CN113674503A - 一种可接入消防总线的红外温度火灾报警器及报警方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可接入消防总线的红外温度火灾报警器，包括主控电路，主控电路上设置有红外阵列温度传感器、微处理器、消防总线接口电路、消防总线地址编码单元和检测阈值编码单元；前端可以使用更低分辨率的红外探头及处理器，有效降低了红外技术应用的传感器成本；无需重新架设高带宽的网络，而无需部署新的服务器、交换机等系统设备，最大限度的降低工程周期和工程投资；可以在同一个消防系统中根据不同的建筑面积替换不同分辨率的红外设备，实现一个系统中针对不同建筑格局的通用适配和经济最优，也可以根据面积、安全管理等级的需要，对原有烟感报警器进行部分而非全部替换；对于不同工作环境，可以灵活通过快速拨码开关等实现阈值的手动调节。

Description

一种可接入消防总线的红外温度火灾报警器及报警方法

技术领域

本发明涉及红外火灾报警器技术领域，更具体地说，涉及一种可接入消防总线的红外温度火灾报警器及报警方法。

背景技术

在我国建筑消防验收和仓库防火中应用最为广泛的是感应烟雾的烟雾型火灾报警器；很多建筑中都应用烟雾报警器、消防总线和消防控制室设备等，部署了一整套以烟雾报警器为主要感知手段的火灾报警系统；对于火灾防范，这种消防报警系统早期发挥了重大作用。

然而对于有对流通风的场所、挑高较高的建筑发生的早期火灾，以及一些起火初期呈射流火焰等现象的早期火灾，传统烟雾报警器的动作速度较慢，火灾发现较晚，难以满足对于火灾发现和止灾减损的需要。

在一些所谓智慧消防系统中，采用了一种新型的烟温感一体火灾报警器；这种报警器增加了温度异常报警的能力，但由于使用的是热电偶、热电阻等温度传感，温度感应点在报警器上，需要热量传递到感应位置才可以实现报警，发现速度仍不够迅速，对于灾害的发现能力仍旧不突出，新型红外热成像火灾报警技术，发现火灾速度极快，可以可视化查看热源和火势，在消防行业得到一些应用，应用双光谱热成像监控设备，可以使得视频监控和火灾防范结合，效果极好。

然而红外分辨率越高，红外传感器价格越高昂，而且，热成像监控设备需要联网使用，需要铺设专用通信网络、供电网络以传输高带宽视频或图像，系统应用成本高昂、后台服务器成本高昂，且涉及大量的改扩建工程，不仅综合应用成本极高，且对于大量已经投建运行的消防系统来说是重复建设；并且，对于不同建筑面积的区域，应用相同的高清红外热成像设备可能在小空间存在像素的巨大浪费；应用不同像素的红外设备又存在远程监控系统对不同像素设备的兼容难题。以上这些因素制约了高灵敏、高清红外热成像技术在火灾报警器行业的推广应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种可接入消防总线的红外温度火灾报警器，还提供了一种报警方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

构造一种可接入消防总线的红外温度火灾报警器，其中，包括主控电路，所述主控电路上设置有红外阵列温度传感器、微处理器、消防总线接口电路、消防总线地址编码单元和检测阈值编码单元；

所述消防总线接口电路，用于与消防总线进行对接，提供供电以及通信功能；

所述消防总线地址编码单元，用于消防总线的寻址；

所述检测阈值编码单元，用于设定调节报警温度值；

所述红外阵列温度传感器，用于进行阵列式红外采集温度数据；

所述微处理器，用于计算所述红外阵列温度传感器采集的阵列温度数据中每一像素点温度，应用识别算法发现超过预期的发热特征，并在检测到识别算法判定的过热行为时发出报警信号。

本发明所述的可接入消防总线的红外温度火灾报警器，其中，所述消防总线接口电路包括依次电连接的消防总线物理接口、消防总线电源整流电路和消防总线接口芯片；

所述消防总线物理接口，用于与消防总线电性连接，实现通信和供电连接；

所述消防总线电源整流电路，用于整流以提供稳压输出；

所述消防总线接口芯片，用于与所述微处理器进行对接，实现通信以及供电。

本发明所述的可接入消防总线的红外温度火灾报警器，其中，所述消防总线电源整流电路包括两个对接所述消防总线接口芯片的接入端、一个输出端和一个整流桥；所述整流桥由四个第一二极管同向呈环形电连接构成，相邻两个第一二极管之间形成一接入点，一组相对的两个接入点分别连接两个所述接入端，另一组相对的两个接入点其一接地另一连接第二二极管的正极，所述第二二极管的负极连接所述输出端；所述输出端通过径向极化电容接地。

本发明所述的可接入消防总线的红外温度火灾报警器，其中，所述输出端通过电源降压电路与所述微处理器电连接，所述电源降压电路用于降低输入电压。

本发明所述的可接入消防总线的红外温度火灾报警器，其中，所述电源降压电路包括降压芯片，所述降压芯片的VIN引脚与所述输出端连接，所述降压芯片的SW引脚连接有电感，所述电感远离与所述降压芯片连接的一端连接所述微处理器的VDD引脚；所述降压芯片的EN引脚通过第一电阻与所述降压芯片的VIN引脚连接，通过第二电阻与所述降压芯片的GND引脚连接；所述降压芯片的GND引脚接地；所述电源降压电路还包括并联连接在所述降压芯片与所述输出端连接的支路上的第一电容和第二电容；所述第一电容和所述第二电容背离与所述降压芯片连接的一端接地；所述降压芯片的BOOT引脚通过第三电容与所述降压芯片的SW引脚连接；所述电感与所述微处理器连接的支路上并联有第四电容和第五电容；所述第四电容和所述第五电容背离与所述电感连接的一端接地；所述降压芯片的FB引脚通过第三电阻与所述微处理器的VDD引脚连接；所述降压芯片的FB引脚与所述第三电阻连接的支路上并联连接有第六电容和第四电阻；所述第四电阻的一端通过第五电阻接地。

本发明所述的可接入消防总线的红外温度火灾报警器，其中，所述消防总线接口芯片的PI引脚通过第六电阻与所述第二二极管的正极连接，所述消防总线接口芯片的PI引脚通过第七电阻接地；所述消防总线接口芯片的PO引脚通过第八电阻与三极管的基极连接，所述三极管的发射极通过第九电阻接地，所述三极管的集电极与所述第二二极管的正极连接；所述消防总线接口芯片的RX引脚和TX引脚分别与所述微处理器的PA2引脚和PA3引脚连接。

本发明所述的可接入消防总线的红外温度火灾报警器，其中，所述消防总线接口芯片采用了POWERBUS两线制供电总线技术，供电和通讯均由POWERBUS两线制供电总线提供。

本发明所述的可接入消防总线的红外温度火灾报警器，其中，所述可接入消防总线的红外温度火灾报警器还包括报警单元，

本发明所述的可接入消防总线的红外温度火灾报警器，其中，所述可接入消防总线的红外温度火灾报警器还包括安装壳体，所述安装壳体的下表面设置有所述红外阵列温度传感器，所述安装壳体的内部设置有所述主控电路，所述安装壳体的上表面设置有多个与所述消防总线接口电路、所述消防总线地址编码单元以及所述检测阈值编码单元一一对应的窗口。

一种可接入消防总线的红外温度火灾报警器报警方法，应用如上述的可接入消防总线的红外温度火灾报警器，其实现方法如下：

采用低分辨率的阵列式红外测温传感器作为温度的采集来源，将现场目标区域划为阵列后，应用微处理器在报警器内直接解算平均红外辐射量并转化为温度数值，微处理器在温度阵列数据中应用识别过热物体的图像处理算法来发现早期火灾或者发热异常部位，并进行报警处理。

本发明的有益效果在于：应用本申请的方式方法，应用非接触式红外测温技术发现火灾，识别速度更快，火灾感知更灵敏，止灾减损效果突出；由于不再需要传输远程图像，前端可以使用更低分辨率的红外探头及处理器，并添加智能识别增强算法，对于红外传感器的像素需求更低，有效降低了红外技术应用的传感器成本；利用现有的消防总线和报警主机等系统、设备，无需重新架设高带宽的网络，而无需部署新的服务器、交换机等系统设备，最大限度的降低工程周期和工程投资；由于本发明中的报警器可以应用不同分辨率、厂家的红外传感器来实现，可以在同一个消防系统中根据不同的建筑面积替换不同分辨率的红外设备，实现一个系统中针对不同建筑格局的通用适配和经济最优。也可以根据面积、安全管理等级的需要，对原有烟感报警器进行部分而非全部替换；对于不同工作环境，如低温冷藏室、恒温房或其他预定正常条件下存在高低温环境的建筑内，可以灵活通过快速拨码开关等实现阈值的手动调节。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图：

图1是本发明较佳实施例的可接入消防总线的红外温度火灾报警器原理框图；

图2是本发明较佳实施例的可接入消防总线的红外温度火灾报警器结构示意图；

图3是本发明较佳实施例的可接入消防总线的红外温度火灾报警器供电通讯原理框图；

图4是本发明较佳实施例的可接入消防总线的红外温度火灾报警器消防总线接口电路电路图；

图5是本发明较佳实施例的可接入消防总线的红外温度火灾报警器电源降压电路电路图；

图6是本发明较佳实施例的可接入消防总线的红外温度火灾报警器微处理器电路图；

图7是本发明较佳实施例的可接入消防总线的红外温度火灾报警器消防总线地址编码单元和检测阈值编码单元电路图。

具体实施方式

为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的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。

本发明较佳实施例的可接入消防总线的红外温度火灾报警器，如图1所示，同时参阅图2-7，包括主控电路101，主控电路101上设置有红外阵列温度传感器102、微处理器108、消防总线接口电路103、消防总线地址编码单元104和检测阈值编码单元105；

消防总线接口电路103，用于与消防总线进行对接，提供供电以及通信功能；

消防总线地址编码单元104，用于消防总线的寻址；

检测阈值编码单元105，用于设定调节报警温度值；

红外阵列温度传感器102，用于进行阵列式红外采集温度数据；

微处理器108，用于计算红外阵列温度传感器采集的阵列温度数据中每一像素点温度，应用识别算法发现超过预期的发热特征，并在检测到识别算法判定的过热行为时发出报警信号；

应用本申请的方式方法，应用非接触式红外测温技术发现火灾，识别速度更快，火灾感知更灵敏，止灾减损效果突出；由于不再需要传输远程图像，前端可以使用更低分辨率的红外探头及处理器，并添加智能识别增强算法，对于红外传感器的像素需求更低，有效降低了红外技术应用的传感器成本；利用现有的消防总线和报警主机等系统、设备，无需重新架设高带宽的网络，而无需部署新的服务器、交换机等系统设备，最大限度的降低工程周期和工程投资；由于本发明中的报警器可以应用不同分辨率、厂家的红外传感器来实现，可以在同一个消防系统中根据不同的建筑面积替换不同分辨率的红外设备，实现一个系统中针对不同建筑格局的通用适配和经济最优。也可以根据面积、安全管理等级的需要，对原有烟感报警器进行部分而非全部替换；对于不同工作环境，如低温冷藏室、恒温房或其他预定正常条件下存在高低温环境的建筑内，可以灵活通过快速拨码开关等实现阈值的手动调节；

需要说明的是，作为优选的，红外阵列温度传感器102，采用了德国Heimann公司生产的HTPA32x32dR2L2.1红外测温传感器，该传感器的I2C接口可实现将32*32阵列的1024个红外测温区域的数值输出，并具备90°的广角视场，以及低至20mW的工作功耗，以迎合低功耗的消防总线供电能力。针对不同产品系列，也可应用比利时Melexis公司的MLX90640系统探头，可以在32*24分辨率阵列下获得更高的(110°)视场角，可以在较低的建筑挑高内获得更大的面积覆盖。

优选的，采用STM32系列的微处理器108来实现对传感器输出数据的接口同步和温度计算，由于传感器输出的并非直接的温度数据而是原始采集数据，需要在微处理器中按照器件规格书给出的算法逐个像素点计算温度，需要微处理器具备一定的运算能力和RAM空间。

例如，采用STM32G431CBT6型微处理器，对于HTPA32x32dR2L2.1红外测温传感器，每一帧数据需要运算、换算出32*32共计1024个温度数据及1个传感器自身温度，采用8Hz的温度采集频率，即每秒需要运算8次，每次共计1025个温度点数据；微处理器在每次运算的1025个温度点中，应用识别算法，找到最高温度点及位置坐标，通过与设备预置的报警阈值比对，超出时即发出报警信号。通过接口电路和报警单元实现对现场和远端的报警提示。

优选的，本实施例中检测阈值编码单元105通过采用4位数字拨码开关实现温度报警阈值的可调；设备默认报警阈值为40℃，拨码开关每档增加5℃的报警阈值，即设备通过上电读取拨码开关的数值，实现40～120℃间每5℃的温度报警阈值手动可调；针对空调控温、无直射阳光的室内空间，可以选择较低的报警阈值；对于经常出现高温、无温度调控且存在阳光直射的门窗的仓库等区域，可以选用较高的报警温度阈值，当然可以根据需要进行替换成其他型号，基于该种形式的简单变幻同样属于本申请保护范畴。

优选的，本实施例的消防总线地址编码单元104采用8位拨码开关进行，可以实现256个可调地址，当然也可以替换成应用电子输入MCU的FLASH进行编码的形式，基于该种形式的简单变幻同样属于本申请保护范畴。

优选的，消防总线接口电路103包括依次电连接的消防总线物理接口200、消防总线电源整流电路201和消防总线接口芯片202；

消防总线物理接口200，用于与消防总线电性连接，实现通信和供电连接；

消防总线电源整流电路201，用于整流以提供稳压输出；

消防总线接口芯片202，用于与微处理器108进行对接，实现通信以及供电。

较佳的，消防总线接口芯片202，采用为北京强联公司的PB331，该接口芯片采用了POWERBUS两线制供电总线技术，供电和通讯均由POWERBUS两线制供电总线提供；该总线实现供电同时进行通讯，其具有可供电、通讯、无极性接线等特性，可以容纳最多256只总线设备，距离3000米；PB331一端以标准UART连接微处理器108,另一端连接总线的接口整流电路；PB331需要外部电源额外供电。

优选的，消防总线电源整流电路包括两个对接消防总线接口芯片的接入端、一个输出端和一个整流桥Bridge1；整流桥Bridge1由四个第一二极管D2同向呈环形电连接构成，相邻两个第一二极管D2之间形成一接入点，一组相对的两个接入点分别连接两个接入端，另一组相对的两个接入点其一接地另一连接第二二极管D1的正极，第二二极管D1的负极连接输出端；输出端通过径向极化电容C1接地；输出端通过电源降压电路203与微处理器U3电连接，电源降压电路203用于降低输入电压；电源降压电路203包括降压芯片，降压芯片U1的VIN引脚与输出端连接，降压芯片U1的SW引脚连接有电感L1，电感L1远离与降压芯片U1连接的一端连接微处理器U3的VDD引脚；降压芯片U1的EN引脚通过第一电阻R3与降压芯片的VIN引脚连接，通过第二电阻R7与降压芯片U1的GND引脚连接；降压芯片U1的GND引脚接地；电源降压电路还包括并联连接在降压芯片与输出端连接的支路上的第一电容C3和第二电容C4；第一电容C3和第二电容C4背离与降压芯片U1连接的一端接地；降压芯片U1的BOOT引脚通过第三电容C2与降压芯片U1的SW引脚连接；电感L1与微处理器U3连接的支路上并联有第四电容C5和第五电容C6；第四电容C5和第五电容C6背离与电感L1连接的一端接地；降压芯片U1的FB引脚通过第三电阻R5与微处理器的VDD引脚连接；降压芯片U1的FB引脚与第三电阻R5连接的支路上并联连接有第六电容C7和第四电阻R8；第四电阻R8的一端通过第五电阻R9接地；

优选的，消防总线接口芯片U2的PI引脚通过第六电阻R1与第二二极管D1的正极连接，消防总线接口芯片U2的PI引脚通过第七电阻R4接地；消防总线接口芯片U2的PO引脚通过第八电阻R2与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极通过第九电阻R6接地，三极管Q1的集电极与第二二极管D1的正极连接；消防总线接口芯片U2的RX引脚和TX引脚分别与微处理器的PA2引脚和PA3引脚连接；

电路供电由POWERBUS二线制消防总线提供，总线经过专用桥型整流电路后，拥有可用于给整个电子系统供电的稳压输出，输出稳压信号经过降压芯片TPS54302后给MCU及传感器供电；

优选的，可接入消防总线的红外温度火灾报警器还包括报警单元，较佳的，报警单元包括报警蜂鸣器106和报警LED及导光柱107，当然也可以替换为其他现有的报警形式；

优选的，可接入消防总线的红外温度火灾报警器还包括安装壳体100，安装壳体100的下表面设置有红外阵列温度传感器102，安装壳体100的内部设置有主控电路101，安装壳体100的上表面设置有多个与消防总线接口电路103、消防总线地址编码单元104以及检测阈值编码单元105一一对应的窗口；整体结构合理且紧凑，易于进行调节、采集以及报警。

一种可接入消防总线的红外温度火灾报警器报警方法，应用如上述的可接入消防总线的红外温度火灾报警器，其实现方法如下：

采用低分辨率的阵列式红外测温传感器作为温度的采集来源，将现场目标区域划为阵列后，应用微处理器在报警器内直接解算平均红外辐射量并转化为温度数值，微处理器在温度阵列数据中应用识别过热物体的图像处理算法来发现早期火灾或者发热异常部位，并进行报警处理；

应用本申请的方式方法，应用非接触式红外测温技术发现火灾，识别速度更快，火灾感知更灵敏，止灾减损效果突出；由于不再需要传输远程图像，前端可以使用更低分辨率的红外探头及处理器，并添加智能识别增强算法，对于红外传感器的像素需求更低，有效降低了红外技术应用的传感器成本。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种可接入消防总线的红外温度火灾报警器，其特征在于，包括主控电路，所述主控电路上设置有红外阵列温度传感器、微处理器、消防总线接口电路、消防总线地址编码单元和检测阈值编码单元；

所述消防总线接口电路，用于与消防总线进行对接，提供供电以及通信功能；

所述消防总线地址编码单元，用于消防总线的寻址；

所述检测阈值编码单元，用于设定调节报警温度值；

所述红外阵列温度传感器，用于进行阵列式红外采集温度数据；

所述微处理器，用于计算所述红外阵列温度传感器采集的阵列温度数据中每一像素点温度，应用识别算法发现超过预期的发热特征，并在检测到识别算法判定的过热行为时发出报警信号。

2.根据权利要求1所述的可接入消防总线的红外温度火灾报警器，其特征在于，所述消防总线接口电路包括依次电连接的消防总线物理接口、消防总线电源整流电路和消防总线接口芯片；

所述消防总线物理接口，用于与消防总线电性连接，实现通信和供电连接；

所述消防总线电源整流电路，用于整流以提供稳压输出；

所述消防总线接口芯片，用于与所述微处理器进行对接，实现通信以及供电。

3.根据权利要求2所述的可接入消防总线的红外温度火灾报警器，其特征在于，所述消防总线电源整流电路包括两个对接所述消防总线接口芯片的接入端、一个输出端和一个整流桥；所述整流桥由四个第一二极管同向呈环形电连接构成，相邻两个第一二极管之间形成一接入点，一组相对的两个接入点分别连接两个所述接入端，另一组相对的两个接入点其一接地另一连接第二二极管的正极，所述第二二极管的负极连接所述输出端；所述输出端通过径向极化电容接地。

4.根据权利要求3所述的可接入消防总线的红外温度火灾报警器，其特征在于，所述输出端通过电源降压电路与所述微处理器电连接，所述电源降压电路用于降低输入电压。

5.根据权利要求4所述的可接入消防总线的红外温度火灾报警器，其特征在于，所述电源降压电路包括降压芯片，所述降压芯片的VIN引脚与所述输出端连接，所述降压芯片的SW引脚连接有电感，所述电感远离与所述降压芯片连接的一端连接所述微处理器的VDD引脚；所述降压芯片的EN引脚通过第一电阻与所述降压芯片的VIN引脚连接，通过第二电阻与所述降压芯片的GND引脚连接；所述降压芯片的GND引脚接地；所述电源降压电路还包括并联连接在所述降压芯片与所述输出端连接的支路上的第一电容和第二电容；所述第一电容和所述第二电容背离与所述降压芯片连接的一端接地；所述降压芯片的BOOT引脚通过第三电容与所述降压芯片的SW引脚连接；所述电感与所述微处理器连接的支路上并联有第四电容和第五电容；所述第四电容和所述第五电容背离与所述电感连接的一端接地；所述降压芯片的FB引脚通过第三电阻与所述微处理器的VDD引脚连接；所述降压芯片的FB引脚与所述第三电阻连接的支路上并联连接有第六电容和第四电阻；所述第四电阻的一端通过第五电阻接地。

6.根据权利要求4所述的可接入消防总线的红外温度火灾报警器，其特征在于，所述消防总线接口芯片的PI引脚通过第六电阻与所述第二二极管的正极连接，所述消防总线接口芯片的PI引脚通过第七电阻接地；所述消防总线接口芯片的PO引脚通过第八电阻与三极管的基极连接，所述三极管的发射极通过第九电阻接地，所述三极管的集电极与所述第二二极管的正极连接；所述消防总线接口芯片的RX引脚和TX引脚分别与所述微处理器的PA2引脚和PA3引脚连接。

7.根据权利要求2-6任一所述的可接入消防总线的红外温度火灾报警器，其特征在于，所述消防总线接口芯片采用了POWERBUS两线制供电总线技术，供电和通讯均由POWERBUS两线制供电总线提供。

8.根据权利要求2-6任一所述的可接入消防总线的红外温度火灾报警器，其特征在于，所述可接入消防总线的红外温度火灾报警器还包括报警单元。

9.根据权利要求8所述的可接入消防总线的红外温度火灾报警器，其特征在于，所述可接入消防总线的红外温度火灾报警器还包括安装壳体，所述安装壳体的下表面设置有所述红外阵列温度传感器，所述安装壳体的内部设置有所述主控电路，所述安装壳体的上表面设置有多个与所述消防总线接口电路、所述消防总线地址编码单元以及所述检测阈值编码单元一一对应的窗口。

10.一种可接入消防总线的红外温度火灾报警器报警方法，应用如权利要求1-9任一所述的可接入消防总线的红外温度火灾报警器，其特征在于，实现方法如下：

采用低分辨率的阵列式红外测温传感器作为温度的采集来源，将现场目标区域划为阵列后，应用微处理器在报警器内直接解算平均红外辐射量并转化为温度数值，微处理器在温度阵列数据中应用识别过热物体的图像处理算法来发现早期火灾或者发热异常部位，并进行报警处理。

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