一种基于Lora技术的新型燃气火灾探测器

一种基于lora技术的新型燃气火灾探测器
技术领域
1.本实用新型属于火灾探测技术领域，尤其涉及一种基于lora技术的新型燃气火灾探测器。


背景技术：

2.目前，燃气作为现代化城市生活的重要燃料，因可管道运输、价格便宜、能量密度相对较高的特点，使其被广泛应用在日常生活以及工业生产中且使用量呈现出逐年增长的趋势。随着燃气应用规模的逐渐增加，因其导致的一系列消防问题也在变得越来越多。因燃气本身可燃，并且根据成分的不同，部分还具有毒性(一氧化碳有毒，天然气主要成分为甲烷无毒)，当发生泄露时容易造成火灾。为了防范燃气泄漏，目前市面存在专门用于探测此类泄露问题消防探头。
3.传统的消防探头主要采用二总线模式即有线传输，当发生泄露时报警信息通过有线方式传到专用设备，随后传输给消防管理平台。这种方式本身存在弊端，例如使用有线方式部署需要很多的耗材，本身投入过大；改造困难，当需要移动时需要对线路进行改造；不适用于家庭环境，家庭环境是燃气的使用大头，故对于家庭环境燃气监测的必要性显而易见，但这种方式的成本投入对于家庭来说难以承受。
4.针对以上问题后来出现了基于gprs、nb
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iot的燃气火灾探测器，相对于之前的有线模式，这种方式大大的减少了建设成本，但其每个月都需要支付服务费用对于家庭、物业来说都是一笔不小的开销；怎么在实现无线传输并且可以一次投入后就能不用再投入成为了现在困扰燃气火灾探测器的普及的问题。
5.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
6.(1)传统的消防探头主要采用二总线模式即有线传输，这种方式部署需要很多的耗材，本身投入过大；改造困难，当需要移动时需要对线路进行改造；不适用于家庭环境；
7.(2)基于gprs、nb
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iot的燃气火灾探测器，相对于之前传统的有线模式，这种方式大大的减少了建设成本，但其每个月都需要支付服务费用，成本高。
8.解决以上问题及缺陷的难度为：如何利用无线技术改进可燃气体探测器，使之一次系统建设后就不需要再投入其他成本，并且能够对环境中的燃气浓度进行实时监测。
9.解决以上问题及缺陷的意义为：解决上述技术问题，可对可燃气体泄露产生的安全事故进行预警，能有效遏制因天然气、液化石油气等可燃气体泄露造成的火灾、爆炸、伤亡等恶性事故发生，并且实现消防单位对管理区域的全局监控。并且探测器具备的本地报警也能够及时提示相关人员当前环境中燃气浓度，从而实现了本地、云端的双重监控与保护。


技术实现要素：

10.为了解决现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种基于lora技术的新型燃气火灾探测器。
11.本实用新型是这样实现的，一种基于lora技术的新型燃气火灾探测器，所述基于lora技术的新型燃气火灾探测器包括：底板、lora通信模块和电源转换电路；
12.电源转换电路通过导线连接底板中的电源处理电路1和lora通信模块中的电源处理电路2；电源处理电路1与继电器模块、第一mcu模块、燃气传感器模块电气连接；电源处理电路2与射频通信电路和第二mcu模块电气连接。
13.进一步，所述第一mcu模块与led模块a、蜂鸣器模块、继电器模块、测试按钮模块、接口、燃气传感器模块通信连接。
14.进一步，所述第一mcu模块采用pic16f676单片机，pic16f676单片机中 osc2、rc5和rc3/an7分别与led模块a中led power、led faul和led alarm 对应连接。
15.进一步，所述pic16f676单片机中的osc1与蜂鸣器模块中的buzz1连接， pic16f676单片机中的an5/rc1与继电器模块relay引线连接，pic16f676单片机中的an0/ra0引脚与燃气传感器模块中的det连接，pic16f676单片机中的 an6/rc2与测试按钮模块中的test连接。
16.进一步，所述第二mcu模块与led模块b、信号处理模块、射频通信电路通信连接。
17.进一步，所述第二mcu模块采用asr6505单片机通过p0
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7/gpio4、 p0
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6/gpio3和setb/gpio2引脚分别与led模块b中的led1、led2和led3连接。
18.进一步，所述asr6505单片机通过aux/adc
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ini引脚与信号处理模块中的 tx引脚连接，asr6505单片机通过uart
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rx/uart1
‑
rx和uart
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tx/uart1
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tx引脚分别与射频通信电路中的uart rx和uart tx对应连接。
19.进一步，底板的接口与lora通信模块的信号处理模块通信连接。
20.进一步，第一mcu模块通过三极管控制继电器模块的开关。
21.进一步，led模块b包括绿色灯、黄色灯、红色灯。
22.结合上述的所有技术方案，本实用新型所具备的优点及积极效果为：
23.第一、主权的效果和优点：新型燃气火灾探测器包括无线数据传输、本地报警、分体式设计、一次投入后不需要再额外支付系统运行费用，远程数据上报包括探测器自身状态，火警等；新型探测器采用lora技术配合相关通信设备实现了数据的无线传输，相比于传统探测器采用有线传输数据的方式，在系统建设初期就能节约大量成本，免线的安装方式也更加方便设备的安装与维护；即使是面对设备重新部署等操作也能更加快捷的完成；整个探测器采用a、b模块的设计方式，创新性的将探测和通信分开。在保证完成各种功能的前提下提高了探测器的扩展性(可以根据用户的需求对通信模块进行定制)；基于lora 技术的新型燃气火灾探测器采用lpwan技术中的lora技术进行数据无线传输，用户只需要在系统建设时投入成本后就不需要再投入其他成本，相对于基于nb
‑
iot、gprs的探测器没有后期通信运行费用；新型探测器通过lora技术实现无线数据的可靠性传输，通过相关网络设备能够将探测器的各类数据直接传输到消防云平台，使用人员通过平台就能快捷、直观的看到设备的运行状态、燃气火灾报警等各类信息，相对于传统的消防系统只能在特定地点，通过特定设备查看有限数据的方式具有更加人性化且快捷的用户体验。
24.第二、从权的技术效果和优点：新型探测器具备完善的本地状态提示，并且在发生报警的同时具备声、光两种方式提示本地用户，使得用户能够更加快速的发现燃气泄露，从而避免可能引发的灾害。
附图说明
25.为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1是本实用新型实施例提供的基于lora技术的新型燃气火灾探测器结构示意图；
27.图2是本实用新型实施例提供的电源处理电路2中降压芯片结构示意图；
28.图3是本实用新型实施例提供的第二mcu模块asr6505引脚分布结构示意图；
29.图4是本实用新型实施例提供的电源转换电路结构示意图；
30.图5是本实用新型实施例提供的电源处理电路1结构示意图；
31.图6是本实用新型实施例提供的第一mcu模块结构示意图；
32.图7是本实用新型实施例提供的继电器模块结构示意图；
33.图8是本实用新型实施例提供的燃气传感器模块结构示意图；
34.图9是本实用新型实施例提供的电源处理电路2电路原理图；
35.图10是本实用新型实施例提供的信号处理模块的光耦部分结构示意图；
36.图11是本实用新型实施例提供的第二mcu模块、信号处理模块、射频通信电路连接结构示意图；
37.图12是本实用新型实施例提供的led模块b结构示意图；
38.图13是本实用新型实施例提供的led模块a1电路图；
39.图14是本实用新型实施例提供的蜂鸣器电路图；
40.图15是本实用新型实施例提供的继电器输出电路图；
41.图16是本实用新型实施例提供的电源电路与探测电路连接电路图；
42.图17是本实用新型实施例提供的第一组输出电路图；
43.图18是本实用新型实施例提供的第二组输出电路图；
44.图19是本实用新型实施例提供的功能扩展模块接口电路图；
45.图20是本实用新型实施例提供的设置输入电路图；
46.图21是本实用新型实施例提供的外接回路端子电路图；
47.图22是本实用新型实施例提供的底板pcb设计结构示意图；
48.图23是本实用新型实施例提供的lora通信模块pcb设计结构示意图；
49.图中：1、第一mcu模块；2、led模块a；3、蜂鸣器模块；4、继电器模块；5、电源处理电路1；6、测试按钮模块；7、接口；8、燃气传感器模块；9、第二mcu模块；10、led模块b；11、信号处理模块；12、射频通信电路；13、电源处理电路2；14、电源转换电路；15、底板；16、lora通信模块。
具体实施方式
50.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
51.针对现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种基于lora技术的新型燃气火灾探测器，下面结合附图对本实用新型作详细的描述。
52.如图1所示，基于lora技术的新型燃气火灾探测器包括底板15、lora通信模块16和电源转换电路14；电源转换电路14通过导线连接底板15中的电源处理电路15和lora通信模块16中的电源处理电路213；电源处理电路115与继电器模块4、第一mcu模块1、燃气传感器模块8电气连接；电源处理电路213 与射频通信电路12和第二mcu模块9电气连接。
53.其中，第一mcu模块1采用由microchip(美国微芯)推出的pic16f676，该芯片为一款51单片机，具有处理能力强、价格低、后期开发简单的特点。
54.其中，燃气传感器模块8采用mq
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2型烟雾传感器，mq
‑
2型烟雾传感器属于二氧化锡半导体气敏材料，属于表面离子式n型半导体。具有灵敏度高、响应快、稳定性好、寿命长、驱动电路简单的特点，对天然气、液化石油气等烟雾有很高的灵敏度，尤其对烷类烟雾更为敏感具有良好的抗干扰性，可准确排除有刺激性非可燃性烟雾的干扰信息。
55.其中，电源处理电路115采用芯片ca34063，芯片ca34063本身包含了 dc/dc变换器所需要的主要功能的单片控制电路且价格便宜。它由具有温度自动补偿功能的基准电压发生器、比较器、占空比可控的振荡器，r—s触发器和大电流输出开关电路等组成。该器件可用于升压变换器、降压变换器、反向器的控制核心，由它构成的dc/dc变换器仅用少量的外部元器件。主要应用于以微处理器(mpu)或单片机(mcu)为基础的系统里。在该电路中用于将12v转换为 5v电源。
56.其中，电源处理电路213采用dc
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dc降压芯片mp1470gj
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z，输出电压有 r8和r10两个电阻的阻值决定，计算公式为：计算公式:r8＝r10/(vout/0.8v
‑ꢀ
1)；该电路是将底板提供12v的电源，经dc
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dc降压芯片降压到3.3v，为lora 模块提供稳定的电源；该芯片价格便宜，效率高，性能稳定。
57.其中，第二mcu模块9选用asr6505模块。该模块包含了stm8和sx1262，二者采用spi通信并且内部已经做好。两个芯片所需要的外围电路和射频电路已经调试到最佳，使用时无需关心射频性能。支持at指令集，使用时直接使用 uart串口发送at指令即可。
58.如图1所示，第一mcu模块1与led模块a2、蜂鸣器模块3、继电器模块 4、测试按钮模块6、接口7、燃气传感器模块8通信连接。
59.其中，led模块a2由一个或多个led组成。
60.其中，继电器模块4采用5v驱动的双刀双掷继电器，实现对两个信号输出口的同时控制。
61.其中，第一mcu模块采用pic16f676单片机，pic16f676单片机中osc2、 rc5和rc3/an7分别与led模块a中led power、led faul和led alarm对应连接。
62.pic16f676单片机中的osc1与蜂鸣器模块中的buzz1连接，pic16f676单片机中的an5/rc1与继电器模块relay引线连接，pic16f676单片机中的an0/ra0 引脚与燃气传感器模块中的det连接，pic16f676单片机中的an6/rc2与测试按钮模块中的test连接。
63.如图1所示，第二mcu模块9与led模块b10、信号处理模块11、射频通信电路12通信连接。
64.其中，led模块b10由一个或多个led组成。
65.其中，第二mcu模块采用asr6505单片机通过p0
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7/gpio4、p0
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6/gpio3和 setb/
gpio2引脚分别与led模块b中的led1、led2和led3连接。
66.asr6505单片机通过aux/adc
‑
ini引脚与信号处理模块中的tx引脚连接， asr6505单片机通过uart
‑
rx/uart1
‑
rx和uart
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tx/uart1
‑
tx引脚分别与射频通信电路中的uart rx和uart tx对应连接。
67.如图1所示，底板15的接口7与lora通信模块16的信号处理模块11通信连接。
68.如图7所示，第一mcu模块1通过三极管控制继电器模块4的开关。
69.如图12所示，led模块b10包括绿色灯、黄色灯、红色灯。
70.其中，绿色闪烁表示正常工作；黄色灯常亮表示探测器故障；红色灯常亮表示报警。
71.当探测器正常工作时，通过220v经过探测器电源转换电路为探测器中各个模块提供工作所需要的电能；探测器通过底板15上的燃气传感器模块8实时监测环境中的燃气浓度。监测浓度信息被传感器转换为电信号并实时传递给第一 mcu模块1，第一mcu模块1对接收到的浓度数据信息进行判断(与阈值进行比对，阈值严格按照国标gb15322.2
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2003进行设定)，当浓度在正常范围时，第一mcu模块1控制led模块a2灯亮起正常工作的提示，lora通信模块16周期性上报探测器状态(设备完好等数据以证明探测器处于正常工作模式，该数据简称心跳)；当浓度超过范围时，第一mcu模块1控制led模块a2亮起报警提示，控制蜂鸣器模块进行报警状态下的鸣叫、控制继电器输出报警下的联动控制信息，控制接口输出报警下的电平信息；lora通信模块16通过信号处理模块处理接口传输过来的数据，当为报警数据时，则第二mcu模块9通过射频通信电路立刻发送燃气火灾报警信息。发出后经过相关网络设备的转发，最终消防云平台接收到报警信息，相关部门对相关报警进行处理。
72.此外探测器具备功能测试功能。当需要测试功能时，用户按压底板15上的测试按钮。第一mcu模块1在接收到信号时将做出上述燃气报警时的处理流程，探测器最终也将发出燃气报警信息。通过这种方式，最终验证探测器是否能正常工作。
73.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。