一种网络智能光电感烟火灾探测报警器控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及探测报警器技术和iot技术领域，尤其涉及一种网络智能光电感烟火灾探测报警器控制系统及其控制方法。

背景技术：

火灾一直严重威胁着我们的生命和财产安全，随着社会的不断发展，社会财富日益增多，火灾的危害性也越来越大,普通居民家庭对火灾探测报警器的需求也越来迫切。感烟火灾探测报警器是利用起火时产生的烟雾能够改变光的传播特性这一基本性质而研制成的一种火灾报警器，该种报警器能够快速地响应悬浮在其周围附近大气中的燃烧和热解所产生的烟雾粒子。众所周知，火灾发生的早期能够产生大量的烟雾，而光电感烟火灾探测报警器则可以通过烟雾来更早地探测到火灾的发生。但是现有技术中，传统的报警器由于结构和线路的设计原因，分为集中控制平台总线制和独立式两种，集中控制平台总线制报警动作常采用干簧管输出，对周围环境温度和周围烟雾浓度大小无法做到数字化，智能化，网络化，没法提供具体数据给远程的监管单位和维保单位，在使用过程中常会受到环境空气污浊度和温度的影响，因此不仅灵敏度低，功耗高，布线复杂，现场施工工程大，而且还容易产生误报，给用户带来了极大的不便。独立式报警动作常采用一个蜂鸣片声音输出和一个红色的led闪烁或常亮输出，没法组网，没法给监管单位、维保单位和业主提供便利，如果现场没人时，独立式报警器形同虚设。目前，现有技术中申请号201610477660.8的专利公开了一种基于独立式光电感烟火灾探测报警器，该方案提到了主线路板上设有对红外接收装置反馈的红外光电信号进行内部程序运算处理的主控模块和与外界gsm火灾报警系统进行无线报警通讯的无线通讯模块，但是该方案的无线通讯模块为gsm通讯模块，功耗大，体积大，还需要sim卡，有流量计费大的问题，电池供电压力大等一系列问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的不足，本发明提供一种网络智能光电感烟火灾探测报警器控制系统及其控制方法。

本发明的网络智能光电感烟火灾探测报警器控制系统，包括：探测报警器、无线网关(基站)、业务引擎、云端数据服务器、多种客户端；

所述的探测报警器包括塑料上盖、核心模组、塑料基板、安装板；

所述的核心模组包括中央处理器及均分别与中央处理器相连的烟雾检测系统、声光交互系统、无线模组单元、宽电源处理单元，烟雾检测系统用于检测烟雾浓度并传输至中央处理器，当烟雾浓度超过预设报警阈值时，中央处理器控制声光交互系统发出报警提醒，同时将烟雾浓度、报警状态信息通过无线模组单元发送给无线网关(基站)，无线网关(基站)通过有线或无线连接至业务引擎，业务引擎通过internet公网连接至云端数据服务器进行数据交互，云端数据服务器通过网络与多种客户端分别连接。

上述技术方案中，所述的烟雾检测系统包括光电式迷宫暗室、红外发射单元、红外接收单元、运放放大电路单元；所述的光电式迷宫暗室由迷宫暗室座和迷宫暗室盖组成，二者形成暗室腔体，在暗室腔体内红外发射单元与红外接收单元之间有一个y字挡光板，在暗室腔体周壁上开有进烟通道，从暗室腔体横截面看所述的进烟通道呈v字型，所述的迷宫暗室座和迷宫暗室盖的内壁是黑色亚光材料，内侧表面都铸成锯齿状直线条纹，进一步减少红外光线在内壁上的反射，红外发射单元的发射端与红外接收单元的接收端均位于暗室腔体内，且发射端与接收端不正对，红外接收单元与运放放大电路单元相连，运放放大电路单元与中央处理器相连。

进一步的，所述的探测报警器中核心模组还包括温湿度采集单元，中央处理器根据温湿度采集单元实时采集的温度和湿度数值对烟雾检测系统传出的烟雾浓度进行自补正，再与预设报警阈值比较。

进一步的，所述的无线模组单元包括elte-iot无线模组和天线单元，所述elte-iot无线模组电连接天线单元，所述天线单元通过无线网络连接至无线网关(基站)。所述的无线模组单元也可以包括nb-iot无线模组和天线单元，所述nb-iot无线模组电连接天线单元，所述天线单元通过无线网络连接至无线网关(基站)。

进一步的，所述的无线网关(基站)可以为室内基站或室外基站。

进一步的，所述的宽电源处理单元包括宽范围直流电压输入单元、3.6伏电源、3.3伏数字电源和12伏电源，所述的3.6伏电源连接至无线模组单元的发射电源接口，所述的3.3伏数字电源连接无线模组单元的核心cpu电源接口、烟雾检测系统、声光交互系统中光控单元、中央处理器cpu电源接口，所述的12伏电源连接声光交互系统中声控单元的电源接口,各个单元的供电方式采用分时复用模式，3.6伏电源和12伏电源具有关断输出功能。

进一步的，所述的多种客户端包括用于监管方监控、指挥和管理的远程pc客户端指挥监控平台、用于业主单位用户或维保单位本地监控和管理的本地pc客户端监控平台、或者手机app消息推送平台。

一种网络智能光电感烟火灾探测报警器系统控制方法，采用复合式主从多机通信方式，包括两条数据传输链路，数据由主向从传输，在数据传输链路1中以核心模组为主，所述的云端数据服务器为从，在数据传输链路2中所述的云端数据服务器为主，所述的多种客户端为从；

所述的无线模组向所述的云端数据服务器以ascii码流发送命令指令，从机应答于命令指令，建立数据链路；无线模组依据发送的所述命令指令建立的数据链路，调取所述命令指令的相关实时数据，并通过无线网络发送至云端数据服务器，所述的云端数据服务器接收到的数据通过internet公网实时推送到各客户端。

无线模组发送命令指令和数据指令时，所述的命令指令和数据指令数据包，通过elte无线网络向所述云端数据服务器发送所述数据；或者所述的命令指令和数据指令数据包，通过lte无线网络向所述云端数据服务器发送所述数据。

本发明的有益效果一是：本发明由于采用了独特的v字形进烟通道的光电式迷宫暗室和不同的材料，保证了光电式迷宫暗室周围的任何方位的烟雾能等机会的进入暗室，并且有效的防止了可见光进入暗室对烟雾检测系统的干扰和红外光在内壁的反射干扰，提高了烟雾检测系统的可靠性。

有益效果二是：本发明可以结合温湿度采集单元，中央处理器可以根据温湿度采集单元实时采集的温度和湿度数值对烟雾检测系统检测到的烟雾浓度进行自补正，再与预设报警阈值比较，进一步提高了烟雾检测系统的可靠性。

有益效果三是：本发明由于采用宽范围直流电压输入单元供电，当采用电池供电时，无需变压即满足报警器的供电需求，减少了输入输出压差引起的功耗，又通过对声控单元、光控单元、无线模组、中央处理器和红外光电管分别采取相适应电压的区别供电以及对声控单元、无线模组和红外光电管分时供电，使得网络智能光电感烟火灾探测报警器控制方法及系统的整体功耗较小，在低功耗情况下，实现火灾发生的第一时间发出高分贝的报警声和点亮报警灯，同时将相关实时烟雾浓度数值、温度数值、湿度数值、报警状态数据，并通过无线网络发送至云端数据服务器，所述的云端数据服务器接收到的数据通过internet公网实时推送到所述的远程pc客户端指挥监控平台从1、所述的本地pc客户端监控平台从2、所述的手机app消息推送平台从3，报警迅速，可达到及时提醒人们注意火灾的目的；另外，本发明还通过设计电池保护电路和电压检测电路，提高了网络智能光电感烟火灾探测报警器控制方法及系统的安全级别，确保报警器的长期正常使用。当采用直流稳压电源供电时，尤其在更换老的总线制报警器时，特别方便，节约成本。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图；

图2是本发明中探测报警器的结构示意图；

图3是暗室腔体横截面结构示意图；

图4为本发明核心模组原理图；

图5为本发明烟雾检测系统原理图；

图6为本发明声光交互系统原理图；

图7为本发明无线模组单元原理图；

图8为本发明无线模组单元原理图；

图9为本发明宽范围直流电压输入单元原理图；

图10为本发明数据传输链路1原理图；

图11为本发明数据传输链路2原理图；

图12为本发明工作流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参考图1-12，本发明的网络智能光电感烟火灾探测报警器控制系统，包括：探测报警器、无线网关(基站)5、业务引擎6、云端数据服务器7、多种客户端；

所述的探测报警器包括塑料上盖2、核心模组1、塑料基板3、安装板4；

所述的核心模组1包括中央处理器11及均分别与中央处理器11相连的烟雾检测系统15、声光交互系统16、无线模组单元13、宽电源处理单元14，烟雾检测系统用于检测烟雾浓度并传输至中央处理器11，当烟雾浓度超过预设报警阈值时，中央处理器11控制声光交互系统16发出报警提醒，同时将烟雾浓度、报警状态信息通过无线模组单元13发送给无线网关(基站)5，无线网关(基站)5通过有线或无线连接至业务引擎6，业务引擎6通过internet公网连接至云端数据服务器7进行数据交互，云端数据服务器7通过网络与多种客户端分别连接。所述的多种客户端包括用于监管方监控、指挥和管理的远程pc客户端指挥监控平台8、用于业主单位用户或维保单位本地监控和管理的本地pc客户端监控平台9、或者手机app消息推送平台10。

所述的中央处理器11的控制方式为pwm方式。可以采用低功耗之王铁电技术的中央处理器msp430fr2633。

所述的烟雾检测系统包括光电式迷宫暗室151、红外发射单元152、红外接收单元153、运放放大电路单元154；所述的光电式迷宫暗室151由迷宫暗室座151a和迷宫暗室盖151b组成，二者形成暗室腔体，在暗室腔体周壁上开有进烟通道，从暗室腔体横截面看所述的进烟通道呈v字型，红外发射单元152的发射端与红外接收单元153的接收端均位于暗室腔体内，且发射端与接收端不正对，二者不在同一直线上而是呈一定的角度(通常二者呈145°)，此外，红外发射单元与红外接收单元之间还设有一个y字挡光板，所述的迷宫暗室座和迷宫暗室盖均采用黑色亚光材料，内表面均具有锯齿状直线条纹。红外接收单元153的输出端连接所述运放放大电路单元154的输入端，所述红外接收单元153用于将检测到的烟雾浓度转化成电流信号并输出到运放放大电路单元154；所述运运放放大电路单元154的输出端连接所述中央处理器11，将烟雾浓度的电流信号放大后的输出至中央处理器11处理。

所述的探测报警器中核心模组1还可以包括温湿度采集单元12，中央处理器根据温湿度采集单元12实时采集的温度和湿度数值对烟雾检测系统传出的烟雾浓度进行自补正，再与预设报警阈值比较。自补正可以根据经验公式自动调整补偿矫正系数，也可以采用自学习实现。温湿度采集单元12可以由湿度传感器、温度传感器和转换电路组成(湿度传感器采用湿敏电阻hs1100电容式湿度传感器、温度传感器采用ds18b20、转换电路tlc555)或者直接采用湿度传感器、温度传感器和转换电路组成的模块dht11或sht11。

所述的声光交互系统可以包括声控单元161、光控单元162、按键输入单元163；所述声控单元由高分贝蜂鸣片和蜂鸣片驱动电路电感升压组成，所述声控单元由蜂鸣片驱动电路连接中央处理器的io口，所述光控单元由红色led和黄色led组成，驱动电路直接由中央处理器的io口驱动，所述的按键输入单元直接连接中央处理器的io口；

本发明中宽电源处理单元14可以包括宽范围直流电压输入单元141、3.6伏电源142、3.3伏数字电源143和12伏电源144，所述的3.6伏电源142连接至无线模组单元13的发射电源接口，所述的3.3伏数字电源143连接无线模组单元的核心cpu电源接口、烟雾检测系统15、声光交互系统16中光控单元162、中央处理器cpu电源接口，所述的12伏电源144连接声光交互系统16中声控单元161的电源接口,各个单元的供电方式采用分时复用模式，3.6伏电源142和12伏电源144具有关断输出功能。

所述宽范围直流电压输入单元的电压等级可以包括2v到40v的直流输入。在一些实施例中，所述宽范围直流电压输入单元的电压输入可以是3.6v的锂电池。由于常见的中央处理器11的电源等级为5v或3v，在一些实施例中，进一步优选的，本中央处理器11采用低功耗之王铁电技术的中央处理器msp430fr2633，电源等级为1.8v-3v。为了进一步降低整个系统的功耗，在系统待机状态下，中央处理器msp430fr2633还特别增加了一个可以关断无线模组13和12伏声控电源144的供电系统，在报警状态下时，开启线模组13和12伏声控电源144的供电系统。

所述的无线模组单元13包括elte-iot无线模组131和天线单元132，所述elte-iot无线模组131电连接天线单元132，所述天线单元132通过无线网络连接至无线网关(基站)5。所述的无线模组单元13也可以包括nb-iot无线模组131和天线单元132，所述nb-iot无线模组131电连接天线单元132，所述天线单元132通过无线网络连接至无线网关(基站)5。所述的无线网关(基站)5可以为室内基站或室外基站。

该光电感烟火灾探测报警器系统的控制方法是采用复合式主从多机通信方式，在数据传输链路1中所述的核心模组1为主，所述的云端数据服务器7为从，在数据传输链路2中所述的云端数据服务器7为主，所述的远程pc客户端指挥监控平台8为从1，所述的本地pc客户端监控平台9为从2，所述的手机app消息推送平台10为从3，所述的无线模组13向所述的云端数据服务器7以ascii码流发送命令指令步骤：响应于网络智能消防水压表装置的命令，发送命令指令，从机应答于命令指令，建立数据链路；发送数据指令步骤：依据发送的所述命令指令建立的数据链路，调取所述命令指令的相关实时数据，并通过无线网络发送至云端数据服务器7，所述的云端数据服务器7接收到的数据通过internet公网实时推送到所述的远程pc客户端指挥监控平台8从1、所述的本地pc客户端监控平台9从2、所述的手机app消息推送平台10从3，所述的发送命令指令和数据指令步骤中，所述的命令指令和数据指令数据包，通过elte无线网络向所述云端数据服务器7发送所述数据，所述的发送命令指令和数据指令步骤中，所述的命令指令和数据指令数据包，通过lte无线网络向所述云端数据服务器7发送所述数据，所述核心模组1包括中央处理器11，所述中央处理器11分别电性输入输出连接温湿度采集单元12、无线模组单元13、宽电源处理单元14、烟雾检测系统15和声光交互系统16，所述烟雾检测系统15包括光电式迷宫暗室151、红外发射单元152、红外接收单元153和运放放大电路单元154；红外接收单元153的输出端连接所述运放放大电路单元154的输入端，所述红外接收单元153用于将检测到的烟雾浓度转化成电流信号并输出到运放放大电路单元154；所述运运放放大电路单元154的输出端连接所述中央处理器11，将烟雾浓度的电流信号放大后的输出至中央处理器11处理，所述声光交互系统16包括声控单元161、光控单元162和输入按键单元163；所述声控单元161由所述中央处理器11控制，根据所述烟雾报警信号发出高分贝的报警提醒；所述光控单元162与所述中央处理器11相连接，由所述中央处理器11控制，根据所述烟雾报警信号点亮报警灯；所述输入按键单元163与所述中央处理器11相连接，由所述中央处理器11控制，根据所述烟雾报警状态不同分为报警自检和报警消音两种功能按键输入。

无线模组13发送命令指令和数据指令时，所述的命令指令和数据指令数据包，通过elte无线网络向所述云端数据服务器7发送所述数据；或者所述的命令指令和数据指令数据包，通过lte无线网络向所述云端数据服务器7发送所述数据。

网络智能光电感烟火灾探测报警器控制方法及系统的功耗主要分为待机功耗和报警功耗，报警功耗主要在发生火灾时出现，待机功耗为非报警情况下的功耗，待机功耗为本网络智能光电感烟火灾探测报警器的主要功耗。待机时，网络智能光电感烟火灾探测报警器包括睡眠状态和周期性采样烟雾浓度烟雾采样状态，睡眠时中央处理器msp430fr2633功耗很低只有15na的睡眠电流，烟雾采样时主要功耗是发生在驱动光电传感器22中的发射管，由于第一电源模块31输出4v或5v电压为光电感应器22供电，驱动发射管的功耗较小，仅有现有技术的功耗一半；进一步，又由于低压电池11输出电压与控制器40的电压等级一样，不需要如现有技术一样变压后在供电，减少了变压功耗，使得独立式光电感烟火灾探测报警器的待机功耗较小。

该消防网络智能光电感烟火灾探测报警器的使用方法可以采用如下步骤：

s1：核心模组1自检，采集烟雾浓度、温度、湿度数据，建立自学习模型，无线模组13自检，检测数据传输链路1的无线网络是否畅通，直至无线网络传输通畅为止；

s2：在步骤s1中建立的数据传输链路1畅通的基础上，网络智能光电感烟火灾探测报警器中的无线模组13向云端数据服务器7以ascii码流发送命令指令步骤：响应于网络智能光电感烟火灾探测报警器的命令，发送命令指令，从机云端数据服务器7应答于命令指令，建立数据链路1；

s3：在步骤s2中建立的数据传输链路1上，网络智能光电感烟火灾探测报警器中的无线模组13向云端数据服务器7以ascii码流发送发送数据指令步骤：依据发送的所述命令指令建立的数据链路，调取所述命令指令的相关实时数据，并通过无线网络发送至云端数据服务器7，所述的云端数据服务器7接收到的数据通过internet公网实时推送到所述的远程pc客户端指挥监控平台8从1、所述的本地pc客户端监控平台9从2、所述的手机app消息推送平台10从3，建立数据链路2；

s4：在步骤s3完成后，网络智能光电感烟火灾探测报警器中的核心模组1进入自学习模式；

s5：在步骤s4中自学习模式下对烟雾浓度数值、温度数值、湿度数值数据的突变情况进行监测，若采集的数据在自学习的值域范围内没有突变，则进行下一步骤s6，若采集的数据超出自学习的值域范围达到突变，则进入步骤s3；

s6：网络智能光电感烟火灾探测报警器系统进入睡眠模式，周期到，则进入步骤s3；

本实施例中，无线网关(基站)可以是企业自建或者第三方运营商(如移动、联通或者电信)两种方式。

本实施例中，数据传输链路1可以是非授权频段的无线网络，若采用非授权频段的无线网络，即使用elte-iot无线模组与无线网关(基站)进行数据传输。elte-iot属于非授权频段，工作于公共频段，任何组织只要符合相关标准无需审核即可组建elte无线网关(基站)。数据传输方向是命令指令和数据指令均通过网络智能光电感烟火灾探测报警器中的无线模组13向无线网关(基站)5发送，无线网关(基站)5将相关内容向业务引擎6发送，业务引擎6通过internet公网连接至云端数据服务器7进行数据交互，云端数据服务器7接收到的数据通过internet公网实时推送到远程pc客户端指挥监控平台8从1、本地pc客户端监控平台9从2、手机app消息推送平台10从3。

本实施例中，数据传输链路1可以是授权频段的无线网络，若采用授权频段的无线网络，即使用nb-iot无线模组与无线网关(基站)进行数据传输。该无线网络的无线网关(基站)需要运营商组建。数据传输方向是命令指令和数据指令均通过网络智能光电感烟火灾探测报警器的无线模组13向无线网关(基站)5发送，无线网关(基站)5将相关内容向业务引擎6发送，业务引擎6通过internet公网连接至云端数据服务器7进行数据交互，云端数据服务器7接收到的数据通过internet公网实时推送到远程pc客户端指挥监控平台8从1、本地pc客户端监控平台9从2、手机app消息推送平台10从3。

综上所述，本发明由于采用了独特的v字形进烟通道的光电式迷宫暗室和不同的材料，保证了光电式迷宫暗室周围的任何方位的烟雾能等机会的进入暗室，并且有效的防止了可见光进入暗室对烟雾检测系统的干扰和红外光在内壁的反射干扰，提高了烟雾检测系统的可靠性。本发明由于采用了温湿度采集单元，中央处理器根据温湿度采集单元实时采集的温度和湿度数值对烟雾检测系统检测到的烟雾浓度进行自补正，再与预设报警阈值比较，进一步提高了烟雾检测系统的可靠性。本发明由于采用窄带iot技术、低功耗中央处理器msp430fr2633铁电系列低功耗技术和宽范围直流电源供电系统，在锂电池供电的情况下，无需变压即满足控制器的供电需求，减少了输入输出压差引起的功耗，又通过软件算法对无线模组、声控单元、光控单元和烟雾检测系统分别采取相适应电压的区别供电以及分时供电技术，使得网络智能光电感烟火灾探测报警器控制方法及系统的整体功耗较小，在带无线模组的情况下，把电池使用寿命提高到10年以上，使产品技术水平提高到空前的高度，达到业界最高水平，在低功耗情况下，实现火灾发生的第一时间把烟雾浓度数值、温度数值、湿度数值、报警状态通过所述的无线模组发送给无线网关(基站)，无线网关(基站)另外一端通过有线或无线连接至所述的业务引擎，业务引擎通过internet公网连接至云端数据服务器进行数据交互，云端数据服务器把收到的数据发送给远程pc客户端指挥监控平台、本地pc客户端监控平台、手机app消息推送平台的同时现场发出高分贝的报警声和点亮报警灯，报警迅速，可达到及时提醒人们注意火灾的目的；另外，本发明还通过低功耗中央处理器msp430fr2633的强大ad检测功能设计了电压检测电路，提高了网络智能光电感烟火灾探测报警器控制方法及系统的安全级别，确保报警器的长期正常使用。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，均应包含在本发明的保护范围之内，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。