CN112150751A - 一种火灾探测器、网关及火灾预警系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种火灾探测器、网关及火灾预警系统；火灾探测器包括：火灾探测器本体、电源电子开关、数控增益及阈值控制电路、VHF1无线数传模块和ARM微处理器；其中，所述电源电子开关与火灾探测器本体的电源相连接，以及与所述ARM微处理器相连接；所述数控增益及阈值控制电路与所述火灾探测器本体的输出端相连接，所述数控增益及阈值控制电路还与所述ARM微处理器相连接；所述VHF1无线数传模块与所述ARM微处理器相连接，还用于与外部的通信设备相连接。如此，可以实现火灾探测的准确率。

Description

一种火灾探测器、网关及火灾预警系统
技术领域
本申请涉及环境监测技术领域，具体而言，涉及一种火灾探测器、网关及火灾预警系统。
背景技术
为了指导和规范文物建筑消防技术措施，原文物局组织编制了《文物建筑防火设计导则(试行)》，主要技术内容包括：现场勘察与风险分析、消防总体布局、消防栓或消防水池、消防灭火设施、火灾自动报警装置、消防备用电源及配电设计。为此，国内诸多物联网技术类公司研发了种类繁多的、由防火监控子系统、用电安全监测子系统、消防栓监测子系统、视频监视子系统和云平台等设备构成的文物建筑“智慧消防”系统。然而，当下通行的文物建筑“智慧消防”系统，实际上是一种文物建筑火灾早期预警系统。在此类系统中，大都配置了由锂电池供电的、商品化无线火灾探测器，直接(配置运营商网络SIM卡)、或间接(配置无线数传网关——汇聚节点)地向远程监管平台发送监测数据或报警信息。
本发明的发明人在研究中发现，现有的火灾探测器当检测值超过预先设定的安全阈值时，此类火灾探测器将持续向远程监管平台发送信息，并启动声光报警装置。该类的商品化火灾探测器，都不具备环境自适应功能，故其虚警概率高；而一旦出现虚警现象，值守人员就会不间断地收到火警信息。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种火灾探测器、网关及火灾预警系统，以实现更加准确、高效的进行火灾探测。
具体地，本申请是通过如下技术方案实现的：
第一方面，本申请实施例提供了一种火灾探测器，包括火灾探测器本体，还包括：电源电子开关、数控增益及阈值控制电路、VHF1无线数传模块和ARM微处理器；其中，所述电源电子开关与火灾探测器本体的电源相连接，以及与所述ARM微处理器相连接；所述数控增益及阈值控制电路与所述火灾探测器本体的输出端相连接，所述数控增益及阈值控制电路还与所述ARM微处理器相连接；所述VHF1无线数传模块与所述ARM微处理器相连接，还用于与外部的通信设备相连接；
当所述火灾探测器本体通过所述VHF无线数传模块向网关发送警示数据后，所述ARM微处理器控制切断所述电源电子开关，使得所述探测器本体不再执行环境参量监测；若所述ARM微处理器通过VHF无线数传模块接收到所述网关反馈的表征无火情发生的信号，则控制开启所述电源电子开关；
所述ARM微处理器还用于接收到自适应调节指令以后通过所述数控增益及阈值控制电路分别调节火灾探测器的电路增益和安全阈值。
可选地，所述数控增益及阈值控制电路，包括：输出匹配滤波电路、运算放大器、第一数控电位器、第二数控电位器和比较器；
所述输出匹配滤波电路用于与火灾探测器的输出端相连接，所述输出匹配电路与所述运算放大器相连接，所述运算放大器与所述第一数控电位器相连接，所述数控电位器与比较器相连接，所述比较器还与第二数控电位器相连接。
第二方面，本申请实施例提供了一种网关，包括：处理器、第一无线数传模块、第二无线数传模块和4G/LTE串口通信模块；
所述处理器与所述第一无线数传模块、第二无线数传模块和4G/LTE串口通信模块相连接；
所述处理器用于通过所述第一无线数传模块与火灾探测器实现双向通信，通过所述第二无线数传模块与被控电子消防设备通信，以及通过所述4G/LTE串口通信模块和控制平台实现双向通信。
第三方面，本申请实施例提供了一种火灾预警系统，包括：如上述任一实施例所述的火灾探测器、如上述实施例所述的网关，以及控制平台；
所述火灾探测器用于向所述网关发送探测信号，所述网关进一步将所述探测信号上传至控制平台，所述控制平台分析所述探测信号，在确定发生火灾的情况下通过所述网关触发被控电子消防设备执行相应动作。
可选地，所述控制平台还用于在判断所述火灾探测器出现虚警或者漏报以后，通过所述网关触发所述探测器调节火灾探测器的电路增益和安全阈值。
本申请实施例中提供的一种火灾探测器、网关及火灾预警系统，火灾探测器当所述火灾探测器本体通过VHF无线数传模块向网关发送警示数据后，ARM微处理器控制切断电源电子开关，进而使得所述探测器本体不再执行环境参量监测，不再持续的进行报警，并且节省了电能；若ARM微处理器通过VHF无线数传模块接收到网关反馈的表征无火情发生的信号，则控制开启该电源电子开关。ARM微处理器在接收到自适应调节指令以后通过数控增益及阈值控制电路分别调节火灾探测器的电路增益和安全阈值，进而使的智能监控型火灾探测器具有环境自适应功能，克服传统火灾探测器因环境参数变化而频繁出现虚警/漏警现象之缺陷。
附图说明
图1是本申请一示例性实施例提供的一种电源电子开关的结构示意图；
图2是本申请一示例性实施例提供的另一种电源电子开关的结构示意图；
图3是本申请一示例性实施例示出的一种数控增益及阈值控制电路的示意图；
图4是本申请一示例性实施例示出的一种火灾探测器的示意图；
图5是本申请一示例性实施例示出的火灾探测器的双电源供电装置示意图；
图6是本申请一示例性实施例示出的网关的双电源供电装置示意图；
图7是本申请一示例性实施例示出的一种网关的结构示意图；
图8是本申请一示例性实施例示出的于交流电输入的直流稳压源和智能充电锂电池组的双电源供电装置示意图；
图9是本申请一示例性实施例示出的一种火灾预警系统的示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
本申请实施例中一种火灾探测器，包括火灾探测器本体，还包括：电源电子开关、数控增益及阈值控制电路、VHF1无线数传模块和ARM微处理器；其中，电源电子开关与火灾探测器本体的电源相连接，以及与ARM微处理器相连接；数控增益及阈值控制电路与火灾探测器本体的输出端相连接，数控增益及阈值控制电路还与ARM微处理器相连接；VHF1无线数传模块与ARM微处理器相连接，还用于与外部的通信设备相连接。
本实施例中，当火灾探测器本体通过VHF无线数传模块向网关发送警示数据后，ARM微处理器控制切断电源电子开关，使得探测器本体不再执行环境参量监测；若所述ARM微处理器通过VHF无线数传模块接收到来自网关反馈的表征无火情发生的信号，则控制开启所述电源电子开关。
上述ARM微处理器还用于接收到自适应调节指令以后通过数控增益及阈值控制电路分别调节火灾探测器的电路增益和安全阈值。
具体参照图1、图2所示的实施例，图1是本申请一示例性实施例提供的一种电源电子开关的结构示意图，图2是本申请一示例性实施例提供的另一种电源电子开关的结构示意图；本实施例中，当HY_VS大于3.3V，采用图1所示电路；当HY_VS小于或等于3.3V，则采用图2所示电路。当火灾探测器发出监测数据或报警信息之后，ARM微处理器通过MCU_IO切断火灾探测器电源HY_V。
本申请一实施例中，上述数控增益及阈值控制电路，包括：输出匹配滤波电路、运算放大器、第一数控电位器、第二数控电位器和比较器。
所述输出匹配滤波电路用于与火灾探测器的输出端相连接，所述输出匹配电路与所述运算放大器相连接，所述运算放大器与所述第一数控电位器相连接，所述数控电位器与比较器相连接，所述比较器还与第二数控电位器相连接。
图3是本申请一示例性实施例示出的一种数控增益及阈值控制电路的示意图；参照图3所示，电阻R1、R2和电容C1构成匹配滤波电路，使其输出信号与后端电路相匹配；电阻R3、R4和IIC接口双数控电位器(1/2，A1-W1)和运算放大器构成可变增益同向放大电路；电阻R5和电容C2构成低通滤波电路，经滤波输出的模拟信号HY_AOUT接入ARM微处理器的模数转换器(MCU_AD)，以便于后续处理；此外，模拟信号HY_AOUT接入比较器(集电极开路OCT)的负输入端，电压源VC_3V3和IIC接口双数控电位器(2/2，A2-W2-B2)构成可变安全阈值电路，电容C3用于抑制高频电压纹波；比较器的输出端(外接上拉电阻R6和LED电路)HY_DOUT接入ARM微处理器的中断输入端(MCU_INT)。当火灾探测器频繁出现虚警/漏警现象时，ARM微处理器可通过IIC接口分别调节火灾探测器的电路增益和安全阈值，以避免再次出现虚警/漏警现象；进而本实施例中提供的火灾探测器具有环境自适应的能力。
图4是本申请一示例性实施例示出的一种火灾探测器的示意图；参照图4所示，ARM微处理器的左侧分别是模数转换器输入端，中断输入端和数字输出端，依次连接火灾探测器输出信号HY_AOUT、中断信号HY_DOUT和电子开关电路的控制端HY_PWR；ARM微处理器的右侧分别连接UART串口VHF1无线数传模块和IIC双数控电位器，其中，VHF1无线数传模块用于与无线数传网关(汇聚节点)实现双向通信。
图5是本申请一示例性实施例示出的火灾探测器的双电源供电装置示意图；参照图5所示，其中，直流稳压源(12V/3.3A)由市电供电；三元锂电池组(12V/10Ah)由市电供电的充电装置进行充电(双电源用肖特基二极管隔离，参见图3)；双电源供电装置的输出分别是ARM微处理器电源VCC_3V3/VDD_3V3、VHF1无线数传模块电源VHF_5V和火灾探测器的输入电源HY_VS_IN(注：HY_VS是输入电源HY_VS_IN所产生的输出电压)。
本申请另一实施例中还提供了一种网关，包括：处理器、第一无线数传模块、第二无线数传模块和4G/LTE串口通信模块；
所述处理器与所述第一无线数传模块、第二无线数传模块和4G/LTE串口通信模块相连接；
所述处理器用于通过所述第一无线数传模块与火灾探测器实现双向通信，通过所述第二无线数传模块与被控电子消防设备通信，以及通过所述4G/LTE串口通信模块和控制平台实现双向通信。上述的第一无线数传模块、第二无线数传模块分别为VHF1无线数传模块和VHF2无线数传模块。
图6是本申请一示例性实施例示出的网关的双电源供电装置示意图；其中，直流稳压源(12V/3.3A)由市电供电；三元锂电池组(12V/10Ah)由市电供电的充电装置进行充电(双电源用肖特基二极管隔离)；双电源供电装置的输出分别是ARM单片机电源VCC_3V3/VDD_3V3、VHF无线通信模块(无线数传模块)电源和串口模块电源。
图7是本申请一示例性实施例示出的一种网关的结构示意图；参照图7所示，网关作为火灾探测器的汇聚节点，通过VHF1无线数传模块与火灾探测器实现双向通信；通过4G/LTE串口模块与网络云服务器与控制平台(智能监管平台/智能手持终端)实现双向通信；通过VHF2无线数传模块与被控电子消防设备(智能开关/燃气阀控制器)实现双向通信。上述的处理器包括：ARM1单片机系统和ARM2单片机系统。
具体说明如下：
(1)在ARM1单片机系统中，VHF1无线数传模块用于与智能火灾探测器实现双向通信(监测频段VHF1，上传数据与应答)；VHF2无线数传模块用于与电源开关(继电器)/燃气阀无线测控子系统(未画出此部分)实现双向通信(控制频段VHF2，下发控制指令与上传应答信息)；IIC铁电存储器用于缓存现场监测数据，以避免通信堵塞时丢失数据。
(2)在ARM2单片机系统中，4G/LTE串口模块用于与智能监管平台/智能手持终端实现双向通信；SPI铁电存储器用于缓存现场监测数据；IIC日期时间模块用于记录事件发生(数据/命令发送或接收)时间。
(3)ARM1单片机系统与ARM2单片机系统通过UART串口实现双向通信。
图8是本申请一示例性实施例示出的于交流电输入的直流稳压源和智能充电锂电池组的双电源供电装置示意图；参照图8所示，其中：
(1)市电输入(交流电220V/50Hz)的12V智能锂电池组充电器(订购，输出大于15.1V/2A)用于对12V/10Ah三元锂电池进行充电；当因某种原因导致市电中断时，双电源供电装置由12V锂电池向外部供电；当市电正常时，双电源供电装置由12V/3.3A直流稳压源向外部供电。
(2)磁珠FB用于抑制直流稳压源电源地线上的高频噪声和尖峰干扰、吸收静电脉冲。
(3)两只肖特基二极管(SS34L)用于阻隔12V锂电池和12V直流稳压源的输出端。
(4)三只瞬态抑制二极管SMBJ15A用于保护电源后端电子元器件免受各种浪涌脉冲冲击；自恢复保险丝SMD1812P300TF/16V用于直流稳压源/理电池电源的过流保护。
需要说明的是，根据建筑物的大小和智能监控型火灾探测器的个数，可配备多个双电源供电装置，以避免直流电源线路太长所带来的能量损耗。若采用2平方毫米的铜导线，则其长度线不应超过230米，负载总电流不能超过3A。
本申请一实施例中还提供了一种火灾预警系统，参照图9所示，该系统包括：火灾探测器10、网关20以及控制平台30。
所述火灾探测器用于向所述网关发送探测信号，所述网关进一步将所述探测信号上传至控制平台，所述控制平台分析所述探测信号，在确定发生火灾的情况下通过所述网关触发被控电子消防设备执行相应动作。
上述控制平台还用于在判断所述火灾探测器出现虚警或者漏报以后，通过所述网关触发所述探测器调节火灾探测器的电路增益和安全阈值。
进而本申请上述实施例中，在现有的火灾探测器本体上设置电源电子开关、数控增益及阈值控制电路、VHF1无线数传模块和ARM微处理器，将各种商品化火灾探测器升级为智能监控型火灾探测器。利用ARM微处理器控制附加的PMOS电源电子开关，以便于根据实际监测需求关断或开启火灾探测器电源，以克服商品化火灾探测器的检测值一旦超过安全阈值，就会持续不断地向汇聚节点/智能监管平台发送报警信息的固有弊端；利用ARM微处理器控制附加的数控增益及阈值控制电路(IIC双数控电位器)，分别调节火灾探测器的电路增益和安全阈值，使智能监控型火灾探测器具有环境自适应功能，进而克服传统火灾探测器因环境参数变化而频繁出现虚警/漏警现象之缺陷。
将网关作为火灾探测器的汇聚节点，可对异构火灾探测器(多种不同的火灾探测器)信息进行融合处理，并通过4G网络服务器将经融合处理后的探测器信息上传至智能监管平台/智能手持终端。这样，既可避免将未经融合处理的多探测器数据直接上传到智能监管平台/智能手持终端，以提高系统检测概率；又不需要为单个火灾探测器都配置独立的通信网卡(SIM卡)，以节省通信资源开销。
火灾探测器和网关均采用无线通信和有线供电：双电源供电装置有线集中供电。解决了现有探测器需要定期更换锂电池，增加设备保障维护支出；当锂电池电量不足时，还可能出现火灾漏检现象的问题。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (5)

1.一种火灾探测器，包括火灾探测器本体，其特征在于，还包括：电源电子开关、数控增益及阈值控制电路、VHF1无线数传模块和ARM微处理器；其中，所述电源电子开关与火灾探测器本体的电源相连接，以及与所述ARM微处理器相连接；所述数控增益及阈值控制电路与所述火灾探测器本体的输出端相连接，所述数控增益及阈值控制电路还与所述ARM微处理器相连接；所述VHF1无线数传模块与所述ARM微处理器相连接，还用于与外部的通信设备相连接；
当所述火灾探测器本体通过所述VHF无线数传模块向网关发送警示数据后，所述ARM微处理器控制切断所述电源电子开关，使得所述探测器本体不再执行环境参量监测；若所述ARM微处理器通过VHF无线数传模块接收到所述网关反馈的表征无火情发生的信号，则控制开启所述电源电子开关；
所述ARM微处理器还用于接收到自适应调节指令以后通过所述数控增益及阈值控制电路分别调节火灾探测器的电路增益和安全阈值。
2.根据权利要求1所述的火灾探测器，其特征在于，所述数控增益及阈值控制电路，包括：输出匹配滤波电路、运算放大器、第一数控电位器、第二数控电位器和比较器；
所述输出匹配滤波电路用于与火灾探测器的输出端相连接，所述输出匹配电路与所述运算放大器相连接，所述运算放大器与所述第一数控电位器相连接，所述数控电位器与比较器相连接，所述比较器还与第二数控电位器相连接。
3.一种网关，其特征在于，包括：处理器、第一无线数传模块、第二无线数传模块和4G/LTE串口通信模块；
所述处理器与所述第一无线数传模块、第二无线数传模块和4G/LTE串口通信模块相连接；
所述处理器用于通过所述第一无线数传模块与火灾探测器实现双向通信，通过所述第二无线数传模块与被控电子消防设备通信，以及通过所述4G/LTE串口通信模块和控制平台实现双向通信。
4.一种火灾预警系统，其特征在于，包括：如权利要求1或2任一所述的火灾探测器、如权利要求4所述的网关，以及控制平台；
所述火灾探测器用于向所述网关发送探测信号，所述网关进一步将所述探测信号上传至控制平台，所述控制平台分析所述探测信号，在确定发生火灾的情况下通过所述网关触发被控电子消防设备执行相应动作。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述控制平台还用于在判断所述火灾探测器出现虚警或者漏报以后，通过所述网关触发所述探测器调节火灾探测器的电路增益和安全阈值。
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