專(zhuān)利名稱(chēng)：一種無(wú)線(xiàn)節(jié)能復(fù)合型火災(zāi)探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及無(wú)線(xiàn)感溫感煙復(fù)合型火災(zāi)探測(cè)器，特別涉及基于節(jié)能設(shè)計(jì)的無(wú)線(xiàn)感溫感煙復(fù)合型火災(zāi)探測(cè)器。
背景技術(shù)：
隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，限于單傳感器火災(zāi)探測(cè)器極易發(fā)生誤報(bào)、漏報(bào)現(xiàn)象，復(fù)合型火災(zāi)探測(cè)器逐漸成為研究的熱點(diǎn)，并已走入人們的生活之中，比如JTF-G0M-GST601復(fù)合式煙溫探測(cè)器。傳統(tǒng)的布線(xiàn)式火災(zāi)探測(cè)器極易因線(xiàn)路中斷或其他原因而導(dǎo)致探測(cè)器無(wú)法使用，嚴(yán)重限制了探測(cè)器的應(yīng)用場(chǎng)所，因此，無(wú)線(xiàn)通信以及探測(cè)器自帶電源已成為解決該問(wèn)題的首選方案。然而，對(duì)于ー些特殊場(chǎng)所，更換電池是比較困難的事情，電量消耗完畢意味著探測(cè)器將無(wú)法工作。因此，需要設(shè)計(jì)合理的節(jié)能方案，以延長(zhǎng)探測(cè)器的使用壽命。德州儀器(Texas Instruments)在其基于低功耗MSP430F2012芯片的光電煙氣探測(cè)器設(shè)計(jì)中，提出了有效的節(jié)能方案正常工作模式下，探測(cè)器每8s對(duì)紅外光信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，判斷是否有煙氣存在。在非采樣階段，關(guān)閉運(yùn)算放大器和紅外光電路，微處理器芯片處于待機(jī)狀態(tài)。在第一次報(bào)警后，采樣間隔變?yōu)?s ;第二報(bào)警后采樣間隔變?yōu)镮s ;若探測(cè)器連續(xù)三次報(bào)警，則發(fā)出報(bào)警信號(hào)。電源部分采用2節(jié)AAA電池供電，通過(guò)計(jì)算，在正常工作模式下，其平均消耗電流僅為2. O μ A/s ο專(zhuān)利號(hào)為US6084522A的美國(guó)專(zhuān)利是基于溫度敏感性的無(wú)線(xiàn)感煙探測(cè)器。探測(cè)器采用光電傳感器探測(cè)煙氣信號(hào)，熱敏電阻探測(cè)溫度信號(hào)，報(bào)警及狀態(tài)信號(hào)通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去。在節(jié)能問(wèn)題上，裝置設(shè)置定時(shí)器，分為休眠階段和工作階段。休眠階段，探測(cè)器無(wú)任何操作；工作階段，探測(cè)器傳感器全部開(kāi)啟，并將狀態(tài)信號(hào)發(fā)送出去。兩個(gè)階段的時(shí)間間隔為10s。在專(zhuān)利中，作者提到，該時(shí)間間隔可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。然而，基于節(jié)能考慮，該時(shí)間間隔應(yīng)設(shè)置較大值，而較大的時(shí)間間隔極可能導(dǎo)致漏報(bào)現(xiàn)象的發(fā)生。以上兩種節(jié)能方案設(shè)計(jì)，都是以犧牲探測(cè)器的報(bào)警響應(yīng)時(shí)間為前提，極可能導(dǎo)致延遲報(bào)警或漏報(bào)現(xiàn)象而造成火災(zāi)救援不及時(shí)，導(dǎo)致重大損失。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的是提供ー種節(jié)能、高準(zhǔn)確度、快速響應(yīng)的無(wú)線(xiàn)節(jié)能復(fù)合型火災(zāi)探測(cè)器，該探測(cè)器即能獨(dú)立工作，也能加入到無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸火災(zāi)信號(hào)。本實(shí)用新型提供一種無(wú)線(xiàn)節(jié)能復(fù)合型火災(zāi)探測(cè)器，包括中心控制模塊、定時(shí)器模塊、電源模塊、感溫模塊、感煙模塊、無(wú)線(xiàn)傳輸模塊及聲光報(bào)警模塊；其特征在干電源模塊與其它各模塊相連；定時(shí)器模塊與中心控制模塊相連；中心控制模塊與其它各模塊相連；感溫模塊與中心控制模塊相連；感煙模塊與中心控制模塊相連；無(wú)線(xiàn)傳輸模塊與中心控制模塊相連；聲光報(bào)警模塊與中心控制模塊相連。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型主要模塊組成如圖I所示，包括中心控制模塊I、定時(shí)器模塊2、電源模塊3、感溫模塊4、感煙模塊5、無(wú)線(xiàn)傳輸模塊6、聲光報(bào)警模塊7。其中，聲光報(bào)警模塊包括火災(zāi)報(bào)警及低電量報(bào)警。本實(shí)用新型采用感溫、感煙相結(jié)合的方式提高報(bào)警準(zhǔn)確度。在無(wú)報(bào)警狀態(tài)下，由中心控制模塊I控制感溫模塊4和感煙模塊5輪流開(kāi)啟工作，定時(shí)器模塊2負(fù)責(zé)計(jì)時(shí)功能。當(dāng)工作中的探測(cè)器模塊(4或者5)探測(cè)到火災(zāi)信號(hào)吋，中心控制模塊I開(kāi)啟另一探測(cè)模塊(前探測(cè)模塊并不關(guān)閉)，若兩探測(cè)模塊同時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，則中心控制模塊I控制聲光報(bào)警模塊7發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，如果探測(cè)器連接到無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上，則通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸模塊6將報(bào)警信號(hào)發(fā)送出去。本實(shí)用新型探測(cè)報(bào)警具體流程如圖2所
/Jn οI)初始化各模塊功能，測(cè)試元器件是否存在故障；2)打開(kāi)無(wú)線(xiàn)傳輸模塊6，掃描信道，查找是否有可加入的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)檢測(cè)到有可以加入的網(wǎng)絡(luò)后，向主機(jī)發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)。加入網(wǎng)絡(luò)后接收主機(jī)相應(yīng)指令，如地址分配、坐標(biāo)確定等信息。通信完畢后，關(guān)閉無(wú)線(xiàn)傳輸模塊6，等待下ー個(gè)通信周期進(jìn)行通信；若無(wú)可用 網(wǎng)絡(luò)，則探測(cè)器進(jìn)入獨(dú)立工作模式，關(guān)閉無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊；3)開(kāi)啟感溫模塊4，同時(shí)確保感煙模塊5處于關(guān)閉狀態(tài)若感溫模塊4在工作時(shí)間內(nèi)沒(méi)有探測(cè)到火災(zāi)信號(hào)，則在定時(shí)器模塊2達(dá)到預(yù)定中斷時(shí)間后，由中心控制模塊I控制關(guān)閉感溫t旲塊4，開(kāi)啟感煙t旲塊5 ；4)若感溫模塊4發(fā)出報(bào)警信號(hào)，則立即開(kāi)啟感煙模塊5 ;當(dāng)感煙模塊5探測(cè)到火災(zāi)信號(hào)，且感溫模塊4已發(fā)出報(bào)警信號(hào)，經(jīng)中心控制模塊I分析確認(rèn)后，開(kāi)啟聲光報(bào)警模塊7發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。若探測(cè)器加入到無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中，則通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸模塊6將報(bào)警信息發(fā)送出去；5)若感煙模塊5在工作時(shí)間內(nèi)沒(méi)有探測(cè)到火災(zāi)信號(hào)，而此時(shí)的感溫模塊4的溫度報(bào)警信號(hào)并沒(méi)有解除，則感煙模塊5持續(xù)工作，直至溫度報(bào)警信號(hào)解除或探測(cè)到煙氣報(bào)警信號(hào);6)當(dāng)感煙模塊5単獨(dú)工作時(shí)，其探測(cè)報(bào)警流程與感溫模塊4単獨(dú)工作報(bào)警流程相同，即重復(fù)3)-5)步驟，只是將3)-5)步驟內(nèi)的感溫模塊4換成感煙模塊5、感煙模塊5換成感溫模塊4即可。

圖I是本實(shí)用新型各模塊組成框圖；圖2是本實(shí)用新型探測(cè)報(bào)警流程圖；圖中虛線(xiàn)箭頭表示定時(shí)器中斷之后，虛線(xiàn)框內(nèi)括號(hào)內(nèi)外模塊輪流運(yùn)行，即執(zhí)行一次括號(hào)外的模塊，下次再循環(huán)時(shí)變?yōu)閳?zhí)行括號(hào)內(nèi)的模塊，輪流循環(huán)；圖3是本實(shí)用新型元器件組成示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖3，通過(guò)實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)ー步的說(shuō)明。實(shí)施例I :本實(shí)用新型在充分考慮節(jié)能的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)電路，元器件組成示意圖如圖3示。包括中心控制單元A、電源單元B、感溫單元C、感煙單元D、無(wú)線(xiàn)傳輸單元E及報(bào)警單元F。各單元具體功能及節(jié)能方案如下[0020]I)中心控制單元A中心控制單元A相當(dāng)于圖I的中心控制模塊I和定時(shí)器模塊2的組合，采用德州儀器(TI)低功耗MSP430F2112芯片，該芯片內(nèi)置計(jì)時(shí)器及AD轉(zhuǎn)換功能。MSP430F2112芯片充分考慮了節(jié)能設(shè)計(jì)，提供5種低功耗工作模式，待機(jī)模式功耗僅為O. 7 μ A，從待機(jī)模式到喚醒僅需要1μ S。中心控制單元A只有在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時(shí)才處于激活狀態(tài)，其它時(shí)間都處于待機(jī)模式。中心控制單元A控制感溫単元C和感煙單元D輪流開(kāi)啟，本實(shí)用新型當(dāng)前設(shè)置時(shí)間間隔為10s，該時(shí)間間隔可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)；中心控制單元A負(fù)責(zé)對(duì)感溫單元C及感煙單元D的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷是否有火災(zāi)發(fā)生；中心控制單元A負(fù)責(zé)設(shè)置無(wú)線(xiàn)傳輸單元E，包括傳輸格式及傳輸速率等；中心控制單元A負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)報(bào)警単元F。2)電源單元B電源單元B相當(dāng)于圖I的電源模塊3，包括3. 6V鋰電池、TI bq27200電量檢測(cè)芯片及LED指示燈。bq27200檢測(cè)到電池電量過(guò)低吋，向中心控制單元A發(fā)出報(bào)警信號(hào)，中心控制單元A驅(qū)動(dòng)LED指示燈閃爍發(fā)光,提示操作人員及時(shí)更換電池。該處LED指示燈應(yīng)與 火災(zāi)報(bào)警指示燈加以區(qū)別，本實(shí)用新型采用綠色LED燈。若加入無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，則將低電量報(bào)警信號(hào)發(fā)送出去。3)感溫單元C感溫單元C相當(dāng)于圖I的感溫模塊4，采用TITMP102低功耗芯片，芯片本身即是溫度傳感器，測(cè)溫范圍為-40-+125°C，在-25-+85°C范圍內(nèi)，其測(cè)溫精度可達(dá)O. 5 °C。TMP102芯片內(nèi)置AD轉(zhuǎn)換功能，采集數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換后通過(guò)串行總線(xiàn)直接與微處理器進(jìn)行通信，降低了處理器的負(fù)荷。TMP102芯片提供了四種采集速率8HZ、4HZ、1HZ和O. 25Hz，本實(shí)用新型在無(wú)火災(zāi)報(bào)警狀態(tài)下采用IHz采集速率。若探測(cè)數(shù)據(jù)超出報(bào)警閾值，則將采集速率改為8Hz，對(duì)采集結(jié)果取平均值，若達(dá)到報(bào)警閾值，則感溫探測(cè)器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。TMP102芯片大小僅為1. 7X1. 7_，相對(duì)于熱敏電阻等感溫傳感器而言，電路將會(huì)得到極大的優(yōu)化。用戶(hù)也可在探測(cè)器上安裝多個(gè)TMP102進(jìn)行溫度測(cè)量，以提高測(cè)量精度及報(bào)警準(zhǔn)確度。4)感煙單元D感煙單元D相當(dāng)于圖I的感煙模塊5，采用散光式光電感煙原理。包括集煙倉(cāng)、紅外發(fā)光二極管、紅外接收器及TLV2780運(yùn)算放大器。本實(shí)用新型為減少電路復(fù)雜性，采用MSP430F2112芯片內(nèi)置的AD轉(zhuǎn)換功能對(duì)感煙単元D采集的信號(hào)進(jìn)行處理。當(dāng)前設(shè)置為每隔Is感煙單元D處理一次數(shù)據(jù)，即分別采集紅外發(fā)光二極管關(guān)閉和開(kāi)啟狀態(tài)下的煙氣數(shù)據(jù)，對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較。采集紅外發(fā)光二極管關(guān)閉時(shí)的數(shù)據(jù)并將紅外發(fā)光二極管開(kāi)啟時(shí)采集的數(shù)據(jù)與其進(jìn)行差值處理可有效消除環(huán)境的影響；(測(cè)量采用散光式光電感煙原理紅外接收器與紅外發(fā)光二極管并不在一條直線(xiàn)上，即使發(fā)光二極管開(kāi)啟，接收器也接收不到紅外信號(hào)；而當(dāng)有煙氣存在時(shí)，由于煙氣顆粒的散射作用，接收器就會(huì)接收到紅外信號(hào)。而采集紅外發(fā)光二極管關(guān)閉情況的紅外信號(hào)并做差值，主要為了消除環(huán)境光的影響)，該差值超過(guò)報(bào)警閾值吋，即認(rèn)為火災(zāi)發(fā)生。詳細(xì)過(guò)程為在紅外發(fā)光二極管關(guān)閉的情況下，開(kāi)啟紅外接收器及TLV2780放大器，采集當(dāng)前紅外光信號(hào)并進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換完成后，開(kāi)啟紅外發(fā)光二極管，采集當(dāng)前紅外光信號(hào)并進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換完畢后，關(guān)閉感煙單元D，中心控制單元A對(duì)兩次采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。若結(jié)果超過(guò)報(bào)警閾值，則立即重復(fù)上述操作3次(關(guān)閉、開(kāi)啟紅外發(fā)光二極管(兩個(gè)動(dòng)作)算是一次操作)，對(duì)處理結(jié)果取平均值，若達(dá)到報(bào)警閾值，則感煙単元D發(fā)出報(bào)警信號(hào)。5)無(wú)線(xiàn)傳輸單元E無(wú)線(xiàn)傳輸單元E相當(dāng)于圖I的無(wú)線(xiàn)傳輸模塊6，包括TI CC2520芯片及2. 4GHz天線(xiàn)?？杉尤氲凸腪igbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。本實(shí)用新型上電后，掃描信道，捜索可以加入的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。若無(wú)可加入的網(wǎng)絡(luò)，則關(guān)閉無(wú)線(xiàn)傳輸單元E，并間隔I小時(shí)掃描信道。若加入無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，與主機(jī)交換信息，如地址信息、坐標(biāo)信息等，并間隔20s向主機(jī)發(fā)送探測(cè)器狀態(tài)，確保探測(cè)器依然在網(wǎng)絡(luò)中，通信完畢后，關(guān)閉無(wú)線(xiàn)傳輸単元E。當(dāng)探測(cè)器探測(cè)到火災(zāi)信號(hào)時(shí)，若之前沒(méi)有加入網(wǎng)絡(luò)，則再次掃描可用信道，將報(bào)警信號(hào)發(fā)送出去；若已加入無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，則立即開(kāi)啟無(wú)線(xiàn)傳輸單元E，將報(bào)警信號(hào)發(fā)送出去。當(dāng)主機(jī)確認(rèn)警報(bào)為誤報(bào)現(xiàn)象時(shí)，可發(fā)送信息，關(guān)閉探測(cè)器的報(bào)警狀態(tài)。6)報(bào)警單元F 報(bào)警單元F相當(dāng)于圖I的聲光報(bào)警模塊7，包括蜂鳴器及紅色發(fā)光二極管。報(bào)警單元F在無(wú)報(bào)警狀態(tài)下總處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)中心控制單元A確認(rèn)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，驅(qū)動(dòng)報(bào)警單元F發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)；當(dāng)中心控制單元A確認(rèn)火警解除或接收到主機(jī)發(fā)送的誤報(bào)信號(hào)吋，則關(guān)閉報(bào)警單元F。本實(shí)用新型以上間隔時(shí)間及采集頻率等參數(shù)可根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。根據(jù)實(shí)例I節(jié)能設(shè)計(jì)，本實(shí)用新型在無(wú)報(bào)警狀態(tài)下主要元器件的功耗如表I、表2所示。通過(guò)計(jì)算可知，本實(shí)用新型在無(wú)報(bào)警狀態(tài)下的平均功耗僅為3. 5 μ A/s，報(bào)警響應(yīng)時(shí)間僅為4s。表I感溫模塊各元件Is內(nèi)功率預(yù)算表
功能名稱(chēng)持續(xù)時(shí)間細(xì))電流(μΑ/s)消耗電流(ηΑ)
MSP430F21121004094 9
上作模式(IMHz 3.6V)
MSP430F2112 待機(jī)模式 999,91807700
TMP102 轉(zhuǎn)換狀態(tài)26,00040Tfi40
TMP102 通信狀態(tài)8280636
TMP102 待機(jī)模式973,918222^43
3^30表2感煙模塊各元件Is內(nèi)功率預(yù)算表
權(quán)利要求1.一種無(wú)線(xiàn)節(jié)能復(fù)合型火災(zāi)探測(cè)器，包括中心控制模塊、定時(shí)器模塊、電源模塊、感溫模塊、感煙模塊、無(wú)線(xiàn)傳輸模塊及聲光報(bào)警模塊；其特征在于電源模塊與其它各模塊相連；定時(shí)器模塊與中心控制模塊相連；中心控制模塊與其它各模塊相連；感溫模塊與中心控制模塊相連；感煙模塊與中心控制模塊相連；無(wú)線(xiàn)傳輸模塊與中心控制模塊相連；聲光報(bào)警模塊與中心控制模塊相連。
2.按權(quán)利要求I所述的無(wú)線(xiàn)節(jié)能復(fù)合型火災(zāi)探測(cè)器，其特征在干，該無(wú)線(xiàn)節(jié)能復(fù)合型火災(zāi)探測(cè)器探測(cè)器內(nèi)置聲光報(bào)警模塊與無(wú)線(xiàn)傳輸模塊。
3.按權(quán)利要求I所述的無(wú)線(xiàn)節(jié)能復(fù)合型火災(zāi)探測(cè)器，其特征在于，采用低功耗感溫芯片TI TMP102探測(cè)溫度，該芯片內(nèi)置AD轉(zhuǎn)換及串ロ通信功能。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種無(wú)線(xiàn)節(jié)能復(fù)合型火災(zāi)探測(cè)器。該探測(cè)器由中心控制模塊、定時(shí)器模塊、電源模塊、感溫模塊、感煙模塊、無(wú)線(xiàn)傳輸模塊及聲光報(bào)警模塊七大部分組成。本實(shí)用新型既可作為獨(dú)立式火災(zāi)探測(cè)器使用也可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)組建火災(zāi)探測(cè)系統(tǒng)。在考慮復(fù)合型探測(cè)器有效提高火災(zāi)報(bào)警準(zhǔn)確度的基礎(chǔ)上，采用節(jié)能算法和節(jié)能電路設(shè)計(jì)以延長(zhǎng)探測(cè)器的使用壽命。在無(wú)火災(zāi)報(bào)警狀態(tài)下，感溫模塊和感煙模塊分時(shí)開(kāi)啟工作；當(dāng)工作的探測(cè)模塊探測(cè)到火災(zāi)信號(hào)時(shí)，立即開(kāi)啟另一探測(cè)模塊；若兩種探測(cè)模塊同時(shí)探測(cè)到火災(zāi)信號(hào)，則中心控制模塊控制聲光報(bào)警模塊發(fā)出報(bào)警信號(hào)。在聯(lián)網(wǎng)的情況下，將火警信號(hào)發(fā)送出去。
文檔編號(hào)G08B17/00GK202632460SQ201220113360
公開(kāi)日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月23日
發(fā)明者張和平, 李森, 李立明, 楊華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)