CN206322292U - 一种基于ZigBee网络的隧道火灾报警系统 - Google Patents

Abstract

一种基于ZigBee网络的隧道火灾报警系统，包括监测模块及报警模块，所述监测模块包括多种采集隧道内环境信号的传感器，各个传感器采集到的信号传输至处理器与事先设定好的火灾发生阈值进行比较，报警模块包括连接在处理器输出端的蜂鸣报警器和显示屏，所述的处理器连接ZigBee无线发射模块，ZigBee无线发射模块与设置在远端中央控制室的ZigBee无线接收模块进行数据通信。本实用新型能够将监测结果的数字信号和隧道道路里程桩范围等重要信息一并发射给中央控制室，并以图像、音频的形式提供给控制人员和隧道内的驾驶人，从而帮助控制人员、驾驶人实时地了解隧道内的情况，及时地发现隧道内的异常情况。

Description

一种基于ZigBee网络的隧道火灾报警系统

技术领域

本实用新型涉及公路安全领域，具体涉及一种基于ZigBee网络的隧道火灾报警系统。

背景技术

近几年来，随着高速公路的不断发展，世界各地的隧道火灾事故频发，已广泛引起了人们的高度重视。从1996年的英吉利海峡隧道火灾、2000年的奥地利萨尔茨堡州基茨施坦霍县山隧道火灾、2003年韩国的地铁隧道火灾到2004年的中国的渝黔高速真武山隧道火灾、2008年京珠高速公路广东韶关段南行大宝山隧道火灾、2014年山西晋城晋济高速岩后隧道火灾以及2015年河南省郑尧高速始祖山隧道火灾等事故，都造成了巨大的人员伤亡和财产损失。可以说，隧道火灾事故救援同高层建筑火灾一样，已经成为当今世界各国面临的一大技术难题，同时，也是消防部队探索和研究灭火救援技战术的重要课题之一。

国外的火灾预防产品中，分布智能系统技术得到了广泛的应用，这类系统的特点有：多判数据的火灾探测技术、完善的功能设置、能适应一般场合的使用、通过编程使探测器适应特殊的场合或者环境需要，可以对自身电路以及传感器进行检测，具有环境因素补偿，故障报告功能，具有良好的可扩展性，多级判断设计有效提高了报警的准确程度。

与国外技术相比，国内在火灾报警系统的研究上存在着一定的差距。国内火灾报警技术也逐渐将重点放在了分布智能系统上，有较多优秀的产品出现，但是，国内的产品普遍存在缺乏核心技术，现有国内外的产品均存在可靠性及稳定性差、信号处理方法单一、智能化程度较低等问题。现代消防建设对火灾检测与报警的要求与日俱增，目前的实际工程当中，传统型的区域报警系统、集中报警系统和控制中心报警系统仍得到较为广泛的应用，而智能火灾报警系统能够在火灾发生初期，将燃烧产生的烟雾、热量和光辐射等物理量，通过感温、感烟和感光等火灾探测器变成电信号，传输到火灾报警控制器，并同时显示出火灾发生的部位，记录火灾发生的时间，进而智能化地实现对火灾的预防和报警。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种基于ZigBee网络的隧道火灾报警系统，该系统能够准确而可靠的检测到隧道内是否出现烟雾、CO、火光、高温情况，并将检测到的数据与事先已储存在系统内各个项目的数据指标范围进行比对，判定隧道内是否出现异常情况，以图像、音频的形式提供给中央控制室的控制人员和驾驶人，继而实时地了解隧道内的情况，并且及时地发现隧道内的异常情况，保证隧道的安全运行。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

包括监测模块及报警模块，所述的监测模块包括多种采集隧道内环境信号的传感器，各个传感器采集到的信号传输至处理器与事先设定好的火灾发生阈值进行比较，报警模块包括连接在处理器输出端的蜂鸣报警器和显示屏，所述的处理器连接ZigBee无线发射模块，ZigBee无线发射模块与设置在远端中央控制室的ZigBee无线接收模块进行数据通信。

多种采集隧道内环境信号的传感器包括模拟温度传感器、CO浓度传感器、火焰传感器、烟雾传感器以及能够直接输出数字量的数字温度传感器。

模拟温度传感器、CO浓度传感器、火焰传感器及烟雾传感器经过放大整形电路和A/D转换电路连接处理器，数字温度传感器直接连接处理器。

所述的数字温度传感器采用DS18B20温度采集芯片。

处理器采用STC89C51单片机，通过RS232串口传输电路与ZigBee无线发射模块连接。

所述的ZigBee无线发射模块采用CC2430系统芯片，并采用双极PCB天线。

所述的显示屏采用的是LED显示屏。

与现有技术相比，本实用新型能够应用于较长的公路隧道当中，通过监测模块准确、可靠的检测隧道内是否出现烟雾、CO、火光、高温情况，并将检测到的数据与事先已储存在系统内的各个项目的数据指标范围进行比对，判定隧道内是否出现异常情况，之后借助ZigBee网络将该监测结果的数字信号和隧道道路里程桩范围等重要信息一并发射给中央控制室，并以图像、音频的形式提供给控制人员和隧道内的驾驶人，从而帮助控制人员、驾驶人实时地了解隧道内的情况，并且及时地发现隧道内的异常情况，保证隧道内的交通安全。与目前仅仅依靠通过在隧道内设置监控摄像装置来监测隧道的运行情况相比，该系统能够快速地向监控人提供具体的数据信息，因此能够有效解决人为难以及时判定隧道内发生火灾的问题，从而最大程度地降低隧道发生不可控制火灾事故的可能性，有效保障隧道的安全运行。

附图说明

图1本实用新型的整体结构框图；

图中：1.处理器；2.RS232串口传输电路；3.蜂鸣报警器；4.显示屏；5.电源模块；6.A/D转换电路；7.放大整形电路；8.模拟温度传感器；9.CO浓度传感器；10.火焰传感器；11.烟雾传感器；12.数字温度传感器；13.ZigBee无线发射模块；14.中央控制室；15.ZigBee无线接收模块。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。

参见图1，本实用新型在结构上包括监测模块及报警模块，监测模块包括多种采集隧道内环境信号的传感器，多种采集隧道内环境信号的传感器包括模拟温度传感器8、CO浓度传感器9、火焰传感器10、烟雾传感器11以及能够直接输出数字量的数字温度传感器12。其中，模拟温度传感器8、CO浓度传感器9、火焰传感器10及烟雾传感器11经过放大整形电路7和A/D转换电路6连接处理器1，数字温度传感器12直接连接处理器1。

各个传感器采集到的信号传输至处理器1与事先设定好的火灾发生阈值进行比较，报警模块包括连接在处理器输出端的蜂鸣报警器3和显示屏4，显示屏4采用LED显示屏。处理器1连接ZigBee无线发射模块13，ZigBee无线发射模块13与设置在远端中央控制室14的ZigBee无线接收模块15进行数据通信。ZigBee网络基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网通讯协议进行连接，处理器1采用STC89C51单片机，STC89C51单片机是新一代高速、低功耗、超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，12时钟机器周期和6时钟周期可以任意选择。放大整形电路7能够将传感器传回的信号转换为电平信号，由A/D转换电路6转换为数字信号送入处理器1。数字温度传感器12采用DS18B20温度采集芯片，不需要连接驱动电路与整形电路就能够直接连接到处理器1。

处理器1通过RS232串口传输电路2与ZigBee无线发射模块13连接，只使用RXD、TXD、GND三条线即能够完成数据的适时传输。ZigBee无线发射模块13采用CC2430系统芯片，满足以ZigBee为基础的2.4GHz ISM波段应用，及对低成本和低功耗的要求；ZigBee无线发射模块13中的天线采用双极PCB天线，由两个晶振分别提供32MHz和32.768MHz的振荡频率，能够满足信号的发射需求。电源模块5分别给处理器1、蜂鸣报警器3、显示屏4、ZigBee无线发射模块13进行供电，ZigBee无线接收模块15接收到信息，将信息传送给控制现场，控制人员根据接收到的具体信息采取相应的应对措施。

假设在隧道中行驶了一辆存在发生火灾隐患的车，具体检测分为如下情况：

(1)火灾初期

火灾发生的初期会有易燃物燃烧所产生烟雾和一氧化碳气体等，但是没有明火，温度的上升不明显，根据这些特征，对火灾初期的检测集中在对烟雾和一氧化碳浓度的监测上，当监测到一氧化碳或烟雾浓度异常时，将显示气体浓度异常的警示消息，报警蜂鸣器3不工作。

(2)暗火火灾

火灾从初期开始继续发展，烟雾和一氧化碳浓度会继续升高，温度开始升高，但仍然没有明火，仍然不会使温度达到报警阈值，此时系统通过传感器检测到气体和烟雾浓度的继续升高，将启动报警蜂鸣器3进行报警，同时将暗火火灾的消息显示出来。

(3)明火火灾

火灾发生明火的状态时，火势已经有一定的规模了，由于明火的出现，温度会很快上升，同时消耗掉一定的一氧化碳和烟雾，使这两者的测量数值反而会有一定下降，在环境氧气消耗完之前，这个过程会持续。系统检测到温度的快速上升，同时存在烟雾和易燃气体，此时显示明火火灾报警消息，并启动报警蜂鸣器3进行报警。

以上所述仅是本实用新型在隧道发生火灾应用时的优先实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干润饰，这些润饰也应视为落入本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于ZigBee网络的隧道火灾报警系统，其特征在于：包括监测模块及报警模块，所述监测模块包括多种采集隧道内环境信号的传感器，各个传感器采集到的信号传输至处理器(1)与事先设定好的火灾发生阈值进行比较，报警模块包括连接在处理器输出端的蜂鸣报警器(3)和显示屏(4)，所述的处理器(1)连接ZigBee无线发射模块(13)，ZigBee无线发射模块(13)与设置在远端中央控制室(14)的ZigBee无线接收模块(15)进行数据通信。

2.根据权利要求1所述基于ZigBee网络的隧道火灾报警系统，其特征在于：多种采集隧道内环境信号的传感器包括模拟温度传感器(8)、CO浓度传感器(9)、火焰传感器(10)、烟雾传感器(11)以及能够直接输出数字量的数字温度传感器(12)。

3.根据权利要求2所述基于ZigBee网络的隧道火灾报警系统，其特征在于：模拟温度传感器(8)、CO浓度传感器(9)、火焰传感器(10)及烟雾传感器(11)经过放大整形电路(7)和A/D转换电路(6)连接处理器(1)，数字温度传感器(12)直接连接处理器(1)。

4.根据权利要求2或3所述基于ZigBee网络的隧道火灾报警系统，其特征在于：所述的数字温度传感器(12)采用DS18B20温度采集芯片。

5.根据权利要求1所述基于ZigBee网络的隧道火灾报警系统，其特征在于：处理器(1)采用STC89C51单片机，通过RS232串口传输电路(2)与ZigBee无线发射模块(13)连接。

6.根据权利要求1所述基于ZigBee网络的隧道火灾报警系统，其特征在于：所述的ZigBee无线发射模块(13)采用CC2430系统芯片，并采用双极PCB天线。

7.根据权利要求1所述基于ZigBee网络的隧道火灾报警系统，其特征在于：所述的显示屏(4)采用的是LED显示屏。