防火一般在火情发生后上报，容易忽视电气原因导致的火灾，不可在早期控制电气原因火情，红外图像传感价格较贵，不适用于普通家庭。因此，本发明提供了一种无线防火系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无线防火系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种无线防火系统，包括监控管理层、数据管理分析层、网络通信层以及数据采集设备控制层，所述监控管理层、数据管理分析层、网络通信层以及数据采集设备控制层组成四级结构的分布式防火系统，所述监控管理层指用户主要通过移动客户端对火灾报警设备进行管理，可在移动端设置报警参数，报警场景，查询历史报警信息、设备运行状态，以及远程接收家庭火灾报警信息，所述数据管理分析层进行数据存储分析，其功能是保存用户参数设置，存储报警记录，自动添加设备故障记录，采集模块数据分析，对各模块数据归一化处理后，决策是否触发报警通知用户。
作为本发明进一步的方案，所述网络通信层包括数据采集模块与网关通信、网关模块与移动客户端通信和互联网网络丢失后的本地控制。
a、数据采集模块与网关通信：数据采集模块与网关采用Zigbee无线协议进行通信，通信模块采用锂电池供电，即使停电，模块仍可正常工作1-2年,每个模块都有唯一的MAC地址，报警或故障发生时可准确定位报警或故障位置。网络具有自恢复功能，某一设备发生故障时，其它设备仍可搜索附近设备重新组网；
b、网关模块与移动客户端通信：本地网关与物联网云平台及移动客户端通过互联网传输，本地网关通过物联网云平台完成移动端与本地网关采集设备的数据交换；
c、互联网网络丢失后的本地控制：本地网关与物联网云平台丢失网络连接时，本地网关仍可根据本地最新用户设置通过zigbee协议与数据采集模块通信，故障或报警产生后与发出声光报警；
作为本发明再进一步的方案，所述数据采集模块由主动检测，被动检测和辅助检测以及报警四部分组成，辅助检测部分包括人体感应模块、侧倾检测模块和视屏数据此采集模块各模块主要通过zigbee无线通信和互联网进行数据传输。
作为本发明再进一步的方案，所述主动检测用于火灾发生前，对电气数据进行采集与当前设备控制，对家庭电气设备的运行状态进行实时采集分析，主要由电气火灾监控模块组成，电气火灾监控模块分为以下两个部分：
1、电气漏电检测模块，主要检测由剩余电流引发的火灾。
使用漏电保护器专用电路对火线和零线上的漏电进行检测，由图2可知，当漏电信号产生时，零电流互感器检测到电信号，其次级线圈作为漏电保护器芯片的输入(In1In2)。当漏电信号的有效值与规定的额定电流时，漏电保护器芯片输出产生动作电平切断用设备的交流电源，Zigbee通信模块，实时监测漏电保护器的输出端OS是否产生动作电平，若发生漏电则将该设备的漏电故障上传至网关；
2、电气设备运行参数检测模块
主要检测短路，超负荷，线缆过热等引发的火灾，使用芯片即可测量当前用电设备的有用功率、电量，电压有效值，电流有效值，所述芯片为hlw8012，触发报警后会切断该模块所接入的用电设备电源，如图3。
1)电气参数超限报警：功率，电压，电流值超过产品额定值；功率，电压，电流值超过用户设定值；
2)插座、线缆等负荷温度超限报警：温度超限报警，可设置温度超限报警值，当线缆温度超过报警设定值时启动报警；温度升高速率报警；可设置升温速率报警值，当规定时间内温度变化超过设定值时触发报警，如相邻测量周期内温度升高2摄氏度，启动报警；温度异常点报警；当电路中某一测量点的温度值与其它测量点的温度值超过设定值时报警。
3)可设定设备工作时间：用户可自定义时间段为设备供电，防止忘记切断用电设备电源，用电设备长期工作引起的火灾。
作为本发明再进一步的方案，所述被动检测部分，由传统的火灾监控模块组成，对火灾传感器数据进行采集，包括：
光电感烟，离子感烟模块：火灾初期，物体阴燃阶段产生大量烟雾，该模块将烟雾浓度变化通过无线模块上传至网关。
火焰传感模块：适用于易产生明火的场合，当物体燃烧产生明显火焰时触发报警。
可燃气体传感模块：检测空气泄露的的可燃气体,天然气,酒精蒸汽等。
环境温度传感模块：检测当前环境温度。
作为本发明再进一步的方案，所述辅助检测部分，由非火灾传感设备组成，但能对火灾预防或检测起到较大的辅助作用，对辅助传感器进行数据采集，包括：
1、人体感应模块：该模块为辅助控制模块，可将该模块与电气设备运行参数检测模块绑定，用户可自定义场景控制，如：
场景1：30分钟检测区域内无人看守，切断大功率用电设备的电源；
场景2：5分钟检测区域内无人看守，切断卷发棒等低功率用户自定义的发热用电设备的电源；
侧倾检测模块：该模块为辅助模块，由陀螺仪和zigbee通信模块组成，可将该模块贴在存放易燃物的容器表面，当用户未解除检测，容器发生侧倾或移动时触发报警。该模块可由场景模式启动检测或解除检测，如联动人体感应模块，或者某一用电设备。
作为本发明再进一步的方案，所述视屏数据采集模块首先对视频图像的预处理，获取检测区域亮度信息，再进行帧缓冲，对火焰烟雾边沿检测，获取火焰烟雾边沿点集，再通过缓存的图像进行区块匹配，计算突变区域，获取其他参考信息，并通过电气、火灾采集模块归一化参数，综合判断，最后进行警戒线报警和报警处理，具体指在火灾发生时一般会产生烟雾或者火焰，引起周围环境的亮度发生变化；将视频采集到的当前图像信息与上一次采集到的图像信息对比（将采集到的图像分为若干个对比区域，将各个区域的图像亮度分量与上一段时时间内采集到的该区域图像对比）判断环境场景是否突变，若发生较大变化透过家庭网关将视频上传至云端，进行视屏火焰检测，视屏烟雾检测，用户可通过移动端查看监控区域情况。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明在传统的家庭火灾报警系统基础上，增加电气火灾监控；联动视频采集现场的图像信息，辅助采集有明火，烟雾情况下的火情大小。采用低功耗无线传感技术，将火情信息传送至网关，网关处理后推送至物联网云平台，云平台再将火情信息推送至手机客户端
2、本发明引入电气火灾监控，可预先报警，将家庭电气火灾扼杀在萌芽阶段，引入图像视觉辅助，可以实时了解现场火情大小，尽早使用户发现家庭火灾，进一步提高用户生命财产安全。
附图说明
图1为一种无线防火系统的分布式防火系统的四级系统框图。
图2为一种无线防火系统中漏电保护器专用电路的电路模块示意图。
图3为一种无线防火系统中电气设备运行参数检测的电路模块示意图。
图4为一种无线防火系统中视频烟雾检测的流程示意图。
图5为一种无线防火系统中各参数的协同关系图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～5，本发明实施例中，一种无线防火系统，包括监控管理层、数据管理分析层、网络通信层以及数据采集设备控制层，所述监控管理层、数据管理分析层、网络通信层以及数据采集设备控制层组成四级结构的分布式防火系统，所述监控管理层指用户主要通过移动客户端对火灾报警设备进行管理，可在移动端设置报警参数，报警场景，查询历史报警信息、设备运行状态，以及远程接收家庭火灾报警信息，所述数据管理分析层进行数据存储分析，其功能是保存用户参数设置，存储报警记录，自动添加设备故障记录，采集模块数据分析，对各模块数据归一化处理后，决策是否触发报警通知用户，所述网络通信层包括数据采集模块与网关通信、网关模块与移动客户端通信和互联网网络丢失后的本地控制。
a、数据采集模块与网关通信：数据采集模块与网关采用Zigbee无线协议进行通信，通信模块采用锂电池供电，即使停电，模块仍可正常工作1-2年,每个模块都有唯一的MAC地址，报警或故障发生时可准确定位报警或故障位置。网络具有自恢复功能，某一设备发生故障时，其它设备仍可搜索附近设备重新组网；
b、网关模块与移动客户端通信：本地网关与物联网云平台及移动客户端通过互联网传输，本地网关通过物联网云平台完成移动端与本地网关采集设备的数据交换；
c、互联网网络丢失后的本地控制：本地网关与物联网云平台丢失网络连接时，本地网关仍可根据本地最新用户设置通过zigbee协议与数据采集模块通信，故障或报警产生后与发出声光报警；
所述数据采集模块由主动检测，被动检测和辅助检测以及报警四部分组成，辅助检测部分包括人体感应模块、侧倾检测模块和视屏数据此采集模块各模块主要通过zigbee无线通信和互联网进行数据传输。
所述主动检测用于火灾发生前，对电气数据进行采集与当前设备控制，对家庭电气设备的运行状态进行实时采集分析，主要由电气火灾监控模块组成，电气火灾监控模块分为以下两个部分：
1、电气漏电检测模块，主要检测由剩余电流引发的火灾。
使用漏电保护器专用电路对火线和零线上的漏电进行检测，由图2可知，当漏电信号产生时，零电流互感器检测到电信号，其次级线圈作为漏电保护器芯片的输入(In1In2)。当漏电信号的有效值与规定的额定电流时，漏电保护器芯片输出产生动作电平切断用设备的交流电源，Zigbee通信模块，实时监测漏电保护器的输出端OS是否产生动作电平，若发生漏电则将该设备的漏电故障上传至网关；
2、电气设备运行参数检测模块
主要检测短路，超负荷，线缆过热等引发的火灾，使用芯片即可测量当前用电设备的有用功率、电量，电压有效值，电流有效值，所述芯片为hlw8012，触发报警后会切断该模块所接入的用电设备电源，如图3。
1)电气参数超限报警：功率，电压，电流值超过产品额定值；功率，电压，电流值超过用户设定值；
2)插座、线缆等负荷温度超限报警：温度超限报警，可设置温度超限报警值，当线缆温度超过报警设定值时启动报警；温度升高速率报警；可设置升温速率报警值，当规定时间内温度变化超过设定值时触发报警，如相邻测量周期内温度升高2摄氏度，启动报警；温度异常点报警；当电路中某一测量点的温度值与其它测量点的温度值超过设定值时报警。
3)可设定设备工作时间：用户可自定义时间段为设备供电，防止忘记切断用电设备电源，用电设备长期工作引起的火灾。
所述被动检测部分，由传统的火灾监控模块组成，对火灾传感器数据进行采集，包括：
1)光电感烟，离子感烟模块：火灾初期，物体阴燃阶段产生大量烟雾，该模块将烟雾浓度变化通过无线模块上传至网关。
2)火焰传感模块：适用于易产生明火的场合，当物体燃烧产生明显火焰时触发报警。
3)可燃气体传感模块：检测空气泄露的的可燃气体,天然气,酒精蒸汽等。
4)环境温度传感模块：检测当前环境温度。
所述辅助检测部分，由非火灾传感设备组成，但能对火灾预防或检测起到较大的辅助作用，对辅助传感器进行数据采集，包括：
1)1、人体感应模块：该模块为辅助控制模块，可将该模块与电气设备运行参数检测模块绑定，用户可自定义场景控制，如：
场景1：30分钟检测区域内无人看守，切断大功率用电设备的电源；
场景2：5分钟检测区域内无人看守，切断卷发棒等低功率用户自定义的发热用电设备的电源；
2)侧倾检测模块：该模块为辅助模块，由陀螺仪和zigbee通信模块组成，可将该模块贴在存放易燃物的容器表面，当用户未解除检测，容器发生侧倾或移动时触发报警。该模块可由场景模式启动检测或解除检测，如联动人体感应模块，或者某一用电设备。
所述视屏数据采集模块首先对视频图像的预处理，获取检测区域亮度信息，再进行帧缓冲，对火焰烟雾边沿检测，获取火焰烟雾边沿点集，再通过缓存的图像进行区块匹配，计算突变区域，获取其他参考信息，并通过电气、火灾采集模块归一化参数，综合判断，最后进行警戒线报警和报警处理，具体指在火灾发生时一般会产生烟雾或者火焰，引起周围环境的亮度发生变化；将视频采集到的当前图像信息与上一次采集到的图像信息对比（将采集到的图像分为若干个对比区域，将各个区域的图像亮度分量与上一段时时间内采集到的该区域图像对比）判断环境场景是否突变，若发生较大变化透过家庭网关将视频上传至云端，进行视屏火焰检测，视屏烟雾检测，用户可通过移动端查看监控区域情况。
本发明的工作原理是：使用过程中，通过数据采集设备控制层进行数据采集，对火灾特征中的烟雾、火焰、可燃气体、环境温度进行数据采集和处理，并通过视觉辅助模块识别到的烟雾、火焰信息进行阴燃概率、明火概率和无火概率的逻辑决策，并对线路剩余电流、线路功率、线路电流和线缆温度进行监测，对漏电概率、过载概率和短路概率进行逻辑决策，逻辑决策的依据为历史生活场景传感器参数、家庭存放可燃物倾侧和用电设备的历史运行状态，当数据采集模块采集并判断为无火灾时，存储各模块运行数据，当判断存在火灾隐患时，声光警告异常状态，切断异常状态区域电气设备电源，并通知移动端进行处理，存储异常状态信息，当判断为有火灾时，声光报警并切断电气设备电源，移动端报警，并存储报警信息。
本发明在传统的家庭火灾报警系统基础上，增加电气火灾监控；联动视频采集现场的图像信息，辅助采集有明火，烟雾情况下的火情大小。采用低功耗无线传感技术，将火情信息传送至网关，网关处理后推送至物联网云平台，云平台再将火情信息推送至手机客户端。本发明引入电气火灾监控，可预先报警，将家庭电气火灾扼杀在萌芽阶段，引入图像视觉辅助，可以实时了解现场火情大小，尽早使用户发现家庭火灾，进一步提高用户生命财产安全。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉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同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种无线防火系统，包括监控管理层、数据管理分析层、网络通信层以及数据采集设备控制层，其特征在于，所述监控管理层、数据管理分析层、网络通信层以及数据采集设备控制层组成四级结构的分布式防火系统，所述监控管理层指用户通过移动客户端对火灾报警设备进行管理，可在移动端设置报警参数，报警场景，查询历史报警信息、设备运行状态，以及远程接收家庭火灾报警信息，所述数据管理分析层进行数据存储分析，其功能是保存用户参数设置，存储报警记录，自动添加设备故障记录，采集模块数据分析，对各模块数据归一化处理后，决策是否触发报警通知用户。
2.根据权利要求1所述的一种无线防火系统，其特征在于，所述网络通信层包括数据采集模块与网关通信、网关模块与移动客户端通信和互联网网络丢失后的本地控制：
a、数据采集模块与网关通信：数据采集模块与网关采用Zigbee无线协议进行通信，通信模块采用锂电池供电，每个模块都有唯一的MAC地址，报警或故障发生时可准确定位报警或故障位置，网络具有自恢复功能，某一设备发生故障时，其它设备仍可搜索附近设备重新组网；
b、网关模块与移动客户端通信：本地网关与物联网云平台及移动客户端通过互联网传输，本地网关通过物联网云平台完成移动端与本地网关采集设备的数据交换；
c、互联网网络丢失后的本地控制：本地网关与物联网云平台丢失网络连接时，本地网关仍可根据本地最新用户设置通过zigbee协议与数据采集模块通信，故障或报警产生后与发出声光报警。
3.根据权利要求2所述的一种无线防火系统，其特征在于，所述数据采集模块由主动检测，被动检测和辅助检测以及报警四部分组成，辅助检测部分包括人体感应模块、侧倾检测模块和视屏数据此采集模块各模块通过zigbee无线通信和互联网进行数据传输。
4.根据权利要求3所述的一种无线防火系统，其特征在于，所述主动检测用于火灾发生前，对电气数据进行采集与当前设备控制，对家庭电气设备的运行状态进行实时采集分析，由电气火灾监控模块组成，电气火灾监控模块分为以下两个部分：
1、电气漏电检测模块，检测由剩余电流引发的火灾；
使用漏电保护器专用电路对火线和零线上的漏电进行检测，当漏电信号产生时，零电流互感器检测到电信号，其次级线圈作为漏电保护器芯片的输入(In1 In2)；当漏电信号的有效值与规定的额定电流时，漏电保护器芯片输出产生动作电平切断用设备的交流电源，Zigbee通信模块，实时监测漏电保护器的输出端OS是否产生动作电平，若发生漏电则将该设备的漏电故障上传至网关；
2、电气设备运行参数检测模块
检测短路，超负荷，线缆过热引发的火灾，触发报警后会切断该模块所接入的用电设备电源；
1)电气参数超限报警：功率，电压，电流值超过产品额定值；功率，电压，电流值超过用户设定值；
2)插座、线缆负荷温度超限报警：温度超限报警，可设置温度超限报警值，当线缆温度超过报警设定值时启动报警；温度升高速率报警：可设置升温速率报警值，当规定时间内温度变化超过设定值时触发报警，温度异常点报警：当电路中某一测量点的温度值与其它测量点的温度值超过设定值时报警；
3)可设定设备工作时间：用户可自定义时间段为设备供电，防止忘记切断用电设备电源，用电设备长期工作引起的火灾。
5.根据权利要求3所述的一种无线防火系统，其特征在于，所述被动检测部分，由传统的火灾监控模块组成，对火灾传感器数据进行采集，包括：光电感烟，离子感烟模块：火灾初期，物体阴燃阶段产生大量烟雾，该模块将烟雾浓度变化通过无线模块上传至网关；火焰传感模块：适用于易产生明火的场合，当物体燃烧产生明显火焰时触发报警；可燃气体传感模块：检测空气泄露的的可燃气体；环境温度传感模块：检测当前环境温度。
6.根据权利要求3所述的一种无线防火系统，其特征在于，所述辅助检测部分，由非火灾传感设备组成，但能对火灾预防或检测起到较大的辅助作用，对辅助传感器进行数据采集，包括：人体感应模块：该模块为辅助控制模块，可将该模块与电气设备运行参数检测模块绑定，用户可自定义场景控制；侧倾检测模块：该模块为辅助模块，由陀螺仪和zigbee通信模块组成，可将该模块贴在存放易燃物的容器表面，当用户未解除检测，容器发生侧倾或移动时触发报警，该模块可由场景模式启动检测或解除检测。
7.根据权利要求3所述的一种无线防火系统，其特征在于，所述视屏数据采集模块首先对视频图像的预处理，获取检测区域亮度信息，再进行帧缓冲，对火焰烟雾边沿检测，获取火焰烟雾边沿点集，再通过缓存的图像进行区块匹配，计算突变区域，获取其他参考信息，并通过电气、火灾采集模块归一化参数，综合判断，最后进行警戒线报警和报警处理，用户可通过移动端查看监控区域情况。
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