CN215180872U - 多功能室内报警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种多功能室内报警系统，包括：传感器模组，包括用于监测室内活体的雷达模组及用于感应外界环境的环境传感器；雷达模组中包括用于通过天线发射和接收探测信号的射频前端和用于对传感器模组的探测信号进行分析处理的微处理器，射频前端和微处理器相互连接；远程终端，与传感器模块通信连接，用于接收传感器模组发送的信息并进行分析显示；系统响应端，与传感器模组或远程终端连接，用于根据雷达模组和远程终端发送的控制信息进行响应。其能够精确精准地感知室内人员位置及微小活动，提高室内的安全性能。

Description

多功能室内报警系统

技术领域

本实用新型涉及雷达技术领域，尤其涉及一种多功能室内报警系统。

背景技术

对于室内，不管是私有空间(如家庭卧室、寝室等)，还是公共场所(如酒店客房、电影院等)，其潜在的危险灾害都不容忽视。室内火灾、一氧化碳中毒等事件时有发生造成不可挽回的生命财产损失，重要的原因之一就是室内安全监测、预警、响应、管理等系统一直较为薄弱。

目前，室内灾害监测传感器功能形态单一，传感器之间没有通讯及联动，并且一般无法提供被困人员的状态及位置，以致救援人员无法掌握被困人员位置，从而耽误救援进度。另外，待救援现场的信息(包括灾害危险程度，人员位置及状态等)均无法获得，使得无法动态调整救援人员、救援装备等资源，进而无法实施精准化救援。雷达模组能够在较大范围内高精度精准感知人员位置及微小活动，并且不受光照、水汽、烟雾等条件影响，适合室内发生火灾等危险情况下助力救援人员实施精准化救援。

专利CN202010747006.0公开了一种基于雷达模组的智能消防安全监控系统及监控方法，虽然其一定程度上能够实现消防，但是该系统只针对室内存在火灾情况下的报警及救援，并不适用于其他危险情况；另外，其公开的在火灾条件下，依据雷达检测的呼吸信息判断人员危险状态缺乏实际意义，火灾等危险条件下，室内人员大概率处于混乱状态，并不具备雷达模组实时测量被困人员呼吸的条件。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供了一种多功能室内报警系统，能够精确精准地感知室内人员位置及微小活动，提高室内的安全性能。

本实用新型提供的技术方案如下：

一种多功能室内报警系统，包括：

传感器模组，包括用于监测室内活体的雷达模组及用于感应外界环境的环境传感器；所述雷达模组中包括用于通过天线发射和接收探测信号的射频前端和用于对传感器模组的探测信号进行分析处理的微处理器，所述射频前端和微处理器相互连接；

远程终端，与所述传感器模块通信连接，用于接收所述传感器模组发送的信息并进行分析显示；

系统响应端，与所述传感器模组或远程终端连接，用于根据所述雷达模组和远程终端发送的控制信息进行响应。

进一步优选地，所述系统响应端包括报警器和/或报警灯和/或洒水控制器；当所述系统响应端与所述传感器模组连接，则所述系统响应端由所述传感器模组驱动；当所述系统响应端与所述远程终端连接，则所述系统响应端由所述远程终端驱动。

进一步优选地，在所述雷达模组中，天线为N发射M接收配置，N和M大于等于1，且天线频段为30GHz-300GHz；且所述天线通过片上天线方法与射频前端集成，或所述天线与射频前端为分立芯片。

进一步优选地，所述传感器模组中包括温度传感器、湿度传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、甲烷传感器、烟雾传感器、氧气传感器、紫外线传感器、红外线传感器、可见光传感器、粉尘传感器、甲醛传感器、煤气传感器、天然气传感器中的一种或多种。

进一步优选地，所述多功能室内报警系统中还包括用于多功能室内报警系统与外界终端通信连接的网络通信模块，所述网络通信模块与所述传感器模组连接；和/或，所述雷达模组中还包括用于为多功能室内报警系统供电的电源模块。

进一步优选地，所述微处理器为ARM、DSP、FPGA中的一种或多种，且所述微处理器内嵌用于存储指令的存储器和用于信号处理的处理器。

进一步优选地，所述射频前端发射的第一探测信号为FMCW信号、FSK信号及正弦连续波信号的一种或多种。

进一步优选地，所述远程终端为智能设备和/或云服务器和/或控制中心，用于接收所述传感器模组发送的信息并进行分析显示。

本实用新型提供的多功能室内报警系统，至少能够带来以下有益效果：

1.在传统室内报警装置的基础上集成雷达模组(毫米波雷达)，能够在较大范围内高精度精准感知人员位置及微小活动，并且不受光照、水汽、烟雾等条件影响。在室内发生险情时，能够依靠雷达模组对活体运动的幅度进行检测，进而有效判断被困人员的生存状态。该多功能室内报警系统尤其适合室内发生火灾等危险情况下，人员位置及其状态感知的任务，配合其它已有环境传感器，辅助救援人员实现精准化救援。

2.相较于摄像头等监测方式，毫米波属于非可见光，不具有隐私问题，很大程度上消除了潜在的隐私安全隐患。

3.系统集成有多种被动式环境传感器，能够监测多种灾害，包括火灾、一氧化碳超标、二氧化碳超标等事件，较大程度扩展其应用范围，有效降低硬件及其维护成本。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1为本实用新型中多功能室内报警系统控制模块结构示意图；

图2为本实用新型中系统响应端由传感器模组驱动时多功能室内报警系统控制模块结构示意图；

图3为本实用新型中系统响应端由控制中心驱动时多功能室内报警系统控制模块结构示意图。

附图标记：

10-传感器模组，11-雷达模组，12-环境传感器，20-网络通信模块，31-智能设备，32-云服务器，33-控制中心，40-系统响应端，41-报警器，42-报警灯，43-洒水控制器。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图，并获得其他的实施方式。

本实用新型的第一种实施例，一种多功能室内报警系统，包括：

传感器模组，包括用于监测室内活体的雷达模组及用于感应外界环境的环境传感器；雷达模组中包括用于通过天线发射和接收探测信号的射频前端(MMIC)和用于对传感器模组的探测信号进行分析处理的微处理器，射频前端和微处理器相互连接；

远程终端，与传感器模块通信连接，用于接收传感器模组发送的信息并进行分析显示；

系统响应端，与传感器模组或远程终端连接，用于根据雷达模组和远程终端发送的控制信息进行响应。

在本实施例中，传感器模组由雷达模组和环境传感器组合，其中，环境传感器用于对环境进行实时监测，包括但不限于温度传感器、湿度传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、甲烷传感器、烟雾传感器、氧气传感器、紫外线传感器、红外线传感器、可见光传感器、粉尘传感器、甲醛传感器、煤气传感器、天然气传感器中的一种或多种，对空气中相应的环境参数进行检测。当监测到的环境参数大于传感器的设定阈值，系统及时响应。与此同时，雷达模组实时跟踪监测室内是否存在活体、活体数量、活体流向、活体位置、活体密度等信息，并实时上传至远程终端。在室内碰到险情(如火灾等)时，能够全方位及时辅助救援人员、对未逃生人员实施精准救援，最大限度保障人民生命财产安全。

在雷达模组中，射频前端通过天线向室内发射第一探测信号，室内目标对第一探测信号反射后，沿对应的发射路径反射形成第二探测信号，由天线进行接收。该第一探测信号为毫米波信号，具体可以为连续正弦波信号、FMCW信号、OFDM信号等，这里不做具体限定。频段为30GHz-300GHz，优选在76-81GHz，方位角FoV为±65°；射频前端采用多发多收的MIMO体制发送和接收毫米波信号(线性调频脉冲信号)，间断式地对室内空间进行扫描。

天线为包括N(N≥1)个发射天线和M(M≥1)个接收天线，其中，N个发射天线构成发射天线阵列，M个接收天线构成接收天线阵列。雷达模组通过发射天线阵列将第一探测信号发射至室内，并通过接收天线阵列接收回波信号，即第二探测信号，之后通过前端射频模块对第一探测信号和第二探测信号进行处理。在一实例中，天线为微带贴片天线，且雷达模组中包括2个发射天线和4个接收天线，射频前端12采用2发4收的MIMO体制发送和接收毫米波信号。在其他实施例中，为了降低信号多次反射造成的干扰，在天线周围区域放置吸波材料。

微处理器为ARM、DSP、FPGA中的一种或多种，且内嵌有存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器运行计算机程序时实现信号处理的步骤。在实际应用中，射频前端与微处理器可以是分立芯片，也可以是集成SoC(可有效降低成本)。天线与射频前端可以是分立方案也可以是集成方案，集成方案为片上天线方案(AoP)。

在一实例中，微处理器与射频前端采用集成方案，例如TI AWR1642毫米波传感器，保持产品设计紧凑，能够有效降低成本。微处理器为DSPC674x加ARM R4F双核架构，DSP用于执行数字信号处理，数据处理算法等指令；ARM用于控制雷达数据流以及通讯。芯片同时集成有1.5MB的存储器，用于保存程序指令以及临时保存程序运行时产生的数据。

在一实例中，微处理器对数字信号处理过程中包括如下步骤，

步骤1，雷达模组中射频前端向室内发射FMCW信号，并接收对应反射路径的反射信号，回波信号被接收天线接收后经过低噪声放大器(LNA)，并与发射的FMCW信号混频，混频输出信号经滤波、模数转换后得到基带数字信号。

步骤2，利用FFT对生成的基带数字信号进行时域到频域的转换；其中，时域到频域的转换方法为FFT、MVDR、MUSIC、ESPRIT、DML中的至少一种。

步骤3，利用CFAR检测器在距离维、多普勒维、角度维分别进行杂波抑制，并提取到针对目标的检测信息，包括径向距离、径向速度、方位角、俯仰角、目标反射强度等信息；其中，CFAR检测方法包括但不限于OS-CFAR、CASO-CFAR等。

步骤4，对步骤3得到的点云信息，利用非线性卡尔曼滤波进行目标跟踪，输出目标(Object)的动静状态、目标运动参数及轨迹、目标分类信息、目标几何尺寸等信息；其中，非线性卡尔曼滤波方法包括扩展卡尔曼滤波、无迹卡尔曼滤波等。

步骤5，对步骤4得到的目标信息，进一步计算目标聚集密度、目标活跃程度等信息。

远程终端为智能设备(手机、平板、智能手表等移动便携计算设备)和/或云服务器和/或控制中心，用于接收传感器模组发送的信息并进行分析显示。智能设备APP/云服务器/控制中心接收、统计、分析、管理及响应由雷达模组输出的室内相关数据。应当注意，对于传感器模组探测到的数据，分析评估过程可以在雷达模组内部计算，也可以在远程终端中计算。

系统响应端包括报警器和/或报警灯和/或洒水控制器；当系统响应端与传感器模组连接，则系统响应端由传感器模组驱动，当传感器模组中分析到当前处于危险状态，发送控制信息至系统响应端，进行响应；当系统响应端与远程终端连接，则系统响应端由远程终端驱动，当远程终端中分析到当前处于危险状态，发送控制信息至系统响应端，进行响应。

另外，该多功能室内报警系统中还包括电源模块和/或网络通信模块，其中，电源模块用于为整个系统供电，输入电源可以是强电，如220V电源；也可以是弱电，如12V电源中的一种。网络通信模块(包括但不限于蓝牙、ZigBee、WiFi、NFC，4G/5G/6G，电力载波、以太网等传输方式)将传感器模组输出的相关数据，并以无线方式将相关数据传输至智能设备/云服务器/控制中心。

在一实施例中，当远程终端包括智能设备31、云服务器32及控制终端33时，该多功能室内部报警系统如图1所示，包括：由雷达模组11和环境传感器组12成的传感器模组10、网络通信模块20、智能设备31、云服务器32、控制终端33及系统响应端40。当系统响应端中包括报警器41、报警灯42和洒水控制器43，报警器41、报警灯42和洒水控制器43分别与传感器模组10连接，传感器模组基于环境检测信息对系统响应端40设备进行使能，系统结构如图2所示；且当系统响应端40中包括报警器41、报警灯42和洒水控制器43，报警器41、报警灯42和洒水控制器43与控制中心33连接，传感器模组10将环境检测信息经网络通信模块10传输至控制中心33，由控制中心33统一对系统响应端40设备使能，系统结构如图3所示。

基于此，当室内发生火灾等险情时，该多功能室内报警系统的室内报警监控方法包括如下步骤：

步骤1：由多功能报警系统传感器模组中各环境传感器实时监测室内环境参数，当其中任意一个或多个环境传感器监测的环境参数大于设定阈值，系统将根据监测数据分析可能的灾害及危险等级，同时控制系统响应端进行响应，包括报警器/报警灯等，如果系统分析判断结果的为火灾，则启动洒水控制器进行响应；

步骤2：传感器模组实时监测当前危险发生场所中是否存在被困人员、人员活动状态、人员数量、人员位置、人员密度等信息；

步骤3：系统响应端通过报警灯/报警器实时引导被困人员逃生；

步骤4：传感器模组通过网络通讯模块实时将灾害类型、危险等级、人员情况等相关信息动态上传至云服务器/控制平台/智能设备等远程终端；

步骤5：雷达模组实时监测室内被困人员活动状态(人员运动、静止等)、接入远程终端发送的救援信息，包括：救援中心根据被困人员数目、活动状态及时调整紧急救援等级等信息；

步骤6：救援人员依据毫米波雷达监测的未逃生人员位置实施精准救援。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通相关人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种多功能室内报警系统，其特征在于，包括：

传感器模组，包括用于监测室内活体的雷达模组及用于感应外界环境的环境传感器；所述雷达模组中包括用于通过天线发射和接收探测信号的射频前端和用于对传感器模组的探测信号进行分析处理的微处理器，所述射频前端和微处理器相互连接；

用于接收所述传感器模组发送的信息并进行分析显示的远程终端，与所述传感器模块通信连接；

用于根据所述雷达模组和远程终端发送的控制信息进行响应的系统响应端，与所述传感器模组或远程终端连接。

2.如权利要求1所述的多功能室内报警系统，其特征在于，所述系统响应端包括报警器和/或报警灯和/或洒水控制器；当所述系统响应端与所述传感器模组连接，则所述系统响应端由所述传感器模组驱动；当所述系统响应端与所述远程终端连接，则所述系统响应端由所述远程终端驱动。

3.如权利要求1或2所述的多功能室内报警系统，其特征在于，在所述雷达模组中，天线为N发射M接收配置，N和M大于等于1，且天线频段为30GHz-300GHz；且所述天线通过片上天线方法与射频前端集成，或所述天线与射频前端为分立芯片。

4.如权利要求1或2所述的多功能室内报警系统，其特征在于，所述传感器模组中包括温度传感器、湿度传感器、一氧化碳传感器、二氧化碳传感器、甲烷传感器、烟雾传感器、氧气传感器、紫外线传感器、红外线传感器、可见光传感器、粉尘传感器、甲醛传感器、煤气传感器、天然气传感器中的一种或多种。

5.如权利要求1或2所述的多功能室内报警系统，其特征在于，所述多功能室内报警系统中还包括用于多功能室内报警系统与外界终端通信连接的网络通信模块，所述网络通信模块与所述传感器模组连接；和/或，所述雷达模组中还包括用于为多功能室内报警系统供电的电源模块。

6.如权利要求1或2所述的多功能室内报警系统，其特征在于，所述微处理器为ARM、DSP、FPGA中的一种或多种，且所述微处理器内嵌用于存储指令的存储器和用于信号处理的处理器。

7.如权利要求1或2所述的多功能室内报警系统，其特征在于，所述射频前端发射的第一探测信号为FMCW信号、FSK信号及正弦连续波信号的一种或多种。

8.如权利要求1或2所述的多功能室内报警系统，其特征在于，所述远程终端为用于接收所述传感器模组发送的信息并进行分析显示的智能设备和/或云服务器和/或控制中心。

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