CN218848870U - 一种在线烟雾误报警装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及信号处理领域，具体涉及一种在线烟雾误报警装置，包括电池、电池电源管理电路、升降压电路、MCU、烟雾检测电路、温湿度检测电路、声光报警电路以及具有低功耗工作模式的无线通信电路；本实用新型采用烟雾检测电路和温湿度检测电路进行烟雾及温湿度的组合判断，当烟雾信号和温湿度信号均异常时才发出报警信号，避免因单一的烟雾信号异常产生误报警的问题发生；且在报警发生时，可以通过声光报警电路在现场进行声光报警，还可以通过无线通信电路将报警信号进行无线传输，并通过服务器传递给远程的终端，实现在线报警，因此，本申请的应用场景较为广泛。

Description

一种在线烟雾误报警装置

技术领域

本实用新型涉及信号处理领域，具体涉及一种在线烟雾误报警装置。

背景技术

当前电子电力企业生产的烟雾报警器在设计、使用、安装方面存在如下缺陷：1、存在误判的可能；传统烟雾报警器以烟雾浓度作为触发标准，当安装场景存在烟雾源(如烟草，油烟等)较为靠近时，烟雾报警器会认为当前场景异常，从而进行误报，因此传统报警器多对安装位置进行限制以此来保证其准确度，但这样就增添了人力成本。2、应用场景限制，传统烟雾报警器针对现场烟雾环境进行报警，只能对单一环境进行有效的反应，在一些无人值守场所或烟尘复杂场所无法有效的进行报警；例如，当火灾发生时，烟雾报警装置检测到烟雾浓度上升，达到一定阈值后，烟雾报警装置驱动蜂鸣器，发出刺耳的报警声，警示人们发生火灾，立即逃离；这种方式仅适用于长期存在人员活动的场所，若该烟雾报警器安装场所发生火灾现场不存在人员，或者现场存在听力弱化的老人，其后果可想而知。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种在线烟雾误报警装置，其报警可靠性高且应用场景广泛。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种在线烟雾误报警装置，包括电池、电池电源管理电路、升降压电路、MCU、烟雾检测电路、温湿度检测电路、声光报警电路以及具有低功耗工作模式的无线通信电路；所述电池依次通过所述电池电源管理电路和所述升降压电路连接在所述MCU的电源接口上，所述烟雾检测电路的输出端以及所述温湿度检测电路的输出端连接在所述MCU的信号采集接口上，所述声光报警电路的输入端连接在所述 MCU的报警信号输出接口上，所述无线通信电路连接在所述MCU的通信接口上。

本实用新型的有益效果是：本实用新型一种在线烟雾误报警装置采用烟雾检测电路和温湿度检测电路进行烟雾及温湿度的组合判断，当烟雾信号和温湿度信号均异常时才发出报警信号，避免因单一的烟雾信号异常产生误报警的问题发生；且在报警发生时，可以通过声光报警电路在现场进行声光报警，还可以通过无线通信电路将报警信号进行无线传输，并通过服务器传递给远程的终端，实现在线报警，因此，本申请的应用场景较为广泛。另外，本实用新型采用电池通过电池电源管理电路及升降压电路进行电压转换，给 MCU供电，MCU内的相关直流电源通过DC转DC电路或自带的LDO降压为相应的电压进行芯片供电或通信使用，无线通信电路具有低功耗工作模式，在无报警信号输出时是不工作的，可以减少电量的消耗，实现低功耗的要求。

附图说明

图1为本实用新型一种在线烟雾误报警装置的结构框图；

图2为电池电源管理电路的电路原理图；

图3为升降压电路的电路原理图；

图4为烟雾检测电路的电路原理图；

图5为温湿度检测电路的电路原理图；

图6为声光报警电路的电路原理图；

图7为MCU的电路原理图；

图8为无线通信电路的电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1所示，一种在线烟雾误报警装置，包括电池、电池电源管理电路、升降压电路、MCU、烟雾检测电路、温湿度检测电路、声光报警电路以及具有低功耗工作模式的无线通信电路；所述电池依次通过所述电池电源管理电路和所述升降压电路连接在所述MCU的电源接口上，所述烟雾检测电路的输出端以及所述温湿度检测电路的输出端连接在所述MCU的信号采集接口上，所述声光报警电路的输入端连接在所述MCU的报警信号输出接口上，所述无线通信电路连接在所述MCU的通信接口上。

本实用新型通过烟雾检测电路、温湿度检测电路进行组合判断，当烟雾浓度异常且温湿度异常时，MCU驱动声光报警电路进行现场报警，同时打开无线通信电路(NB-IOT无线模块)，通过服务器向用户绑定手机号发送短信。

在本具体实施例中：

优选的，如图2所示：所述电池电源管理电路包括型号为CN302的电压管理芯片U1和第一开关管Q1；所述电压管理芯片U1的FTH引脚通过第一电容C1接地，所述电压管理芯片U1的FTH引脚还通过第一电阻R1连接在所述电池VBAT的正极上，所述电池VBAT的负极接地，所述电压管理芯片U1 的FTH引脚还通过第二电阻R2连接在所述电压管理芯片U1的RTH引脚上，所述电压管理芯片U1的RTH引脚通过第三电阻R3接地，所述电压管理芯片 U1的VCC引脚通过第四电阻R4连接在所述电池VBAT的正极上，所述电压管理芯片U1的VCC引脚还通过第五电阻R5接地，所述第五电阻R5的两端并联有第二电容C2，所述电压管理芯片U1的GND引脚接地，所述电压管理芯片U1的LBO引脚连接在所述第一开关管Q1的栅极上，所述第一开关管Q1 的源极连接在所述电池VBAT的正极上，所述第一开关管Q1的漏极与所述升降压电路连接。

电压管理芯片U1是一款调低功耗电池电压管理芯片，其开关阈值由其 FTH引脚和RTH引脚的反馈电压决定，图2中的FTH引脚电压为开启电压阈值，其值为[(R1+R2+R3)/R2]*1.211＝3.005V,图2中的RTH引脚电压为关闭电压阈值，其值为[(R1+R2+R3)/(R2+R3)]*1.211＝2.704V,由此设置电池在 3.0V以上电压时工作，2.7V以下电压时关闭，保证其电量能完全释放，同时也防止了电池(具体可以选用锂电池)过放，避免使电池损坏。

第一电容C1为输入电容，其用于输入电压的滤波，防止出现瞬变大电压，第一电容C1的电压选择应该至少为输入电压的1.25倍，本实施例第一电容C1采用104/50V的陶瓷电容；同时VCC电压应受到限制，设定第四电阻R4的阻值为0欧姆，当电池VBAT的电压超过6V时，可进行替换分压。

优选的，如图3所示：所述升降压电路包括型号为TPS63020的升降压芯片U2，所述升降压芯片U2的VIN引脚连接在所述第一开关管Q1的漏极上，所述升降压芯片U2的VIN引脚还通过并联的第三电容C3、第四电容C4以及第五电容C5接地，所述升降压芯片U2的VIN-1引脚与所述升降压芯片U2 的VIN引脚连接，所述升降压芯片U2的VINA引脚、EN引脚以及PS/SYNC 引脚均通过第六电容C6接地，所述升降压芯片U2的GND引脚以及PGND引脚均接地，所述升降压芯片U2的L1引脚以及L1-1引脚均连接在第一电感 L1的一端，所述升降压芯片U2的L2引脚以及L2-1引脚均连接在所述第一电感L1的另一端，所述升降压芯片U2的FB引脚通过第六电阻R6接地，所述升降压芯片U2的VOUT-1引脚连接在所述升降压芯片U2的VOUT引脚上，所述升降压芯片U2的VOUT引脚上通过第七电阻R7连接在所述升降压芯片 U2的FB引脚上，所述升降压芯片U2的VOUT引脚还通过并联的第七电容C7 以及第八电容C8接地，所述升降压芯片U2的VOUT引脚用于输出3.3V电压并连接在所述MCU的电源接口上。

第三电容C3、第四电容C4和第五电容C5为输入电容,第六电容C6为内部电源外置电容，同时也起到模式设置作用，第一电感L1用作储能输出，通过内部MOS管检测反馈电压及输入电压进行选择作为升压电感或降压电感，第六电阻R6和第七电阻R7的参数决定了输出电压的大小，第七电容C7 和第八电容C8为输出滤波电容。

第三电容C3、第四电容C4和第五电容C5用于输入电压的滤波，防止出现瞬变大电压，电容的电压选择应该至少为输入电压的1.25倍，第五电容 C5采用104/50V的陶瓷电容，第三电容C3、第四电容C4采用106/16V电解电容。当输入电压、输出电压与负载电流一定时，选择合适的第一电感L1 就可以使输出的直流纹波最小，具体的，第一电感L1可选择1.5uH的电感。当输出电压与输出电感确定后，就决定了第七电容C7和第八电容C8的大小，第七电容C7和第八电容C8分别采用106/10V电解电容和104/10V陶瓷电容，将所述升降压芯片U2的VINA引脚、EN引脚以及PS/SYNC引脚连接至第六电容C6，不仅稳定了内部电压，还使能了芯片，设定了轻载效率，提高了转换效率，减少了功耗损耗。

优选的，如图4所示：所述烟雾检测电路包括型号为MP-2的烟雾传感器芯片U3、运算放大器U4、第二开关管Q2和第一三极管Q3；所述第一三极管Q3的基极通过第八电阻R8连接在所述MCU的烟雾信号采集控制接口上，所述第一三极管Q3的发射极接地，所述第一三极管Q3的集电极通过第九电阻R9接入3.3V电压，所述第一三极管Q3的集电极还依次通过第九电阻R9 和第十电阻R10连接在所述MCU的烟雾信号采集控制接口上，所述第一三极管Q3的集电极还连接在所述第二开关管Q2栅极上，所述第二开关管Q2的源极接地，所述第二开关管Q2的漏极连接在所述烟雾传感器芯片U3的Vt1 引脚上，所述烟雾传感器芯片U3的Vt引脚接入传感器电压VCC-Sensor，所述烟雾传感器芯片U3的VL引脚通过并联的第八电容C8以及第十三电阻R13 接地，所述烟雾传感器芯片U3的VL引脚还通过第十四电阻R14连接在所述运算放大器U4的同相输入端上，所述烟雾传感器芯片U3的VCC引脚通过并联的第九电容C9、第十电容C10以及第十一电容C11接地，所述烟雾传感器芯片U3的VCC引脚还接入传感器电压VCC-Sensor，所述运算放大器U4的反相输入端通过依次串联的第十二电阻R12以及第十一电阻R11接入传感器电压VCC-Sensor，所述第十一电阻R11的两端并联有第十五电阻R15，所述运算放大器U4的反相输入端通过依次串联的第十六电阻R16以及第十七电阻 R17接地，所述运算放大器U4的反相输入端通过第十八电阻R18连接在所述运算放大器U4的输出端上，所述运算放大器U4的输出端通过第十九电阻R19 接地，所述运算放大器U4的输出端连接在所述MCU的烟雾信号采集接口上。

优选的，如图5所示：所述温湿度检测电路包括型号为DHT21的温湿度传感器芯片U5，所述温湿度传感器芯片U5的VDD引脚接入传感器电压 VCC-Sensor，所述温湿度传感器芯片U5的VDD引脚还通过第十二电容C12 接地，所述温湿度传感器芯片U5的GND引脚接地，所述温湿度传感器芯片 U5的VDD引脚还通过第二十电阻R20连接在所述温湿度传感器芯片U5的SDA 引脚上，所述温湿度传感器芯片U5的SDA引脚连接在所述MCU的温湿度信号采集接口上，

MCU通过DHT21温湿度传感器进行温湿度采集，通过MP-2烟雾传感器进行烟雾浓度数据采集，DHT21为单通道串口通讯传感器，第二十电阻R20为上拉电阻，给予数据通信初始状态；第十二电容C12选用104/50陶瓷电容，用于稳定电压及滤波。MP-2烟雾传感器电源输入正负极通过三级管电路(三级管电路由第二开关管Q2、第一三极管Q3构成)进行控制，防止产生漏电流消耗，MP-2烟雾传感器检测到烟雾浓度发生变化后输出电压同比例发生变化，第十三电阻R13及第八电容C8为输出电压范围控制及稳压器件，通过第十三电阻R13与其内部电阻变化输出电压，输出采集采用LM321轨到轨的运算放大器，放大倍率由第十二电阻R12、第十六电阻R16和第十八电阻R18 控制。

优选的，如图6所示：所述声光报警电路包括蜂鸣器U6、发光二极管 LED和第二三极管Q4，所述第二三极管Q4的基极通过第二十一电阻R21连接在所述MCU的报警信号输出接口上，所述第二三极管Q4的基极还通过第二十二电阻R22接地，所述第二三极管Q4的发射极接地，所述第二三极管 Q4的集电极分别连接在所述蜂鸣器U6的负极以及所述发光二极管LED的负极，所述蜂鸣器U6的正极通过第二十四电阻R24接入3.3V电压，所述发光二极管LED的正极通过第二十三电阻R23接入3.3V电压。

当MCU检测到异常信息驱动三极管电路开关电源(三极管电路开关电源由第二三极管Q4、第二十一电阻R21和第二十二电阻R22组成)，从而使蜂鸣器U6长响以及发光二极管LED常亮。

优选的，所述MCU具体是型号为stm32f103c8t6的单片机，所述MCU的电路原理如图7所示。

ST的CORTEXM3内核的stm32f103c8t6单片机具备64K的FLASH和20K 的SRAM，外部引出两路串口，一路与PC机进行通讯，用作调试下载，一路与无线通信电路进行通信，用作信息上报，其次引出1路GPIO作为声光报警控制，一路GPIO用作温湿度传感器通信，一路GPIO用作无线通信电路的电源控制，同时引出一路ADC信号对烟雾传感器进行信号采集。

优选的，如图8所示：所述无线通信电路包括型号为ME3616的无线通信模块U8、天线CN1、天线座子CN2和SIM卡插座CN3；所述天线CN1通过所述天线座子CN2连接在所述无线通信模块U8的天线接口上；所述SIM卡插座CN3通过TVS管接口保护电路连接在所述无线通信模块U8的SIM卡接口上；所述无线通信模块U8的收发接口通过三极管电平转换电路连接在所述MCU的通信接口上，所述无线通信模块U8的唤醒复位接口通过三极管控制电路连接在所述MCU的唤醒复位接口上。

MCU通过无线通信电路与服务器通信，同时将上报信息转发至用户手机客户端，无线通信模块U8的通信接口电平标准为1.8V，其电源由内部LEO 提供，而MCU通信电平标准为3.3V，所以采用三极管电平转换电路(三极管电平转换电路由三极管Q5、三极管Q6、电阻R32、电阻R33、电阻R34和电阻R35构成)进行电平转换，当ME3616_TXD引脚为高电平时，三级管(三极管Q5)截止，IOT_TXD引脚电压为电阻R33电压，电阻R33为3.3V的上拉电阻，因此IOT_TXD引脚为高电平，当ME3616_TXD引脚为低电平时，三极管Q5导通，IOT_TXD引脚电压为ME3616_TXD引脚电压，ME3616_TXD引脚电压为低电压，因此IOT_TXD引脚电压为低电压。

无线通信模块U8需要外部唤醒进入工作模式，否则默认低功耗模式工作，唤醒及复位由MCU控制，通过三极管控制电路(三极管控制电路由三极管Q7、三极管Q8、电阻R36、电阻R37、电容C25和电容C26构成)，MCU 输出高电平，三极管Q8导通，IOT_PWR唤醒引脚为低，无线通信模块U8被换醒，进入工作模式，同理RESET复位引脚拉低，进入复位模式(所述无线通信模块U8的IOT_PWR唤醒引脚和所述无线通信模块U8的RESET复位引脚构成所述无线通信模块U8的唤醒复位接口)；电容C23和电容C24为选频电容，选择330/50，能以小功率获得良好的信号；无线通信电路连接服务器需要经由基站转发，SIM卡插座CN3通过TVS管接口保护电路(接口保护电路包括瞬态二极管TVS1、瞬态二极管TVS2、瞬态二极管TVS3、瞬态二极管 TVS4、电容C27、电容C28、电容C29、电容C30、电阻R42和电阻R43构成) 进行接口保护；电阻R40和电阻R41的阻值为22.1欧姆，用于阻抗匹配。

本实用新型一种在线烟雾误报警装置采用烟雾检测电路和温湿度检测电路进行烟雾及温湿度的组合判断，当烟雾信号和温湿度信号均异常时才发出报警信号，避免因单一的烟雾信号异常产生误报警的问题发生；且在报警发生时，可以通过声光报警电路在现场进行声光报警，还可以通过无线通信电路将报警信号进行无线传输，并通过服务器传递给远程的终端，实现在线报警，因此，本申请的应用场景较为广泛。另外，本实用新型采用电池通过电池电源管理电路及升降压电路进行电压转换，给MCU供电，MCU内的相关直流电源通过DC转DC电路或自带的LDO降压为相应的电压进行芯片供电或通信使用，无线通信电路具有低功耗工作模式，在无报警信号输出时是不工作的，可以减少电量的消耗，实现低功耗的要求；在有报警信号输出时时， MCU控制开启无线通信电路，报警信号通过服务器发送至用户手机。

本装置采用温湿度及烟雾浓度双阈值判断机制，在多粉尘场景、吸烟区、近烟源区域等场景皆可使用。同时本装置采用双示警模式，在异常发生时，不仅安装区域进行声光报警，同时发送报警信息给远程的终端(例如手机)，减少人力资源，提高避险能力。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种在线烟雾误报警装置，其特征在于：包括电池、电池电源管理电路、升降压电路、MCU、烟雾检测电路、温湿度检测电路、声光报警电路以及具有低功耗工作模式的无线通信电路；所述电池依次通过所述电池电源管理电路和所述升降压电路连接在所述MCU的电源接口上，所述烟雾检测电路的输出端以及所述温湿度检测电路的输出端连接在所述MCU的信号采集接口上，所述声光报警电路的输入端连接在所述MCU的报警信号输出接口上，所述无线通信电路连接在所述MCU的通信接口上。

2.根据权利要求1所述的在线烟雾误报警装置，其特征在于：所述电池电源管理电路包括型号为CN302的电压管理芯片和第一开关管；所述电压管理芯片的FTH引脚通过第一电容接地，所述电压管理芯片的FTH引脚还通过第一电阻连接在所述电池的正极上，所述电池的负极接地，所述电压管理芯片的FTH引脚还通过第二电阻连接在所述电压管理芯片的RTH引脚上，所述电压管理芯片的RTH引脚通过第三电阻接地，所述电压管理芯片的VCC引脚通过第四电阻连接在所述电池的正极上，所述电压管理芯片的VCC引脚还通过第五电阻接地，所述第五电阻的两端并联有第二电容，所述电压管理芯片的GND引脚接地，所述电压管理芯片的LBO引脚连接在所述第一开关管的栅极上，所述第一开关管的源极连接在所述电池的正极上，所述第一开关管的漏极与所述升降压电路连接。

3.根据权利要求2所述的在线烟雾误报警装置，其特征在于：所述升降压电路包括型号为TPS63020的升降压芯片，所述升降压芯片的VIN引脚连接在所述第一开关管的漏极上，所述升降压芯片的VIN引脚还通过并联的第三电容、第四电容以及第五电容接地，所述升降压芯片的VIN-1引脚与所述升降压芯片的VIN引脚连接，所述升降压芯片的VINA引脚、EN引脚以及PS/SYNC引脚均通过第六电容接地，所述升降压芯片的GND引脚以及PGND引脚均接地，所述升降压芯片的L1引脚以及L1-1引脚均连接在第一电感的一端，所述升降压芯片的L2引脚以及L2-1引脚均连接在所述第一电感的另一端，所述升降压芯片的FB引脚通过第六电阻接地，所述升降压芯片的VOUT-1引脚连接在所述升降压芯片的VOUT引脚上，所述升降压芯片的VOUT引脚上通过第七电阻连接在所述升降压芯片的FB引脚上，所述升降压芯片的VOUT引脚还通过并联的第七电容以及第八电容接地，所述升降压芯片的VOUT引脚用于输出3.3V电压并连接在所述MCU的电源接口上。

4.根据权利要求1至3任一项所述的在线烟雾误报警装置，其特征在于：所述烟雾检测电路包括型号为MP-2的烟雾传感器芯片、运算放大器、第二开关管和第一三极管；所述第一三极管的基极通过第八电阻连接在所述MCU的烟雾信号采集控制接口上，所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的集电极通过第九电阻接入3.3V电压，所述第一三极管的集电极还依次通过第九电阻和第十电阻连接在所述MCU的烟雾信号采集控制接口上，所述第一三极管的集电极还连接在所述第二开关管栅极上，所述第二开关管的源极接地，所述第二开关管的漏极连接在所述烟雾传感器芯片的Vt1引脚上，所述烟雾传感器芯片的Vt引脚接入传感器电压，所述烟雾传感器芯片的VL引脚通过并联的第八电容以及第十三电阻接地，所述烟雾传感器芯片的VL引脚还通过第十四电阻连接在所述运算放大器的同相输入端上，所述烟雾传感器芯片的VCC引脚通过并联的第九电容、第十电容以及第十一电容接地，所述烟雾传感器芯片的VCC引脚还接入传感器电压，所述运算放大器的反相输入端通过依次串联的第十二电阻以及第十一电阻接入传感器电压，所述第十一电阻的两端并联有第十五电阻，所述运算放大器的反相输入端通过依次串联的第十六电阻以及第十七电阻接地，所述运算放大器的反相输入端通过第十八电阻连接在所述运算放大器的输出端上，所述运算放大器的输出端通过第十九电阻接地，所述运算放大器的输出端连接在所述MCU的烟雾信号采集接口上。

5.根据权利要求1至3任一项所述的在线烟雾误报警装置，其特征在于：所述温湿度检测电路包括型号为DHT21的温湿度传感器芯片，所述温湿度传感器芯片的VDD引脚接入传感器电压，所述温湿度传感器芯片的VDD引脚还通过第十二电容接地，所述温湿度传感器芯片的GND引脚接地，所述温湿度传感器芯片的VDD引脚还通过第二十电阻连接在所述温湿度传感器芯片的SDA引脚上，所述温湿度传感器芯片的SDA引脚连接在所述MCU的温湿度信号采集接口上。

6.根据权利要求1至3任一项所述的在线烟雾误报警装置，其特征在于：所述声光报警电路包括蜂鸣器、发光二极管和第二三极管，所述第二三极管的基极通过第二十一电阻连接在所述MCU的报警信号输出接口上，所述第二三极管的基极还通过第二十二电阻接地，所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的集电极分别连接在所述蜂鸣器的负极以及所述发光二极管的负极，所述蜂鸣器的正极通过第二十四电阻接入3.3V电压，所述发光二极管的正极通过第二十三电阻接入3.3V电压。

7.根据权利要求1至3任一项所述的在线烟雾误报警装置，其特征在于：所述MCU具体是型号为stm32f103c8t6的单片机。

8.根据权利要求1至3任一项所述的在线烟雾误报警装置，其特征在于：所述无线通信电路包括型号为ME3616的无线通信模块、天线、天线座子和SIM卡插座；所述天线通过所述天线座子连接在所述无线通信模块的天线接口上；所述SIM卡插座通过TVS管接口保护电路连接在所述无线通信模块的SIM卡接口上；所述无线通信模块的收发接口通过三极管电平转换电路连接在所述MCU的通信接口上，所述无线通信模块的唤醒复位接口通过三极管控制电路连接在所述MCU的唤醒复位接口上。

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