CN115171316A - 一种新型的基于电力载波通信的非接触式防火监测方法 - Google Patents
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Abstract
一种新型的基于电力载波通信的非接触式防火监测方法，采用了多个红外热传感测量模块、一个终端及其所连接的电力载波通信模块；在红外热传感测量模块中，将红外热传感器的输出端连接到微控制器上，将微控制器的一个输出端连接到声光报警电路的输入端、复位按键连接到微控制器的控制端，将微控制器的另一个输出端连接电力载波通信模块上并将该电力载波通信模块的电源线连接在市电供电线路中；将终端所连接的电力载波通信模块也连接在市电线路中；将每一个红外热传感测量模块以红外热传感器接收面朝向目标电线部位的状态放置在电线附近。其优点有监测范围广、性能可靠、施工简单、成本低。
Description
技术领域
本发明涉及电气领域，具体是涉及一种新型的基于电力载波通信的非接触式防火监测方法。
背景技术
工厂、仓储物流、会议室和酒店等无人监管或者人口密集的场所的消防、安防和火灾预警是防火监控的重点场合，传统的烟感报警器通过在火灾发生后产生的烟雾的事后防护的层次往往响应不够及时。这些场所的火灾事故率高、安防重要性强以及发生火灾时造成损失严重，在火灾和危险发生前的提前报警尤为重要。由此，有必要发展基于红外热传感技术主要用来开发低成本、低分辨率的传感器件和智能报警系统，主要用于工业工厂的安防、消防预警、火灾危险源警报系统，能够高灵敏度迅速反应并及时上传至云端进行预警和大数据分析。
当前室内防火采用的措施多以安装光电烟雾报警器为主。光电烟雾报警器是由红外发光管，红外感应管和一个暗室组成。在没有烟雾情况下红外发光管的光是不能到达红外光感应管，当有烟雾进入小暗室时，这些烟雾小颗粒使红外发光管发出的光产生散射，导致其中部分光被红外感应管接受到，并转换成电信号，检测电路将此电信号放大，当达到报警点时报警器进入报警状态。
现阶段的消防预警装置主要是烟雾报警器，烟雾报警器所面临的问题是：
1，工厂内货物起火前不冒烟，尤其化工厂的有些化学材料起火前几乎不冒烟；
2，烟雾报警器的位置离地面较高，当检测到烟雾时，火灾已经酿成，比较严重，造成财产的重大损失；
3，烟雾报警器自身的问题，反应速度慢，需要检测达到一定密度的空气粉尘，并且经常造成误报；
4，在箱内或者密闭的环境中，烟雾无法冒出直到火势比较严重；
5，无法再起火前做提前预警，发现烟雾时大多时火灾已经酿成，造成了损失。
我们之前设计了《一款非接触式智能室内供电线路防火热感监测方法》来解决上述的问题，其中要使用无线发射单元LoRa模块传递各个红外传感器信息，因为无线传输的关系在稳定性上难以做到最高的可靠性。因此取消无线发射单元设计，更采用更理想的方案。
那么，我们新设计的方案可在电线发热时就作出告警、在火灾发生前就迅速告警，确保告警信息不被错漏地传输到终端，为电线发热的隐患作排除、为人们的及时逃避和迅速启动消防起到很大的作用。
发明内容
为了达到上述的目的，本发明提供了一种新型的基于电力载波通信的非接触式防火监测方法， 该防火监测方法采用了多个红外热传感测量模块、一个终端及其所连接的电力载波通信模块，每一个红外热传感测量模块都包括一个红外热传感器、一个微控制器及声光报警和复位装置、一个电力载波通信模块、一个电源模块，所述的电源模块采用锂离子纽扣电池通过电容滤波、TPS61291DRV稳压器转化为稳压电源+3.3V为红外热传感器、微控制器及声光报警电路供电；该防火监测方法将红外热传感器的输出端连接到微控制器上，将微控制器的一个输出端连接到声光报警电路的输入端、复位按键连接到微控制器的控制端，将微控制器的另一个输出端连接电力载波通信模块上并将该电力载波通信模块的电源线连接在市电供电线路中，将终端所连接的电力载波通信模块也连接在市电线路中；该防火监测方法将每一个红外热传感测量模块以红外热传感器接收面朝向目标电线部位的状态放置在电线附近。
作为本发明技术方案的进一步描述，所述的红外热传感测量模块采用不同的辐射温度范围内有相应的各种过滤器的全硅红外线SMTIR9902传感器， SMTIR9902 包含一个温度传感器用于测量传感器本身的温度。
作为本发明技术方案的进一步描述，所述的微控制器采用嵌入式应用专门设计的cortex-M内核微控制器32位单片机STM32，该单片机的其中一个输出端连接到报警单元的输入端可得到火灾报警信号输入到三极管的基极，三极管导通使一个铃响，提醒人们有火灾信息；微控制器还设有按键单元输入复位指令；该单片机的输出端还通过电力载波通信模块和电力线传递各个红外热传感器监测到的温度数据信号到终端。
作为本发明技术方案的进一步描述，所述的电力载波通信模块采用低压扩频载波模块，包括电力载波芯片sscp300、滤波电路和电力线耦合电路，对从微控制器获取的数据信息实施线性扫频调制，经滤波放大后使其与电力线耦合，对通过电力线送来的载波信号进行扫频解调后送给单片机；采用微处理器作为控制核心，控制串行外围接口(SPI)把串口接收到的数据，先传输到sscp300内部的DLL处理器，再传至DSP 即数字信号处理电路，经过滤波耦合后发送到电力线路上。
作为本发明技术方案的进一步描述，所述的终端采用监控主机和手机。
本发明具有以下优点：非接触式的热感监测，监测范围广，实时性高；同时利用电力线载波传输检测数据信号，性能可靠，施工简单，成本低。
附图说明
图1为本发明的非接触式防火监测系统架构图。
图2为本发明的红外热传感测量模块架构图。
图3为图2红外热传感测量模块架构中的微控制器参考配置电路图。
图4为图2红外热传感测量模块架构中的声光报警和复位装置电路图。
图5为图2红外热传感测量模块架构中的供电电源电路图。
图6为本发明的电力载波通信模块电路图。
图7为本发明中的终端示意图。
具体实施方式
采用本方案实现的设备具有：各类建筑防火报警设备。本发明采用一种热感监测设备为红外热传感器，安放在相关电线附近，达到通过防火监测系统监测电线温度、当电线温度超高时自动向终端上工作人员报警的目的，所监测的电线温度在终端的PC上也可查看。
如前述的《一款非接触式智能室内供电线路防火热感监测方法》（申请号2019107272048），申请原文中第0037段中“热感监测终端系统采集的数据，通过无线通讯的方式发送到用户的手机等终端系统”，本发明取消了无线发射单元LoRa模块，由电力载波通信模块来实现高可靠性的信号连接。本发明的方案更简洁、系统更可靠。
本发明一种新型的基于电力载波通信的非接触式防火监测方法，该防火监测方法采用了多个红外热传感测量模块、一个终端及其所连接的电力载波通信模块；每一个红外热传感测量模块都包括一个红外热传感器、一个微控制器及声光报警和复位装置、一个电力载波通信模块、一个电源模块，所述的电源模块采用锂离子纽扣电池通过电容滤波、TPS61291DRV稳压器转化为稳压电源+3.3V为红外热传感器、微控制器及声光报警电路供电。
该防火监测方法采用多个红外热传感测量模块负责采集各个目标电线部位的温度数据信号，终端负责展示和处理温度数据，它们各自连接的各个电力载波通信模块负责实现前述数据信号在电力线中的发送和接收。为此，该防火监测方法将红外热传感器的输出端连接到微控制器上，将微控制器的一个输出端连接到声光报警电路的输入端、复位按键连接到微控制器的控制端，将微控制器的另一个输出端连接电力载波通信模块上并将该电力载波通信模块的电源线连接在市电供电线路中，将终端所连接的电力载波通信模块也连接在市电线路中。
为了能清楚的说明本发明的具体构造，下面将结合各个附图进行描述。在此，本附图的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
图1为本发明的非接触式防火监测系统架构图。
本发明一种基于电力载波通信的非接触式防火监测系统，包括红外热传感测量模块、电力载波通信模块和终端。
在报警信号的监测流程上，首先是红外热传感测量模块，主要包含红外热传感器和微控制器；然后是电力载波通信模块，负责实现数据信号在电力线的发送和接收，最后是终端，负责展示和处理温度数据。
如图1所述， 每一个红外热传感测量模块的输出端连接到一个电力载波通信模块上，电力载波通信模块的电源线连接在市电供电线路中，终端也通过一个电力载波通信模块来接收红外热传感器信息。
须指出，本发明中，包括说明书附图中，对电力载波通信模块也称为电力载波模块或电力线载波模块。本发明使用了电力载波通信模块，无需另外布设各个信号连接线。
以下分别针对红外热传感测量模块、电力载波通信模块和终端进行阐述。
图2为本发明的红外热传感测量模块图。
如图2所示，各个红外热传感测量模块都包括：红外热传感器、微控制器、声光报警和复位装置、电源模块，其中微控制器的输出端连接到声光报警电路的输入端、复位按键连接到微控制器的控制端。这样，每一个红外热传感测量模块都有独立的报警，方便查看是哪一个红外热传感测量模块的目标电线发生了过热情况。
图2中红外热传感测量模块，除了红外热传感器，前述技术单元还通过图3、图4、图5来分述。
红外热传感器用于前端的热感监测，实现对无接触测量表面温度或红外辐射的要求，采用复杂的全硅红外线传感器。其具有不同的辐射温度范围内有相应的各种过滤器的特点。采用的传感器类型SMTIR9902 包含一个温度传感器，用于测量传感器本身的温度。传感器元件本身的温度范围介于-40ºC 至100ºC 之间。传感器采用标准TO-05 封装和5.5 微米高通滤波器。
本发明中采用多个红外热传感器与各自所连接的微控制器连在一起，用各个外壳安装，就近放置于目标电线附近。安装时遵照红外热传感器的产品说明书上的使用方法，以红外热传感器接收面朝向目标电线部位，特别是电线接头的部位。
哪一个传感器接收到的信号送入微控制器处理，处理后的信号就输出到哪一个传感器所在的红外热传感测量模块中的声光报警电路。
图3为红外热传感测量模块架构中的微控制器参考配置电路图。
微控制器是将微型计算机的主要部分集成在一个芯片上的单芯片微型计算机。微控制器在微处理器选择上，选用了高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用专门设计的cortex-M内核微控制器STM32， STM32是32位单片机，一次处理数据宽度32位、有64kRAM、512kROM，具有出色的时钟安全模式和带有唤醒功能的低功耗模式。采用的STM32F205 是基于高性能的32 位精简指令集的核心运行频率高达120M。该系列采用高速嵌入式存储器（快闪记忆体可达1字节，多达128个字节的系统存储器），多达4个字节的备份存储器，带有3个12 位ADC 模块、2个通用32位定时器。4个USART 接口和2个UART 接口。
图4为红外热传感测量模块架构中的声光报警和复位装置电路图。
如图所示，微控制器的一个输出端将电线过热信号输入到三极管的基极，三极管导通使BELL铃响，提醒人们有火灾信息。当问题排除后在按键单元输入复位指令，使铃失电停止鸣叫，并等待下一次的报警时响铃。
图5为红外热传感测量模块架构中的供电电源电路图。
电源采用CR2032锂离子纽扣电池。该电池在整个放电寿命期间输出电压保持相对平坦，直到电池几乎耗尽。紧接着电池之后是低正向电压肖特基二极管和大容量电容器。通过电容滤波、TPS61291DRV稳压器转化为稳压电源+3.3V，为信号采集模块、STM32F205主控电路模块提供稳定的电源。
图6为本发明的电力载波通信模块电路图。
本发明中电力载波通信模块为电力线载波通信模块的简称。
电力载波通信模块选用低压扩频载波模块，低压扩频载波模块主要由电力载波芯片sscp300、滤波电路和电力线耦合电路构成，其工作任务是对从微控制器获取的数据信息实施线性扫频调制，经滤波放大后使其与电力线耦合，对通过电力线送来的载波信号进行扫频解调后送给单片机。单片机与sscp300通信整个模块工作的控制核心。它对载波通讯的控制是通过和sscp300的交互来完成的。微处理器作为控制核心，控制串行外围接口(SPI)把串口接收到的数据，先传输到sscp300内部的DLL处理器，再传至DSP 即数字信号处理电路，经过滤波耦合后发送到电力线路上。
电力载波通信模块的供电电压为12伏，在电力载波通信装置中由电力载波通信模块所接入的电力线路经过低纹波系数的变压提供。
图7为本发明中的终端示意图。
通过电力线路和电力载波通信模块，在数据接收端的实时监测和预警功能收到由红外热传感测量模块通过电力载波通信模块输送来的高温源信号，经过耦合/滤波后的信号，通过sscp300产生解调后的数据信号，微控制器通过串行外围接口接收sscp300产生的解调信号，微处理器处理并转换解调的信号，得到的数据分组接收进来，为微处理器通过标准接口RS-232接口把数据传输到上位机，上位机包含中央监控系统和移动端，如监控主机和手机，在必要时，监控主机还可以设为网关PC。
监控系统的工作人员根据是否确实电线发热、是否火情、火情程度作出迅速查看验证、启动灭火、呼叫110同时启动警笛等消防措施。
与前述的专利申请号2019107272048的方案不同的是，本发明不需要无线收发模块，既简化了设备，又较少了无线收发模块的不稳定因素。
本发明的整体实施的效果有：
可将多个探测数据传到监控主机、监控主机和手机的实时监测和预警、探测到高温源立即报警。本发明通过热感应，响应时间只需0.5秒，快速灵敏地第一时间向相关人员传达隐患或火情信号，不延迟不错漏。
本发明的安装和使用方法极为简单，如下：
1、热感监测设备红外热传感器为非接触式，外形尺寸小，只需通过粘贴在线路附近即可进行有效监测；
2、采用电力载波通信的方式进行数据传输，易于安装，成本低廉。
以上在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。说明书的描述为实施本发明的较佳实施方式，所描述是以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围以所附权利要求所界定的为准。
Claims (5)
1.一种新型的基于电力载波通信的非接触式防火监测方法，其特征是：
该防火监测方法采用了多个红外热传感测量模块、一个终端及其所连接的电力载波通信模块，
每一个红外热传感测量模块都包括一个红外热传感器、一个微控制器及声光报警和复位装置、一个电力载波通信模块、一个电源模块，所述的电源模块采用锂离子纽扣电池通过电容滤波、TPS61291DRV稳压器转化为稳压电源+3.3V为红外热传感器、微控制器及声光报警电路供电；
该防火监测方法将红外热传感器的输出端连接到微控制器上，将微控制器的一个输出端连接到声光报警电路的输入端、复位按键连接到微控制器的控制端，将微控制器的另一个输出端连接电力载波通信模块上并将该电力载波通信模块的电源线连接在市电供电线路中，将终端所连接的电力载波通信模块也连接在市电线路中；
该防火监测方法将每一个红外热传感测量模块以红外热传感器接收面朝向目标电线部位的状态放置在电线附近。
2.根据权利要求1所述的一种新型的基于电力载波通信的非接触式防火监测方法，其特征是：
所述的红外热传感测量模块采用不同的辐射温度范围内有相应的各种过滤器的全硅红外线SMTIR9902传感器， SMTIR9902 包含一个温度传感器用于测量传感器本身的温度。
3.根据权利要求1所述的一种新型的基于电力载波通信的非接触式防火监测方法，其特征是：
所述的微控制器采用嵌入式应用专门设计的cortex-M内核微控制器32位单片机STM32，该单片机的其中一个输出端连接到报警单元的输入端可得到火灾报警信号输入到三极管的基极，三极管导通使一个铃响，提醒人们有火灾信息；微控制器还设有按键单元输入复位指令；该单片机的输出端还通过电力载波通信模块和电力线传递各个红外热传感器监测到的温度数据信号到终端。
4.根据权利要求1所述的一种新型的基于电力载波通信的非接触式防火监测方法，其特征是：
所述的电力载波通信模块采用低压扩频载波模块，包括电力载波芯片sscp300、滤波电路和电力线耦合电路，对从微控制器获取的数据信息实施线性扫频调制，经滤波放大后使其与电力线耦合，对通过电力线送来的载波信号进行扫频解调后送给单片机；采用微处理器作为控制核心，控制串行外围接口(SPI)把串口接收到的数据，先传输到sscp300内部的DLL处理器，再传至DSP 即数字信号处理电路，经过滤波耦合后发送到电力线路上。
5.根据权利要求1所述的一种新型的基于电力载波通信的非接触式防火监测方法，其特征是：
所述的终端采用监控主机和手机。
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