專利名稱：火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中煙溫復(fù)合探測(cè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及火災(zāi)特征參數(shù)溫度和煙霧復(fù)合傳感裝置，更具體地說是一種應(yīng)用在火災(zāi) 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的煙溫復(fù)合探測(cè)器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的火災(zāi)探測(cè)技術(shù)主要有感溫和感煙兩種方式，分別通過檢測(cè)環(huán)境溫度的變化及 煙顆粒的濃度變化來判斷是否有火災(zāi)發(fā)生，常用光電感煙和感溫探測(cè)火災(zāi)的技術(shù)己經(jīng)相 對(duì)成熟。復(fù)合式感煙感溫火災(zāi)探測(cè)器同時(shí)監(jiān)測(cè)溫度和煙顆粒兩個(gè)火災(zāi)特征參數(shù)，提高了 火災(zāi)探測(cè)的可靠性，是目前國際上流行的新型多功能高可靠性的火災(zāi)探測(cè)技術(shù)。隨著計(jì) 算機(jī)及通信技術(shù)的發(fā)展，火災(zāi)探測(cè)技術(shù)由單點(diǎn)檢測(cè)發(fā)展到系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，但是多年來，對(duì)于 建筑物的早期火災(zāi)探測(cè)和報(bào)警，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)一直沿用的是有線網(wǎng)絡(luò)方式，通過各 種線路將監(jiān)控點(diǎn)和控制中心相互連接，像蜘蛛網(wǎng)一樣的線路布滿在各種建筑中，而在一 些特殊建筑場(chǎng)所比如古建筑，有線火災(zāi)檢測(cè)系統(tǒng)是不合適或根本不能使用的。
古建筑多為木質(zhì)結(jié)構(gòu)，即便是磚石結(jié)構(gòu)，經(jīng)歷千百年的風(fēng)雨洗禮本身已十分脆弱， 在名勝古跡中任何一場(chǎng)火災(zāi)所造成的損失都可能是不可估量的。有線火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng) 在建設(shè)過程中，由于存在大量的預(yù)埋管和管內(nèi)穿線工作，增加了建設(shè)成本，也延長了建 設(shè)周期，更重要的是會(huì)對(duì)古建筑造成人為破壞。近年來無線傳感網(wǎng)技術(shù)迅速發(fā)展，但作 為一種在性能可靠、使用安裝方便、低成本等諸多方面有著顯著優(yōu)勢(shì)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)系 統(tǒng)在建筑物的火災(zāi)探測(cè)方面沒有成熟的相關(guān)技術(shù)。將多種有線火災(zāi)探測(cè)技術(shù)與無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建應(yīng)用于火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的煙溫復(fù)合探測(cè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是建 設(shè)分布式無線消防報(bào)警系統(tǒng)的最重要的基礎(chǔ)工作之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種具有數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸 功能、自動(dòng)地對(duì)其周圍環(huán)境的溫度和煙霧進(jìn)行探測(cè)，同時(shí)，在其內(nèi)部可直接對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行 預(yù)處理，并且是以無線傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕馂?zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中煙溫復(fù)合探測(cè)無線傳 感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，將該節(jié)點(diǎn)部署在所要監(jiān)測(cè)的區(qū)域內(nèi)，多個(gè)節(jié)點(diǎn)通過自組織方式組建無線網(wǎng) 絡(luò)，結(jié)合上位計(jì)算機(jī)形成安裝方便快捷、安裝成本低、安裝速度快的無線火災(zāi)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) 網(wǎng)絡(luò)。
本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中煙溫復(fù)合探測(cè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是具有
一煙溫復(fù)合探測(cè)傳感器模塊，由溫度傳感器模塊和煙霧探測(cè)模塊構(gòu)成，采集溫度數(shù)據(jù) 和煙霧數(shù)據(jù)，并由嵌入式微處理器控制和讀??；
一數(shù)據(jù)處理模塊，是以嵌入式微處理器對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)所在范圍作出判斷，正常范圍內(nèi)的 檢測(cè)數(shù)據(jù)以一間隔的時(shí)間通過射頻模塊向基站發(fā)送；超正常范圍的溫度和煙霧信息實(shí)時(shí) 通過射頻模塊傳送至基站；
一射頻模塊，接收來自嵌入式微處理器的數(shù)據(jù)信號(hào)并以射頻向基站發(fā)送。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)特點(diǎn)也在于
所述煙霧探測(cè)模塊由光學(xué)探測(cè)暗室和位于光學(xué)探測(cè)暗室外圍的光學(xué)迷宮構(gòu)成煙霧光 學(xué)探測(cè)室內(nèi)腔；在所述光學(xué)探測(cè)室內(nèi)腔中以軸線成大于90度的夾角分別設(shè)置紅外發(fā)射二 極管與紅外接收二極管；所述紅外發(fā)射二極管發(fā)射的紅外光在經(jīng)光學(xué)探測(cè)室內(nèi)腔中煙霧 粒子散射后到達(dá)紅外接收二極管，以所述紅外接收二極管上隨煙霧濃度增加而加大的輸
出信號(hào)為煙霧探測(cè)信號(hào)。
所述溫度傳感器模塊采用溫濕度傳感器芯片SHTll，以所述傳感器芯片SHTll串行
接口時(shí)鐘線SCK和串行接口數(shù)據(jù)線DATA引腳分別連接到嵌入式微處理器相應(yīng)的引腳，
由所述嵌入式微處理器提供溫濕度傳感器芯片SHT11的溫度測(cè)量和數(shù)據(jù)讀取控制信號(hào)。
本發(fā)明節(jié)點(diǎn)用于大量部署在監(jiān)測(cè)區(qū)內(nèi)的各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上，通過無線通訊方式形成一個(gè)多 跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)的感知對(duì)象一火災(zāi)信 息。節(jié)點(diǎn)內(nèi)嵌入式微處理器將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)超標(biāo)溫度和煙霧信息立即通過射頻模塊傳送 給基站。在基站中包括有嵌入式微處理器及其外接的射頻模塊，接收來自各個(gè)火災(zāi)探測(cè) 節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包，根據(jù)各自節(jié)點(diǎn)的ID確定相應(yīng)位置處的火災(zāi)特征參數(shù)，由嵌入式微處理器 綜合煙霧和溫度數(shù)據(jù)通過火災(zāi)識(shí)別算法，判斷相應(yīng)位置有無火災(zāi)的發(fā)生。與基站相連的 上位計(jì)算機(jī)上可以運(yùn)行相應(yīng)的后臺(tái)軟件，以實(shí)現(xiàn)火災(zāi)監(jiān)測(cè)區(qū)域管理以及虛擬場(chǎng)景再現(xiàn)。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在
1、 本發(fā)明采用無線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中無需布線，不會(huì)因安裝消防系統(tǒng) 造成對(duì)建筑物損壞；
2、 本發(fā)明為模塊化設(shè)計(jì)，裝置簡單，成本低，安裝方便。
3、 本發(fā)明采用低功耗設(shè)計(jì)，延長了電池使用周期，節(jié)點(diǎn)的使用壽命較長；


圖1本發(fā)明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)框圖。
圖2本發(fā)明煙溫復(fù)合探測(cè)傳感器模塊結(jié)構(gòu)框圖。
圖3本發(fā)明光電型煙霧探測(cè)室結(jié)構(gòu)圖。
圖4本發(fā)明光學(xué)迷宮結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5本發(fā)明無線傳感器網(wǎng)絡(luò)火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。 以下通過具體實(shí)施方式
，并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說明。
具體實(shí)施例方式
參見圖l，本實(shí)施例中，節(jié)點(diǎn)設(shè)置包括
一煙溫復(fù)合探測(cè)傳感器模塊，由溫度傳感器模塊和煙霧探測(cè)模塊構(gòu)成，采集溫度數(shù)據(jù) 和煙霧數(shù)據(jù)，并由嵌入式微處理器控制和讀取；采用小體積、低功耗的溫度傳感器模塊 和光電型煙霧探測(cè)模塊。
一數(shù)據(jù)處理模塊，是以嵌入式微處理器對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)所在范圍作出判斷，正常范圍內(nèi)的 檢測(cè)數(shù)據(jù)以一間隔的時(shí)間通過射頻模塊向基站發(fā)送；超正常范圍的溫度和煙霧信息實(shí)時(shí) 通過射頻模塊傳送至基站；基站包括有嵌入式微處理器及其外接的射頻模塊，接收來自 各個(gè)火災(zāi)探測(cè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)包，根據(jù)各自節(jié)點(diǎn)的ID確定相應(yīng)位置處的火災(zāi)特征參數(shù)，由嵌 入式微處理器綜合煙霧和溫度數(shù)據(jù)通過火災(zāi)識(shí)別算法，判斷相應(yīng)位置有無火災(zāi)的發(fā)生。
本實(shí)施例中的數(shù)據(jù)處理釆用節(jié)點(diǎn)內(nèi)嵌入式微處理器Atmega128、八位、高性能、低功 耗；采用RISC精簡指令集結(jié)構(gòu)，其指令集大多為單周期指令，可高速運(yùn)行。3V供電時(shí)， Atmegal28的典型掉電電流小于luA，低電壓、低功耗、高性能。
一射頻模塊，接收來自嵌入式微處理器的數(shù)據(jù)信號(hào)并以射頻向基站發(fā)送。
本實(shí)施例中的射頻通信工作于2.4GHz頻段，射頻通信部分釆用CC2420射頻芯片 CC2420是Chipcon公司推出的首款符合2.4GHz IEEE802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)的射頻收發(fā)器。它基 于Chipcon公司的SmartRF 03技術(shù)，以0. 18um CMOS工藝制成，只需極少外部元器件， 性能穩(wěn)定且功耗極低，其選擇性和敏感性指數(shù)超過了 IEEE802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)的要求，可確保 短距離通信的有效性和可靠性。
參見圖2，溫度傳感器模塊采用溫濕度傳感器芯片SHTll，以傳感器芯片SHT11串 行接口時(shí)鐘線SCK和串行接口數(shù)據(jù)線DATA引腳分別連接到嵌入式微處理器相應(yīng)的引 腳，由所述嵌入式微處理器提供溫濕度傳感器芯片SHTll的溫度測(cè)量和數(shù)據(jù)讀取控制信 號(hào)。VO為煙霧信號(hào)輸出端，Vi為紅外發(fā)射二極管控制引腳，Vcc為電源信號(hào)輸入端。
參見圖3，本實(shí)施例中煙霧探測(cè)模塊由光學(xué)探測(cè)暗室1和位于光學(xué)探測(cè)暗室1外圍的 光學(xué)迷宮2構(gòu)成煙霧光學(xué)探測(cè)室內(nèi)腔；在光學(xué)探測(cè)室內(nèi)腔中以軸線成大于90度的夾角分 別設(shè)置紅外發(fā)射二極管4與紅外接收二極管5;紅外發(fā)射二極管4受到輸入信號(hào)Vi的驅(qū) 動(dòng)發(fā)射的紅外光在經(jīng)光學(xué)探測(cè)室內(nèi)腔中煙霧粒子散射后到達(dá)紅外接收二極管，紅外接收 二極管5收到散射光線產(chǎn)生煙霧電流信號(hào)V0，信號(hào)經(jīng)過放大后送給嵌入式微處理器；做 模數(shù)轉(zhuǎn)換后，結(jié)合溫度信號(hào)經(jīng)處理和識(shí)別，滿足一定條件后輸出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，即以紅 外接收二極上隨煙霧濃度增加而加大的輸出信號(hào)為煙霧探測(cè)信號(hào)；紅外發(fā)射二極管4發(fā) 出的紅外光在無煙霧存在的情況下，由于暗室的阻光作用，光線不能射入紅外接收二極 管5，接收元件無信號(hào)輸出。
為實(shí)現(xiàn)低功耗的要求，紅外發(fā)射二極管采用紅外脈沖光，嵌入式微處理器的I/0引腳 輸出窄脈沖信號(hào)Vi，控制紅外發(fā)射二極管發(fā)射紅外脈沖光。傳感器模塊的電源通過Vcc 引腳提供。
參見圖4，光學(xué)迷宮2采用Z形遮光部件3，可以最大限度地減弱環(huán)境光線的影響。 同時(shí)它也形成煙霧迷宮， 一方面煙顆粒容易流入，另一方面煙進(jìn)入后相對(duì)不易流出，以 減少外界氣流的影響。光學(xué)迷宮外圍有防蟲網(wǎng)以防止蚊蟲進(jìn)入光學(xué)探測(cè)室，但并不妨礙 煙霧粒子的進(jìn)入。Z形遮光部件，也能使蒸汽或薄霧等水蒸氣成分難以進(jìn)入光學(xué)探測(cè)暗室 內(nèi)，只凝結(jié)于外圍的表面及防蟲網(wǎng)上。
參見圖5，本發(fā)明具體應(yīng)用在火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，需要在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)設(shè)定坐標(biāo)位置上分
別設(shè)置各探測(cè)節(jié)點(diǎn)，探測(cè)節(jié)點(diǎn)通過自組織方式構(gòu)成建成星形或樹狀無線傳感器網(wǎng)格結(jié)構(gòu)， 系統(tǒng)設(shè)置還包括基站和上位計(jì)算機(jī)，這里的節(jié)點(diǎn)即煙溫復(fù)合點(diǎn)式火災(zāi)探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)對(duì)其 周圍環(huán)境的溫度和煙霧進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，并在節(jié)點(diǎn)內(nèi)對(duì)探測(cè)到的原始數(shù)據(jù)做預(yù)處理，相鄰 節(jié)點(diǎn)之間可以相互通信，并有路由功能；利用無線多跳通信技術(shù)，通過其它網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中 轉(zhuǎn)，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳送到基站。
監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)設(shè)定坐標(biāo)位置上的各信號(hào)基站，基站可以探測(cè)節(jié)點(diǎn)，也是連接各探測(cè)節(jié) 點(diǎn)和上位計(jì)算機(jī)的橋梁， 一方面基站的射頻模塊與探測(cè)節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)成多跳的自組織無線 通訊網(wǎng)絡(luò)。另一方面基站利用串行通訊協(xié)議或以太網(wǎng)絡(luò)把各個(gè)無線火災(zāi)探測(cè)節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè) 數(shù)據(jù)傳輸給上位計(jì)算機(jī)做進(jìn)一步處理。
上位計(jì)算機(jī)上運(yùn)行相應(yīng)的后臺(tái)處理軟件，通過對(duì)火災(zāi)特征參數(shù)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理， 利用多判據(jù)組合對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的火災(zāi)決策技術(shù)對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域是否發(fā)生火災(zāi)給出預(yù)警， 一旦判 斷出監(jiān)測(cè)區(qū)域有火災(zāi)發(fā)生，后臺(tái)軟件還將對(duì)火災(zāi)發(fā)生地點(diǎn)做出定位和顯示。
本實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)設(shè)置可以使系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到空間分辨小于1米、單跳通訊距離 視距不低于50米，火災(zāi)探測(cè)響應(yīng)時(shí)間小于20秒。
權(quán)利要求
1、火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中煙溫復(fù)合探測(cè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其特征是具有一煙溫復(fù)合探測(cè)傳感器模塊，由溫度傳感器模塊和煙霧探測(cè)模塊構(gòu)成，采集溫度數(shù)據(jù)和煙霧數(shù)據(jù)，并由嵌入式微處理器控制和讀?。灰粩?shù)據(jù)處理模塊，是以嵌入式微處理器對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)所在范圍作出判斷，正常范圍內(nèi)的檢測(cè)數(shù)據(jù)以一定間隔的時(shí)間通過射頻模塊向基站發(fā)送；超正常范圍的溫度和煙霧信息實(shí)時(shí)通過射頻模塊傳送至基站；一射頻模塊，接收來自嵌入式微處理器的數(shù)據(jù)信號(hào)并以射頻向基站發(fā)送。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中煙溫復(fù)合探測(cè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其特 征是所述溫度傳感器模塊采用溫濕度傳感器芯片SHTll，以所述傳感器芯片SHT11串 行接口時(shí)鐘線SCK和串行接口數(shù)據(jù)線DATA引腳分別連接到嵌入式微處理器相應(yīng)的引 腳，由所述嵌入式微處理器提供溫濕度傳感器芯片SHT11的溫度測(cè)量和數(shù)據(jù)讀取控制 信號(hào)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中煙溫復(fù)合探測(cè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其特 征是所述煙霧探測(cè)模塊由光學(xué)探測(cè)暗室(1)和位于光學(xué)探測(cè)暗室(1)外圍的光學(xué)迷宮(2)構(gòu)成煙霧光學(xué)探測(cè)室內(nèi)腔；在所述光學(xué)探測(cè)室內(nèi)腔中以軸線成大于90度的夾角分 別設(shè)置紅外發(fā)射二極管(4)與紅外接收二極管(5);所述紅外發(fā)射二極管(4)發(fā)射的 紅外光在經(jīng)光學(xué)探測(cè)室內(nèi)腔中煙霧粒子散射后到達(dá)紅外接收二極管(5),以所述紅外接 收二極(5)上隨煙霧濃度增加而加大的輸出信號(hào)為煙霧探測(cè)信號(hào)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中煙溫復(fù)合探測(cè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其特 征是所述光學(xué)迷宮(2)設(shè)置為Z形遮光部件(3)。
全文摘要
火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中煙溫復(fù)合探測(cè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其特征是具有一煙溫復(fù)合探測(cè)傳感器模塊，由溫度傳感器模塊和煙霧探測(cè)模塊構(gòu)成，采集溫度數(shù)據(jù)和煙霧數(shù)據(jù)，并由嵌入式微處理器控制和讀取；一數(shù)據(jù)處理模塊，是以嵌入式微處理器對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)所在范圍作出判斷，正常范圍內(nèi)的檢測(cè)數(shù)據(jù)以一定間隔的時(shí)間通過射頻模塊向基站發(fā)送；超正常范圍的溫度和煙霧信息實(shí)時(shí)通過射頻模塊傳送至基站；一射頻模塊，接收來自嵌入式微處理器的數(shù)據(jù)信號(hào)并以射頻向基站發(fā)送。本發(fā)明采用無線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中無需布線，不會(huì)因安裝消防系統(tǒng)造成對(duì)建筑物損壞。
文檔編號(hào)G08B17/103GK101354819SQ20081012476
公開日2009年1月28日 申請(qǐng)日期2008年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月22日
發(fā)明者劉士興, 張永明, 寧 杞, 楊明武, 顧勤冬 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué);中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)