CN218213828U - 一种面向低功耗广域网的电气火灾预警系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种面向低功耗广域网的电气火灾预警系统，包括用于采集入户母线电参数的组合式电气火灾监控探测器，组合式电气火灾监控探测器与低功耗环境参数采集终端相配合完成电参数和环境信息的采集；低功耗环境参数采集终端包括有烟雾探测器、一氧化碳气体探测器、燃气探测器和温度探测器；低功耗环境参数采集终端采用LoRa或NBIoT组成的网络和组合式电气火灾监控探测器共同组成一个电气火灾预警系统，利用LoRa或NBIot低功耗环境参数采集终端可以与远程的云端服务器进行命令和数据交互。云端服务器通过数据融合分析，能有效预测火灾发生的概率，达到预警的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电气火灾预警系统，特别是一种面向低功耗广域网的电气火灾预警系统。
背景技术
火灾是威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一，火灾的发生给人们的生命财产安全带来了严重的伤害与损失。2011~2016年，我国电气火灾发生起数达52.4万起，直接经济损失达92亿余元，电气火灾已成为各类火灾之首。为了将电气火灾扼杀在萌芽状态，减少人们的生命和财产损失，近年来在电子信息、互联网以及物联网等技术的驱动下，各种自动化、网络化、智能化的电气火灾预警技术开始出现，并逐步得到了应用，在一定程度上实现了对电气火灾的准确感知和及时预警。经查阅、分析相关资料后发现，当前的电气火灾预警系统主要还存在一定的缺陷，主要是火灾探测传感器采集的参数种类相对偏少，且各参数相对孤立，融合度较低，对智能决策的支持较为有限。其次是火灾预警缺乏有效的人工智能预警方法，火灾预警的区分度、可信度有待进一步提升。鉴于目前用电设备的种类越来越多，且电气火灾具有隐蔽性、随机性、复杂性等特点，因此现有的电气火灾预警系统已逐渐不能满足火灾监测、预警的实际需求。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状，而提供精度高、使用灵活，集成有多种采集参数的一种面向低功耗广域网的电气火灾预警系统。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种面向低功耗广域网的电气火灾预警系统，包括用于采集入户母线电参数的组合式电气火灾监控探测器，组合式电气火灾监控探测器与低功耗环境参数采集终端相配合完成电参数和环境信息的采集；低功耗环境参数采集终端包括有烟雾探测器、一氧化碳气体探测器、燃气探测器和温度探测器；低功耗环境参数采集终端采用LoRa或NBIoT组成的网络和组合式电气火灾监控探测器共同组成一个电气火灾预警系统，通过数据融合分析完成电气火灾预警；利用LoRa或NBIot低功耗环境参数采集终端可以与远程的云端服务器进行命令和数据交互。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
上述的组合式电气火灾监控探测器中布设有用于采集入户母线电参数的电参数采集电路和用于外接温度传感器完成温度采集的温度采集电路；电参数采集电路包括有电压采样电路、电流采样电路和剩余电流采集电路。
上述的电压采样电路为由Ua、Ub、Uc共三个电压接入点加一个公共点Un，完成的三路电压采集电路。
上述的电流采样电路为由Ia*和Ia，Ib*和Ib，Ic*和Ic共三组通过外接电流互感器完成的电流采集电路。
上述的剩余电流采集电路为由Ir_1和Ir_2共一组通过外接剩余电流互感器完成的剩余电流采集电路。
上述的温度采集电路为由AT1，AT2，AT3，AT4和公共点GND外接四组温度传感器完成的四组温度采集电路。
上述的组合式电气火灾监控探测器由上盖、底座、PCV面贴、线路板总成和卡销组成；上盖与底座相盖配形成报警器外壳，线路板总成设置在该报警器外壳内，PCV面贴胶粘在上盖的顶面，卡销卡装在底座的卡槽内；电参数采集电路、温度采集电路和LoRa网关均设置在组合式电气火灾监控探测器的线路板总成上。
上述的线路板总成上还布设有用于指示组合式电气火灾监控探测器工作状态的指示电路，指示电路中包含有由RUN、ALARM、FAULT、G-silent和G-network组成的五个LED指示灯；五个LED指示灯依次表示运行、报警、故障、消音和网络工作状态。
上述的线路板总成设有用于驱动LCD点阵显示设备显示组合式电气火灾监控探测器参数以及运行实时数据的显示电路和用于驱动蜂鸣器LS1发出报警音的报警驱动电路。
上述的线路板总成上设有用于将实时数据、运行状态上传到云端服务器的GPRS模块，用于实现外接串口和MCU通讯的串口通讯电路，用于配合LCD点阵显示设备完成参数设置的按键电路，所述的按键电路中设有MENU、UP、DOWN、ENTER共四个按键。
与现有技术相比，本系统能将多个传统单一的烟雾探测器、一氧化碳气体探测器与组合式电气火灾监控探测器组合在一起，集成有环境与电参数采集功能，实现一个系统即能感知烟雾、温度及火焰等环境参数和入户母线电压、电流、剩余电流等电参数。探测的环境与电参数能通过LoRa网络和/或NB-IoT上传到云端服务器，云端服务器即能根据探测的环境与电参数数据经内部程序处理和分析，得出火灾发生的概率，从而达到火灾有效预警的目的。
附图说明
图1是本实用新型组合式电气火灾监控探测器的主视结构图；
图2是本实用新型组合式电气火灾监控探测器的分解示意图；
图3是本实用新型电压采集电路的原理图；
图4是本实用新型电流采集电路的原理图；
图5是本实用新型剩余电流采集电路的原理图；
图6是本实用新型温度采集电路的原理图；
图7是本实用新型指示电路的原理图；
图8是本实用新型按键电路的原理图；
图9是本实用新型显示电路的原理图；
图10是本实用新型报警驱动电路的原理图；
图11是本实用新型时钟电路的原理图；
图12是本实用新型串口通讯电路的原理图；
图13是本实用新型GPRS模块的连线示意图；
图14是本实用新型主控核心MCU的连线示意图；
图15是本实用新型电源集成电路的原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步详细描述。
图1至15是本实用新型的结构及其电路原理示意图。
其中的附图标记为：组合式电气火灾监控探测器1、上盖11、底座12、PCV面贴13、线路板总成14、卡销15。
现有技术中的电气火灾预警系统普遍存在采集参数种类相对偏少的问题，无法同时感知环境和电参数的变量数据，因此在预防电器火灾上还存在着不足。
本实用新型提供了一种面向低功耗广域网的电气火灾预警系统，该系统能够同时采集环境参数和电参数，实现一个系统即能感知用电环境(烟雾、温度及火焰等)和用电参数(入户母线电压、电流、剩余电流等)的功能。
面向低功耗广域网的电气火灾预警系统包括用于采集入户母线电参数的组合式电气火灾监控探测器1，组合式电气火灾监控探测器1中布设有用于采集入户母线电参数的电参数采集电路和用于外接温度传感器完成温度采集的温度采集电路。组合式电气火灾监控探测器1与低功耗环境参数采集终端相配合完成电参数和环境信息的同时采集，也就是说能在监测电参数的同时，监测用电环境。在这里低功耗环境参数采集终端至少包括有烟雾探测器、一氧化碳气体探测器、燃气探测器以及连接温度采集电路的温度探测器。低功耗环境参数采集终端采用LoRa或NBIoT组成的网络和组合式电气火灾监控探测器1共同组成一个电气火灾预警系统，采用LoRa通讯的终端组成LoRa网络，通过LoRa网关和云端服务器通讯进行命令与数据交互。采用NBIoT通讯的终端直接通过公网NBIoT基站和云端服务器通讯进行命令与数据交互。组合式电气火灾探测器探测的用电数据和环境参数传感器(低功耗环境参数采集终端)探测的环境数据在云端服务器进行数据融合和分析，通过数据融合分析完成电气火灾预警。
传统的电气火灾报警系统主要是直接监测电气火灾线路的电压和漏电、负载电流等，本实用新型在此基础上，增加了低功耗环境参数采集终端作为对用电环境的辅助监测，实现了多种参数采集，提高了电气火灾报警的准确性，减少了电气火灾漏报的可能。本实用新型基于低功耗广域网的LoRa或NBIoT技术，在“小隐患场所”、公网信号无覆盖或弱覆盖场所本地，采用LoRa组网方案，LoRa技术的特点是低功耗、短距离、小数据量传输等，特别适合于火灾预警系统采用。在有公网信号同时探测范围比较分散的区域，采用NBIoT作为通讯收到，可以简化网络结构。LoRa网络和NBIoT终端都可以接入互联网，从而与远程的云端服务器进行命令与数据交互。
实施例中，本实用新型所说的电参数采集电路包括有电压采样电路、电流采样电路和剩余电流采集电路。
如图3所示，电压采样电路为由Ua、Ub、Uc共三个电压接入点加一个公共点Un，完成的三路电压采集电路，通过三路电压采集电路可以实现过压或欠压报警。
如图4所示，电流采样电路为由Ia*和Ia，Ib*和Ib，Ic*和Ic共三组通过外接电流互感器完成的电流采集电路。
如图5所示，剩余电流采集电路为由Ir_1和Ir_2共一组通过外接剩余电流互感器完成的剩余电流采集电路。本实用新型通过电流采集电路和剩余电流采集电路可以实现过流报警及漏电报警。
如图6所示，温度采集电路为由AT1，AT2，AT3，AT4和公共点GND外接四组温度传感器完成的四组温度采集电路，通过四组温度采集电路可以实现超温报警。
如图1和图2所示，本实用新型的组合式电气火灾监控探测器1由上盖11、底座12、PCV面贴13、线路板总成14和卡销15组成；上盖11与底座12相盖配形成报警器外壳，线路板总成14设置在该报警器外壳内，PCV面贴13胶粘在上盖11的顶面，卡销15卡装在底座12的卡槽内。电参数采集电路、温度采集电路和LoRa网关均设置在组合式电气火灾监控探测器1的线路板总成14上。
实施例中本实用新型的线路板总成14上还布设有用于指示组合式电气火灾监控探测器1工作状态的指示电路，指示电路中包含有由RUN、ALARM、FAULT、G-silent和G-network组成的五个LED指示灯；五个LED指示灯依次表示运行、报警、故障、消音和网络工作状态。本实用新型的上盖11上开有用于方便观察五个LED指示灯的指示灯窗口。
如图9和图10所示，本实用新型的线路板总成14设有用于驱动LCD点阵显示设备显示组合式电气火灾监控探测器1参数以及运行实时数据的显示电路和用于驱动蜂鸣器LS1发出报警音的报警驱动电路。
实施例中，如图10、图12、图8、本实用新型的线路板总成14上设有用于将实时数据、运行状态上传到云端服务器的GPRS模块，用于实现外接串口和MCU通讯的串口通讯电路，用于配合LCD点阵显示设备完成参数设置的按键电路，所述的按键电路中设有MENU、UP、DOWN、ENTER共四个按键。
面向低功耗广域网的电气火灾预警系统通过组合式电气火灾监控探测器1配合烟雾探测器、一氧化碳气体探测器、温度传感器、以及燃气传感器能构成一个可采集多种参数的低功耗传感器网络，采集的所有参数上传到云端服务器，然后可以通过云端服务器智能分析，来预测火灾发生的概率。
如图14所示，本实用新型的线路板总成14上还安装有起核心控制功能的主控芯片MCU，其型号为STM32F103RCT6，本实用新型中的所有电路均与该主控芯片MCU相连接，主控芯片MCU是嵌入控制软件的载体，其内部设有控制程序。
如图15所示，本实用新型的线路板总成14上还布设有电源集成电路，电源集成电路输入5V输出3.3V给主控芯片MCU等其它供电路使用。
面向低功耗广域网的电气火灾预警系统的工作原理为：
组合式电气火灾监控探测器1探测的数据通过NBIOT上传到远程的云端服务器，低功耗环境参数采集终端探测的数据通过LoRa网络和/或NBIoT网关上传到远程的云端服务器，云端服务器对探测到的数据通过火灾预警智能识别算法研究及应用程序开发服务器对探测器采集到的环境与电参数等多个变量进行融合分析，基于半监督学习方法，自动实现变量分类，并通过最优求解算法，建立火灾状态与多变量参数之间的非线性数学模型。基于该模型，依据所检测多变量数据，最后得出火灾发生的概率，达到有效预警的目的。
本实用新型的最佳实施例已阐明，由本领域普通技术人员做出的各种变化或改型都不会脱离本实用新型的范围。
Claims (10)
1.一种面向低功耗广域网的电气火灾预警系统，包括用于采集入户母线电参数的组合式电气火灾监控探测器(1)，其特征是：所述的组合式电气火灾监控探测器(1)与低功耗环境参数采集终端相配合完成电参数和环境信息的采集；所述的低功耗环境参数采集终端包括有烟雾探测器、一氧化碳气体探测器、燃气探测器和温度探测器；所述低功耗环境参数采集终端采用LoRa或NBIoT组成的网络和所述组合式电气火灾监控探测器(1)共同组成一个电气火灾预警系统，通过数据融合分析完成电气火灾预警；利用LoRa或NBIot低功耗环境参数采集终端可以与远程的云端服务器进行命令和数据交互。
2.根据权利要求1所述的一种面向低功耗广域网的电气火灾预警系统，其特征是：所述的组合式电气火灾监控探测器(1)中布设有用于采集入户母线电参数的电参数采集电路和用于外接温度传感器完成温度采集的温度采集电路；所述的电参数采集电路包括有电压采样电路、电流采样电路和剩余电流采集电路。
3.根据权利要求2所述的一种面向低功耗广域网的电气火灾预警系统，其特征是：所述的电压采样电路为由Ua、Ub、Uc共三个电压接入点加一个公共点Un，完成的三路电压采集电路。
4.根据权利要求3所述的一种面向低功耗广域网的电气火灾预警系统，其特征是：所述的电流采样电路为由Ia*和Ia，Ib*和Ib，Ic*和Ic共三组通过外接电流互感器完成的电流采集电路。
5.根据权利要求4所述的一种面向低功耗广域网的电气火灾预警系统，其特征是：所述的剩余电流采集电路为由Ir_1和Ir_2共一组通过外接剩余电流互感器完成的剩余电流采集电路。
6.根据权利要求5所述的一种面向低功耗广域网的电气火灾预警系统，其特征是：所述的温度采集电路为由AT1，AT2，AT3，AT4和公共点GND外接四组温度传感器完成的四组温度采集电路。
7.根据权利要求6所述的一种面向低功耗广域网的电气火灾预警系统，其特征是：所述的组合式电气火灾监控探测器(1)由上盖(11)、底座(12)、PCV面贴(13)、线路板总成(14)和卡销(15)组成；所述的上盖(11)与底座(12)相盖配形成报警器外壳，所述的线路板总成(14)设置在该报警器外壳内，所述的PCV面贴(13)胶粘在上盖(11)的顶面，所述的卡销(15)卡装在底座(12)的卡槽内；所述的电参数采集电路、温度采集电路和LoRa网关均设置在组合式电气火灾监控探测器(1)的线路板总成(14)上。
8.根据权利要求7所述的一种面向低功耗广域网的电气火灾预警系统，其特征是：所述的线路板总成(14)上还布设有用于指示组合式电气火灾监控探测器(1)工作状态的指示电路，所述的指示电路中包含有由RUN、ALARM、FAULT、G-silent和G-network组成的五个LED指示灯；五个所述的LED指示灯依次表示运行、报警、故障、消音和网络工作状态。
9.根据权利要求8所述的一种面向低功耗广域网的电气火灾预警系统，其特征是：所述的线路板总成(14)设有用于驱动LCD点阵显示设备显示组合式电气火灾监控探测器(1)参数以及运行实时数据的显示电路和用于驱动蜂鸣器LS1发出报警音的报警驱动电路。
10.根据权利要求9所述的一种面向低功耗广域网的电气火灾预警系统，其特征是：所述的线路板总成(14)上设有用于将实时数据、运行状态上传到云端服务器的GPRS模块，用于实现外接串口和MCU通讯的串口通讯电路，用于配合LCD点阵显示设备完成参数设置的按键电路，所述的按键电路中设有MENU、UP、DOWN、ENTER共四个按键。
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