专利名称：一种无线烟雾探测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无线烟雾探测器，特别是一种基于ZigBee无线 通信技术的烟雾探测器，并可采用双电源进行供电的烟雾探测器，属 于无线通信技术领域。
技术背景人身和财产安全一直是人们对居住环境的一项基本要求，随着科 学技术的发展，给人们生活带来了巨大的方便性和灵活性，人们在要 求居住环境网络化、智能化、人性化的同时，希望科技也能可靠地保 障人身和财产的安全。因此，在智能家居领域中使用烟雾探测器，来对火灾进行及时的 探测并将探测到的信息通过无线网络进行传输，能够很好地实现该项 功能。烟雾探测器成为智能家居系统的重要组成部分，它的可靠工作 和信息的可靠传输是及时探测到火灾信息的重要保证。在当前的家居领域中，用户使用的烟雾探测器仍然是电池供电的 红外光电式烟雾探测器或者离子式烟雾探测器，通过压电式蜂鸣器进 行本地报警。有极少部分的用户使用手机或无线电进行联网报警。然 而，本地报警不能使无人在家的时候发生的火灾得到及时的处理。同 时，如果使用联网报警会使整个设备的功耗非常大，会使电池很快耗 光。火灾也就得不到及时的处理，其损失也就不可避免。(然而，火 灾发生可能严重破坏烟雾传感器的电池供电，导致探测器无法正常工作，同时，若是火灾发生在无人在家的时候，手机或无线电报警根本 就不可能，火灾也就得不到及时的处理，其损失也就不可避免。)因 此，烟雾探测器需要能够保证可靠的供电，并且能将信息以最快的速 度可靠地传递出去，以便消防部门或小区物业监测到该状况进行及时 的处理，将火灾损失减小到最低。在申请号为CN03203787、 CN03203738.2、 CN200510061133.0 和CN200320122049.1专利中提到了以无线电技术为传输媒介的烟雾 探测器技术。CN200320111083.9和CN200610150963.5专利分别提到 了以无线GSM方式传送和基于手机网络的烟雾探测器。上述的烟雾探测器，都没有使用ZigBee无线技术，并且未考虑 火灾发生时设备功耗不同带来的对供电方式的要求。因此，没有解决 火灾信号可靠传输和电池使用寿命的问题。大都没有解决供电中断或 无人报警情况下的信息探测与传输问题。 发明内容本发明的目的在于提供一种无线烟雾探测器，该探测器是一种基 于Zigbee无线技术以及双电源供电技术的无线烟雾探测器，能解决 无人情况下报警信息的传输和电池长寿命要求的问题以及在供电中 断或无人报警情况下的信息探测与传输问题。为达到上述目的，本发明的技术方案是包括探测器硬件和支持 它的软件，其硬件包括无线射频模块、信号处理模块、备用电源检测 模块、电源模式检测模块和电源模块；无线射频模块用于接入ZigBee 网络，完成对控制器的信息汇报；信号处理模块用于处理烟雾信息将其转化为电信号；备用电源检测模块用于检测备用电源的电量；电源 模式检测模块用于检测当前烟雾探测器的供电来源；电源模块将市电 转换为本探测器可用的电源。无线烟雾探测器的软件的作用是无线射频模块完成本探测器与 无线ZigBee网络的信息交互，并保证工作在主电源供电方式时，发 生网络掉线后，重新自动接入网络。本发明的有益效果ZigBee技术是一种新兴的基于 IEEE802. 15. 4的无线通信技术，具有低速率、短距离、低功耗、低 复杂度、网络扩展性好、有众多芯片制造商(如Atmel、 TI、 ST等) 提供基于该技术的芯片，同时ZigBee联盟把家居自动化作为一个重 要的拓展和应用领域，在今后的家居4动化领域中，ZigBee技术将 会越来越显示出强大的生命力，具有显著的经济效益和社会效益。下面结合附图对本发明的一个具体实施方式
进行说明。
图1为本发明的无线烟雾探测器的硬件结构图；图2为本发明的无线烟雾探测器电源模块原理图；图3为本发明无线烟雾探测器的信号处理模块原理图；图4为本发明无线烟雾探测器的备用电源检测模块原理图；图5为本发明无线烟雾探测器的电源模式检测模块原理图；图6为本发明无线烟雾探测器的无线射频模块原理图；图7为本发明无线烟雾探测器的无线射频模块软件流程图；图8为本发明无线烟雾探测器的实施例的软件流程图。
具体实施例方式参照图1 ，这是本发明的无线烟雾探测器的硬件结构图。 如图所示，本发明的硬件包括无线射频模块l、信号处理模块2、 备用电源检测模块3、电源模式检测模块4和电源模块5。无线射频 模块用于接入ZigBee网络，完成对控制器的信息汇报；信号处理模 块用于处理烟雾信息将其转化为电信号；备用电源检测模块用于检测 备用电源的电量；电源模式检测模块用于检测当前烟雾探测器的供电 来源；电源模块将市电和电池转换为本探测器可用的电源。 参照图2，是本发明的无线烟雾探测器的电源模块原理图。 如图所示，本发明的电源模块使用AC-DC转换芯片将市电转换 为DC10V，然后再使用LDO降压芯片将DC10V和电池电源转换为 5V和3.0V 3.3V两种工作电源。参照图3，这是本发明无线烟雾探测器的信号处理模块原理图。 如图所示，本发明的信号处理模块，使用通用的烟雾迷宫采集模 块，信号放大和比较电路。烟雾迷宫采集模块由电容C12，迷宫U6， NPN三极管Q2，场效应管Q3，电阻R9、 R16 R24构成。主电源工 作方式，GPI014从无线射频模块IO口输出控制U6间歇工作；备用 电池工作方式时U6处于连续工作状态。信号放大和比较电路由双运 放U5，电阻R7、 R8、 R14、 R19 R24，电容CU和C13构成同相电 路放大。当供电方式为市电供电时，通过采样的方式进入射频模块； 当供电方式为电池供电时，采用中断触发方式，放大后的信号与3.3V 比较后输出5V电平分压3.33V至射频模块。参照图4，这是本发明无线烟雾探测器的备用电源检测模块原理图。如图所示，本发明的备用电源检测模块，使用两个大阻值的电阻 进行分压，此时备用电池的工作电流仅仅为l.luA，确保电池的使用 寿命。参见图5，这是本发明无线烟雾探测器的电源模式检测模块原理图。如图所示，本发明的电源模式检测模块由一个基本的NPN晶体 管及几个电阻构成，通过中断方式完成当前供电电源检测。参见图6，这是无线烟雾探测器的无线射频模块原理图。如图所示，本发明的无线射频模块核心是Ember公司的一款Soc 芯片，它集成了2.4GHzIEEE 802.15.4的PHY层和MAC层，内部还 集成有Flash、 SRAM、多功能定时器、串行接口、 ADC、通用10等 外设资源。配合一些外围的分立元件，就可以与2.4GHz的ZigBee 网络进行信息交互。参见图7，这是本发明无线烟雾探测器的无线射频模块软件流程图。如图所示，本发明的无线烟雾探测器上电后，首先需要对外围电 路进行初始化，然后进行ZigBee协议栈的初始化工作，当协议栈正 常初始化完成以后，探测器就可以与ZigBee网络进行网络信息的交 换，以确定探测器能否接入已存在的ZigBee网络。无线射频模块的软件主循环处理三项任务复位看门狗、协议栈信号处理、应用程序处理。协议栈信号处理用来处理射频模块从ZigBee网络传递过来的信息以及探测器需要发送出去的信息，信息 的接收和发送过程由ZigBee协议栈来管理。应用程序处理电源供电 方式、设置工作模式、电量信号和外部烟雾信号采集，如果检测到的 信号超过报警限值，将信号发出。无线射频模块的软件功能主要分两部分 一是采集烟雾探测器检 测到的环境烟雾参数，二是与ZigBee网络进行可靠的数据通信。由于本烟雾探测器是安防产品，在硬件设计的时候采用双电源供电，软件中通过实时响应电源转换中断信号以判断电源模式。在交流 电供电模式中，通过周期性采样烟雾探测器的模拟信号，来判断环境 烟雾是否超过安全阈值， 一旦超过，立即通过ZigBee网络向主控制 器报警。在电池供电模式中，考虑到探测器的节电需求，大部分情况 下，无线射频模块属于休眠状态，这时，当烟雾探测器检测到环境烟 雾超过安全阈值时，给无线射频模块发送一个报警中断信号，无线射 频模块接收到中断报警后，立即从休眠状态转换的正常工作状态，并 发送报警信号。参见图8，这是本发明无线烟雾探测器的实施例的软件流程图。 如图所示，本发明的系统上电后，首先设备初始化，包括外围硬 件设备初始化，以及网络参数初始化；然后，加入ZigBee网络；最 后进入事件循环，在循环当中处理烟雾报警信号以及网络报文的传 送。ZigBee报文处理调用协议栈API函数，应用层报文数据结构自 己定义，并添加了CRC冗余校验，以提高报文传送的可靠性。虽然本发明已参照上述的实施例来描述，但是本技术领域中的 普通技术人员，应当认识到以上的实施例仅是用来说明本发朋，应理 解其中可作各种变化和修改而在广义上没有脱离本发明，所以并非作 为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述的 实施例的变化、变形都将落入本发明权利要求的保护范围。
权利要求
1、一种无线烟雾探测器，用于居家环境烟雾信息探测与传输，其特征在于其无线烟雾探测器包括无线射频模块(1)、信号处理模块(2)、备用电源检测模块(3)、电源模式检测模块(4)和电源模块(5)；无线射频模块用于接入ZigBee网络，完成对控制器的信息汇报；信号处理模块用于处理烟雾信息将其转化为电信号；备用电源检测模块用于检测备用电源的电量；电源模式检测模块用于检测当前烟雾探测器的供电来源；电源模块将市电和电池转换为本探测器可用的电源。
2、 根据权利要求1所述的无线烟雾探测器，其特征在于所述的电源，采用市电主电源和备用电池电源轮换共同工作的供电方式，电源模块使用AC-DC转换芯片将市电转换为DC10V，再使用LDO降压芯片将DC10V和电池电源转换为5V和3.0V-3.3V两种工作电源。
3、 根据权利要求1所述的无线烟雾探测器，其特征在于所述的信号处理模块，采用采样方式进入无线射频模块，当主电源无法工作时，自动转换到备用电源工作模式，信号处理模块采用电平触发方式进入无线射频模块。
4、 根据权利要求1或2所述的无线烟雾探测器，其特征在于所述的电源，其中备用电源检测模块，使用两个大阻值的电阻进行分压，减少备用电池的工作电流，确保电池的使用寿命。
5、 根据权利要求1所述的无线烟雾探测器，其特征在于所述的无线射频模块，其核心是一款Soc芯片，它集成了 2.4GHz IEEE802.15.4的PHY层和MAC层，内部还集成有Flash、 SRAM、多功能定时器、串行接口、 ADC、通用IO等外设资源，配合一些外围的分立元件，就可以与2.4GHz的ZigBee网络进行信息交互。
6、 根据权利要求1或5所述的无线烟雾探测器，其特征在于所述的无线射频模块，实现软件功能的步骤为探测器上电后，首先对外围电路进行初始化，然后进行ZigBee协议栈的初始化工作，当协议栈正常初始化完成以后，无线射频模块的软件主循环处理三项任务复位看门狗、协议栈信号处理、应用程序处理。
7、 根据权利要求1所述的无线烟雾探测器，其特征在于所述的无线烟雾探测器的软件流程，其步骤是系统上电后，首先设备初始化，包括外围硬件设备初始化，以及网络参数初始化；然后，加入ZigBee网络；最后进入事件循环，在循环当中处理烟雾报警信号以及网络报文的传送，ZigBee报文处理调用协议栈API函数，应用层报文数据结构自己定义，并添加了CRC冗余校验，以提高报文传送的可靠性。
全文摘要
本发明涉及一种基于ZigBee无线通信技术的无线烟雾探测器，采用双电源进行供电。包括无线射频模块、信号处理模块、备用电源检测模块、电源模式检测模块和电源模块。无线射频模块用于接入ZigBee网络，完成对控制器的信息汇报；信号处理模块用于处理烟雾信息将其转化为电信号；备用电源检测模块用于检测备用电源的电量；电源模式检测模块用于检测当前烟雾探测器的供电来源；电源模块将市电转换为本探测器可用的电源。软件上由无线射频模块完成本探测器与无线ZigBee网络的信息交互。具有低速率、短距离、低功耗、低复杂度、网络扩展性好，把家居自动化作为一个重要的拓展和应用领域，ZigBee技术将会越来越显示出强大的生命力，具有显著的经济效益和社会效益。
文档编号H02J7/02GK101604472SQ20091005454
公开日2009年12月16日 申请日期2009年7月9日 优先权日2009年7月9日
发明者李晓祥, 王坚锋, 蒋宏杰 申请人:上海电器科学研究所(集团)有限公司