一种结合物联网的智能化烟雾探测报警系统的制作方法

本实用新型涉及一种结合物联网的智能化烟雾探测报警系统，属于智能建筑电气设备和物联网技术领域。

背景技术：

火灾自动报警系统作为重要的建筑自动消防设施，其技术进步性表现在报警可靠性提高、报警系统网络化、消防联动控制智能化、消防通信网络技术与计算机接警指挥管理等方面。而目前现有的建筑火灾报警系统智能化程度较低，且各个报警器之间缺乏通信联动能力，发生危险时不能高效且准确地指引受灾群众避难，降低了火灾发生前期受灾人群的逃生成功率。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种结合物联网的智能化烟雾探测报警系统，在火灾发生时，能实现多个物联网烟雾报警终端之间的状态互联，同时发出声光报警信号，并为受灾人员指示出逃生方向。

本实用新型采用的技术方案是：一种结合物联网的智能化烟雾探测报警系统，包括若干个物联网烟雾报警终端和一个物联网总控中心，其中物联网烟雾报警终端包括供电模块、烟雾探测模块、嵌入式控制模块、声光报警模块和物联网通信模块；声光报警模块包括工作状态指示模块、异常状态指示模块、声音报警模块和逃生方向指示模块，供电模块分别与嵌入式控制模块和烟雾探测模块相连，烟雾探测模块作为输入端与嵌入式控制模块相连，声光报警模块和物联网通信模块作为输出端，分别与嵌入式控制模块相连，物联网通信模块又作为输入端与物联网总控中心相连，物联网控制中心又与声光报警模块中的逃生方向指示模块相连。

具体地，所述的供电模块包括电源适配器和变压电路，其中电源适配器为AC220V转DC9V电源适配器，变压电路为DC9V转DC5V变压电路，变压电路采用三端稳压集成电路L7805芯片。

具体地，所述的烟雾探测模块采用基于红外光的光电式XKC-010烟雾探测器。

具体地，所述的嵌入式控制模块包括单片机和单片机最小系统，单片机最小系统包括晶振振荡电路和复位电路，单片机型号为AT89C51。

具体地，所述的工作状态指示模块采用绿色LED发光二极管一颗，灯亮表示工作状态正常，灯灭表示工作状态异常；异常状态指示模块选用黄色LED发光二极管一颗，灯亮表示工作状态异常，灯灭表示工作状态正常；声音报警模块采用蜂鸣器报警。

具体地，所述的逃生方向指示模块包括逃生方向指示电路和电流放大电路，逃生方向指示电路采用5个红色LED发光二极管排列为箭头状，箭头方向指向安全通道方向，电流放大电路核心器件为半导体三极管S8050，半导体三极管S8050一端通过电阻与嵌入式控制模块连接，另一端与逃生方向指示电路连接。

具体地，所述的物联网总控中心用于根据若干个物联网通信模块上报的火情数据，智能判断出最佳的逃生路线，并反馈至各个声光报警模块中的逃生方向指示模块，为受灾人员指示出逃生方向。

优选地，所述的物联网通信模块选用基于ZigBee的无线网络终端；所述的物联网总控中心模块选用基于ZigBee的物联网协调器。

本实用新型的有益效果为：采用嵌入式控制模块，结合烟雾探测模块，可以避免在如吸烟等烟雾浓度较低时发生误报，提高探测精度；采用物联网设备，能实现多个探测器之间状态互联，确定无险情的安全逃生路径。系统总体具备稳定性强、不容易发生误报，且具有成本较低、功耗较小，便于维护、逃生路径指示醒目易懂等优点。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构示意图；

图2为本实用新型的DC9V转DC5V变压电路图；

图3为本实用新型的晶振振荡电路图；

图4为本实用新型的复位电路图；

图5为本实用新型的工作指示电路图；

图6为本实用新型的异常状态指示电路图；

图7为本实用新型的声音报警电路图；

图8为本实用新型的逃生方向指示电路及电流放大电路图；

图9为本实用新型的物联网通信系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图何具体实施方式，对本实用新型作进一步地说明。

实施例1：如图1-9所示，一种结合物联网的智能化烟雾探测报警系统，包括若干个物联网烟雾报警终端和一个物联网总控中心，其中物联网烟雾报警终端包括供电模块、烟雾探测模块、嵌入式控制模块、声光报警模块和物联网通信模块；声光报警模块包括工作状态指示模块、异常状态指示模块、声音报警模块和逃生方向指示模块，供电模块分别与嵌入式控制模块和烟雾探测模块相连，烟雾探测模块作为输入端与嵌入式控制模块相连，声光报警模块和物联网通信模块作为输出端，分别与嵌入式控制模块相连，物联网通信模块又作为输入端与物联网总控中心相连，物联网控制中心又与声光报警模块中的逃生方向指示模块相连。

进一步地，所述的供电模块包括电源适配器和变压电路，其中电源适配器为AC220V转DC9V电源适配器，变压电路为DC9V转DC5V变压电路，变压电路核心器件采用三端稳压集成电路L7805芯片。

系统供电模块中的DC9V转DC5V变压电路结构如图2所示，220V交流市电通过电源适配器转换成9V直流电压，9V直流电可以直接对烟雾探测模块供电；同时此直流电压经过L7805芯片的稳压和并联的两个100uF电容的滤波，便在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的5V直流输出电压。L7805三端稳压芯片适合于几百毫安以上级别电流，使用变压芯片的优点是，电路简单，成本低，几个元件即可实现。

进一步地，所述的烟雾探测模块采用基于红外光的光电式XKC-010烟雾探测器。该系统由烟雾探测模块将采集到的烟雾浓度信息转化为嵌入式控制模块可识别的数字信号后送入模块中的单片机。基于红外光的光电式XKC-010烟雾探测器采用螺旋形迷宫式进气道，一方面是为了遮挡外界光源对探测器的干扰，另一方面是为了增加进气道长度，以避免在如吸烟等烟雾浓度较低时发生误报。采用继电器和开关量的双输出模式，大幅增加了设备的功能性和扩展性。

进一步地，所述的嵌入式控制模块包括单片机和单片机最小系统，单片机最小系统包括晶振振荡电路和复位电路，单片机型号为AT89C51。单片机最小系统电路中晶振振荡电路是在一个反相放大器的两端接入12M晶振，再有两个30pF电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地；采用上电复位作为复位电路的设计方案，在单片机复位引脚RST上连接一个10uF电容到DC5V输出端，再连接一个1KΩ电阻到GND。

更具体地，本实用新型中所述的晶振振荡电路如图3所示，在AT89C52单片机的XTAL1和XTAL2接口的两端接入12M晶振，再将两个30pF电容分别接到晶振的两端，每个电容的另一端再接到地。

本实用新型中所述的复位电路如图4所示，采用最基本的单片机最小系统上电复位作为复位电路的设计方案，在复位引脚RST上连接一个电容到DC5V输出端，再连接一个电阻到GND，由此形成一个RC充放电回路保证单片机在上电时RST脚上有足够时间的高电平进行复位，随后回归到低电平进入正常工作状态，这个电阻阻值选取1KΩ，电容的值10uF。

进一步地，所述的工作状态指示模块采用绿色LED发光二极管一颗，负极直接与单片机P2.2口连接，正极先与一个200Ω电阻串联，再与经变压后的DC5V电源相接，灯亮表示工作状态正常，灯灭表示工作状态异常；异常状态指示模块选用黄色LED发光二极管一颗，负极直接与单片机P2.3口连接，正极先与一个200Ω电阻串联，再与经变压后的DC5V电源相接，灯亮表示工作状态异常，灯灭表示工作状态正常；声音报警模块采用蜂鸣器报警，声音报警模块设计为单片机IO口输出后接一个200Ω电阻，到PNP三极管S8550的基极，三极管的发射极接一个200Ω电阻到DC5V电源输出端，三极管的集电极接有源蜂鸣器的正极，有源蜂鸣器负极接地，用一个1N4007二极管反向并联在蜂鸣器正负极之间（1N4007的正极接地，负极接蜂鸣器正极）。

更具体地，本实用新型中所述的工作指示电路如图5所示，选取绿色LED发光二极管一颗，负极直接与单片机P2.2口连接，正极先与一个200Ω电阻串联，再与经变压后的DC5V电源相接。单片机采用灌电流方式驱动，这样只要单片机输出低电平,则LED发光二极管电路导通，小灯泡点亮，表示整个系统及外界环境处于正常状态；输出高电平时灯灭，表示现在外界环境已经变为异常状态。

本实用新型中所述的异常状态指示电路如图6所示，选取黄色LED发光二极管一颗，负极直接与单片机P2.3口连接，正极先与一个200Ω电阻串联，再与经变压后的DC5V电源相接。单片机采用灌电流方式驱动，这样只要单片机输出高电平时灯灭，表示正常状态；输出低电平,则LED发光二极管电路导通，小灯泡点亮，发出光学报警信号，表示异常状态。

本实用新型中所述的声音报警电路如图7所示，单片机IO口输出后接一个200Ω电阻，到PNP三极管S8550的基极，PNP三极管的发射极接一个200Ω电阻到5V电源。三极管的集电极接蜂鸣器的正极，蜂鸣器负极接地，用一个1N4007二极管反向并联在蜂鸣器正负极之间，1N4007的正极接地，负极接蜂鸣器正极。PNP三极管做驱动，选用阻值200Ω的电阻做基极限流，选用阻值200Ω的电阻（电阻过大会降低蜂鸣器的发声功率）做限流和保护。由于蜂鸣器内有电感线圈，所以要并联一个反向的1N4007二极管做反峰保护。IO口以低电平方式，启动蜂鸣器发声。

进一步地，所述的逃生方向指示模块包括逃生方向指示电路和电流放大电路，逃生方向指示电路采用5个红色LED发光二极管排列为箭头状，箭头方向指向安全通道方向，电流放大电路核心器件为半导体三极管S8050，半导体三极管S8050一端通过电阻与嵌入式控制模块连接，另一端与逃生方向指示电路连接。

更具体地，本实用新型中所述的逃生方向指示电路如图8所示，逃生方向指示电路的核心器件是红色LED发光二极管。将5个红色LED发光二极管排列为箭头状，箭头尖端指向安全通道方向。每个红色LED发光二极管串联一个200Ω电阻，并联后再与单片机IO口和DC5V电源直接相连。由于单个单片机IO口低电平时输出的电流较小，不足以驱动5组并联的发光二极管，所以需要在单片机IO口和逃生方向指示电路之间设置电流放大电路，来增加驱动电流的大小。采用常见的NPN型晶体三极管S8050三极管作为高频放大核心器件。直流电增益为10到60倍，驱动电流0.2-1毫安之间能够正常工作，用偏流电阻调整基极电流。S8050为开关型三极管，以硅作为主要材质制造。

进一步地，所述的物联网总控中心用于根据若干个物联网通信模块上报的火情数据，智能判断出最佳的逃生路线，并反馈至各个声光报警模块中的逃生方向指示模块，为受灾人员指示出逃生方向。

进一步地，所述的物联网通信模块选用基于ZigBee的无线网络终端；所述的物联网总控中心模块选用基于ZigBee的物联网协调器。ZigBee技术有低功耗、系统配置简单及低成本等优点，可以很好地适用于针对火灾前期烟雾报警的物联网应用领域，能与烟雾探测报警系统充分结合，使系统满足低成本、高效率、高准确性的特点。

本实用新型的工作原理是：当火灾初发时，产生烟雾，烟雾进入烟雾探测模块中红外光探测器螺旋形气室，当烟雾浓度足够大，直到遮挡气室内部红外线光路时，探测器将报警信号传递至嵌入式控制模块，嵌入式控制模块根据编写的嵌入式程序输出各种信号，驱动声光报警模块发出声光报警信号；与此同时，嵌入式控制模块向物联网通信模块发出命令，并通过物联网通信模块将火灾信号发送至物联网总控中心，物联网总控中心根据多个物联网通信模块上报的火情数据，智能判断出最佳的逃生路线，并反馈至各个报警系统的逃生方向指示模块，为受灾人员指示出逃生方向。当烟雾消散或无火灾时，烟雾探测模块中红外光探测器螺旋形气室内部红外线光路通畅，探测器将正常工作信号持续传入嵌入式控制模块，嵌入式控制模块向外输出信号，驱动绿色小灯泡点亮，表示此时整个系统处于正常工作状态且环境状态正常。

本实用新型通过上述模块之间的配合，根据烟雾探测模块的输入数据，由嵌入式控制模块发出控制指令启停声光报警模块，并通过物联网通信模块与物联网总控中心联通，进一步控制声光报警模块，指示出最安全的逃生路线，实现针对火灾前期烟雾的高精度、低成本的探测报警和逃生引导功能。

以上结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。