專利名稱：一種無線節(jié)能復(fù)合型火災(zāi)探測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及無線感溫感煙復(fù)合型火災(zāi)探測器，特別涉及基于節(jié)能設(shè)計的無線感溫感煙復(fù)合型火災(zāi)探測器。
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)探測器極易發(fā)生誤報、漏報現(xiàn)象，復(fù)合型火災(zāi)探測器逐漸成為研究的熱點，并已走入人們的生活之中，比如JTF-G0M-GST601復(fù)合式煙溫探測器。傳統(tǒng)的布線式火災(zāi)探測器極易因線路中斷或其他原因而導(dǎo)致探測器無法使用，嚴重限制了探測器的應(yīng)用場所，因此，無線通信以及探測器自帶電源已成為解決該問題的首選方案。然而，對于ー些特殊場所，更換電池是比較困難的事情，電量消耗完畢意味著探測器將無法工作。因此，需要設(shè)計合理的節(jié)能方案，以延長探測器的使用壽命。德州儀器(Texas Instruments)在其基于低功耗MSP430F2012芯片的光電煙氣探測器設(shè)計中，提出了有效的節(jié)能方案正常工作模式下，探測器每8s對紅外光信號進行檢測，判斷是否有煙氣存在。在非采樣階段，關(guān)閉運算放大器和紅外光電路，微處理器芯片處于待機狀態(tài)。在第一次報警后，采樣間隔變?yōu)?s ;第二報警后采樣間隔變?yōu)镮s ;若探測器連續(xù)三次報警，則發(fā)出報警信號。電源部分采用2節(jié)AAA電池供電，通過計算，在正常工作模式下，其平均消耗電流僅為2. O μ A/s ο專利號為US6084522A的美國專利是基于溫度敏感性的無線感煙探測器。探測器采用光電傳感器探測煙氣信號，熱敏電阻探測溫度信號，報警及狀態(tài)信號通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去。在節(jié)能問題上，裝置設(shè)置定時器，分為休眠階段和工作階段。休眠階段，探測器無任何操作；工作階段，探測器傳感器全部開啟，并將狀態(tài)信號發(fā)送出去。兩個階段的時間間隔為10s。在專利中，作者提到，該時間間隔可以根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)。然而，基于節(jié)能考慮，該時間間隔應(yīng)設(shè)置較大值，而較大的時間間隔極可能導(dǎo)致漏報現(xiàn)象的發(fā)生。以上兩種節(jié)能方案設(shè)計，都是以犧牲探測器的報警響應(yīng)時間為前提，極可能導(dǎo)致延遲報警或漏報現(xiàn)象而造成火災(zāi)救援不及時，導(dǎo)致重大損失。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型目的是提供ー種節(jié)能、高準確度、快速響應(yīng)的無線節(jié)能復(fù)合型火災(zāi)探測器，該探測器即能獨立工作，也能加入到無線網(wǎng)絡(luò)中，通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸火災(zāi)信號。本實用新型提供一種無線節(jié)能復(fù)合型火災(zāi)探測器，包括中心控制模塊、定時器模塊、電源模塊、感溫模塊、感煙模塊、無線傳輸模塊及聲光報警模塊；其特征在干電源模塊與其它各模塊相連；定時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；無線傳輸模塊與中心控制模塊相連；聲光報警模塊與中心控制模塊相連。為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型主要模塊組成如圖I所示，包括中心控制模塊I、定時器模塊2、電源模塊3、感溫模塊4、感煙模塊5、無線傳輸模塊6、聲光報警模塊7。其中，聲光報警模塊包括火災(zāi)報警及低電量報警。本實用新型采用感溫、感煙相結(jié)合的方式提高報警準確度。在無報警狀態(tài)下，由中心控制模塊I控制感溫模塊4和感煙模塊5輪流開啟工作，定時器模塊2負責計時功能。當工作中的探測器模塊(4或者5)探測到火災(zāi)信號吋，中心控制模塊I開啟另一探測模塊(前探測模塊并不關(guān)閉)，若兩探測模塊同時發(fā)出報警信號，則中心控制模塊I控制聲光報警模塊7發(fā)出聲光報警信號，如果探測器連接到無線網(wǎng)絡(luò)上，則通過無線傳輸模塊6將報警信號發(fā)送出去。本實用新型探測報警具體流程如圖2所
/Jn οI)初始化各模塊功能，測試元器件是否存在故障；2)打開無線傳輸模塊6，掃描信道，查找是否有可加入的無線網(wǎng)絡(luò)當檢測到有可以加入的網(wǎng)絡(luò)后，向主機發(fā)送請求信號。加入網(wǎng)絡(luò)后接收主機相應(yīng)指令，如地址分配、坐標確定等信息。通信完畢后，關(guān)閉無線傳輸模塊6，等待下ー個通信周期進行通信；若無可用 網(wǎng)絡(luò)，則探測器進入獨立工作模式，關(guān)閉無線收發(fā)模塊；3)開啟感溫模塊4，同時確保感煙模塊5處于關(guān)閉狀態(tài)若感溫模塊4在工作時間內(nèi)沒有探測到火災(zāi)信號，則在定時器模塊2達到預(yù)定中斷時間后，由中心控制模塊I控制關(guān)閉感溫t旲塊4，開啟感煙t旲塊5 ；4)若感溫模塊4發(fā)出報警信號，則立即開啟感煙模塊5 ;當感煙模塊5探測到火災(zāi)信號，且感溫模塊4已發(fā)出報警信號，經(jīng)中心控制模塊I分析確認后，開啟聲光報警模塊7發(fā)出聲光報警信號。若探測器加入到無線網(wǎng)絡(luò)中，則通過無線傳輸模塊6將報警信息發(fā)送出去；5)若感煙模塊5在工作時間內(nèi)沒有探測到火災(zāi)信號，而此時的感溫模塊4的溫度報警信號并沒有解除，則感煙模塊5持續(xù)工作，直至溫度報警信號解除或探測到煙氣報警信號;6)當感煙模塊5単獨工作時，其探測報警流程與感溫模塊4単獨工作報警流程相同，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是本實用新型各模塊組成框圖；圖2是本實用新型探測報警流程圖；圖中虛線箭頭表示定時器中斷之后，虛線框內(nèi)括號內(nèi)外模塊輪流運行，即執(zhí)行一次括號外的模塊，下次再循環(huán)時變?yōu)閳?zhí)行括號內(nèi)的模塊，輪流循環(huán)；圖3是本實用新型元器件組成示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖3，通過實例對本實用新型作進ー步的說明。實施例I :本實用新型在充分考慮節(jié)能的基礎(chǔ)上設(shè)計電路，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、無線傳輸單元E及報警單元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相當于圖I的中心控制模塊I和定時器模塊2的組合，采用德州儀器(TI)低功耗MSP430F2112芯片，該芯片內(nèi)置計時器及AD轉(zhuǎn)換功能。MSP430F2112芯片充分考慮了節(jié)能設(shè)計，提供5種低功耗工作模式，待機模式功耗僅為O. 7 μ A，從待機模式到喚醒僅需要1μ S。中心控制單元A只有在進行數(shù)據(jù)處理時才處于激活狀態(tài)，其它時間都處于待機模式。中心控制單元A控制感溫単元C和感煙單元D輪流開啟，本實用新型當前設(shè)置時間間隔為10s，該時間間隔可根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)；中心控制單元A負責對感溫單元C及感煙單元D的采集數(shù)據(jù)進行分析，判斷是否有火災(zāi)發(fā)生；中心控制單元A負責設(shè)置無線傳輸單元E，包括傳輸格式及傳輸速率等；中心控制單元A負責驅(qū)動報警単元F。2)電源單元B電源單元B相當于圖I的電源模塊3，包括3. 6V鋰電池、TI bq27200電量檢測芯片及LED指示燈。bq27200檢測到電池電量過低吋，向中心控制單元A發(fā)出報警信號，中心控制單元A驅(qū)動LED指示燈閃爍發(fā)光,提示操作人員及時更換電池。該處LED指示燈應(yīng)與 火災(zāi)報警指示燈加以區(qū)別，本實用新型采用綠色LED燈。若加入無線網(wǎng)絡(luò)，則將低電量報警信號發(fā)送出去。3)感溫單元C感溫單元C相當于圖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，測溫范圍為-40-+125°C，在-25-+85°C范圍內(nèi)，其測溫精度可達O. 5 °C。TMP102芯片內(nèi)置AD轉(zhuǎn)換功能，采集數(shù)據(jù)經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后通過串行總線直接與微處理器進行通信，降低了處理器的負荷。TMP102芯片提供了四種采集速率8HZ、4HZ、1HZ和O. 25Hz，本實用新型在無火災(zāi)報警狀態(tài)下采用IHz采集速率。若探測數(shù)據(jù)超出報警閾值，則將采集速率改為8Hz，對采集結(jié)果取平均值，若達到報警閾值，則感溫探測器發(fā)出報警信號。TMP102芯片大小僅為1. 7X1. 7_，相對于熱敏電阻等感溫傳感器而言，電路將會得到極大的優(yōu)化。用戶也可在探測器上安裝多個TMP102進行溫度測量，以提高測量精度及報警準確度。4)感煙單元D感煙單元D相當于圖I的感煙模塊5，采用散光式光電感煙原理。包括集煙倉、紅外發(fā)光二極管、紅外接收器及TLV2780運算放大器。本實用新型為減少電路復(fù)雜性，采用MSP430F2112芯片內(nèi)置的AD轉(zhuǎn)換功能對感煙単元D采集的信號進行處理。當前設(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)閉和開啟狀態(tài)下的煙氣數(shù)據(jù)，對結(jié)果進行比較。采集紅外發(fā)光二極管關(guān)閉時的數(shù)據(jù)并將紅外發(fā)光二極管開啟時采集的數(shù)據(jù)與其進行差值處理可有效消除環(huán)境的影響；(測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上，即使發(fā)光二極管開啟，接收器也接收不到紅外信號；而當有煙氣存在時，由于煙氣顆粒的散射作用，接收器就會接收到紅外信號。而采集紅外發(fā)光二極管關(guān)閉情況的紅外信號并做差值，主要為了消除環(huán)境光的影響)，該差值超過報警閾值吋，即認為火災(zāi)發(fā)生。詳細過程為在紅外發(fā)光二極管關(guān)閉的情況下，開啟紅外接收器及TLV2780放大器，采集當前紅外光信號并進行AD轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換完成后，開啟紅外發(fā)光二極管，采集當前紅外光信號并進行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對兩次采集的數(shù)據(jù)進行比較。若結(jié)果超過報警閾值，則立即重復(fù)上述操作3次(關(guān)閉、開啟紅外發(fā)光二極管(兩個動作)算是一次操作)，對處理結(jié)果取平均值，若達到報警閾值，則感煙単元D發(fā)出報警信號。5)無線傳輸單元E無線傳輸單元E相當于圖I的無線傳輸模塊6，包括TI CC2520芯片及2. 4GHz天線?？杉尤氲凸腪igbee無線網(wǎng)絡(luò)。本實用新型上電后，掃描信道，捜索可以加入的無線網(wǎng)絡(luò)。若無可加入的網(wǎng)絡(luò)，則關(guān)閉無線傳輸單元E，并間隔I小時掃描信道。若加入無線網(wǎng)絡(luò)，與主機交換信息，如地址信息、坐標信息等，并間隔20s向主機發(fā)送探測器狀態(tài)，確保探測器依然在網(wǎng)絡(luò)中，通信完畢后，關(guān)閉無線傳輸単元E。當探測器探測到火災(zāi)信號時，若之前沒有加入網(wǎng)絡(luò)，則再次掃描可用信道，將報警信號發(fā)送出去；若已加入無線網(wǎng)絡(luò)，則立即開啟無線傳輸單元E，將報警信號發(fā)送出去。當主機確認警報為誤報現(xiàn)象時，可發(fā)送信息，關(guān)閉探測器的報警狀態(tài)。6)報警單元F 報警單元F相當于圖I的聲光報警模塊7，包括蜂鳴器及紅色發(fā)光二極管。報警單元F在無報警狀態(tài)下總處于關(guān)閉狀態(tài)，當中心控制單元A確認有火災(zāi)發(fā)生時，驅(qū)動報警單元F發(fā)出聲光報警信號；當中心控制單元A確認火警解除或接收到主機發(fā)送的誤報信號吋，則關(guān)閉報警單元F。本實用新型以上間隔時間及采集頻率等參數(shù)可根據(jù)實際場景要求進行調(diào)節(jié)。根據(jù)實例I節(jié)能設(shè)計，本實用新型在無報警狀態(tài)下主要元器件的功耗如表I、表2所示。通過計算可知，本實用新型在無報警狀態(tài)下的平均功耗僅為3. 5 μ A/s，報警響應(yīng)時間僅為4s。表I感溫模塊各元件Is內(nèi)功率預(yù)算表
功能名稱持續(xù)時間細)電流(μΑ/s)消耗電流(ηΑ)
MSP430F21121004094 9
上作模式(IMHz 3.6V)
MSP430F2112 待機模式 999,91807700
TMP102 轉(zhuǎn)換狀態(tài)26,00040Tfi40
TMP102 通信狀態(tài)8280636
TMP102 待機模式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1.一種無線節(jié)能復(fù)合型火災(zāi)探測器，包括中心控制模塊、定時器模塊、電源模塊、感溫模塊、感煙模塊、無線傳輸模塊及聲光報警模塊；其特征在于電源模塊與其它各模塊相連；定時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；無線傳輸模塊與中心控制模塊相連；聲光報警模塊與中心控制模塊相連。
2.按權(quán)利要求I所述的無線節(jié)能復(fù)合型火災(zāi)探測器，其特征在干，該無線節(jié)能復(fù)合型火災(zāi)探測器探測器內(nèi)置聲光報警模塊與無線傳輸模塊。
3.按權(quán)利要求I所述的無線節(jié)能復(fù)合型火災(zāi)探測器，其特征在于，采用低功耗感溫芯片TI TMP102探測溫度，該芯片內(nèi)置AD轉(zhuǎn)換及串ロ通信功能。
專利摘要本實用新型涉及一種無線節(jié)能復(fù)合型火災(zāi)探測器。該探測器由中心控制模塊、定時器模塊、電源模塊、感溫模塊、感煙模塊、無線傳輸模塊及聲光報警模塊七大部分組成。本實用新型既可作為獨立式火災(zāi)探測器使用也可以通過無線網(wǎng)絡(luò)組建火災(zāi)探測系統(tǒng)。在考慮復(fù)合型探測器有效提高火災(zāi)報警準確度的基礎(chǔ)上，采用節(jié)能算法和節(jié)能電路設(shè)計以延長探測器的使用壽命。在無火災(zāi)報警狀態(tài)下，感溫模塊和感煙模塊分時開啟工作；當工作的探測模塊探測到火災(zāi)信號時，立即開啟另一探測模塊；若兩種探測模塊同時探測到火災(zāi)信號，則中心控制模塊控制聲光報警模塊發(fā)出報警信號。在聯(lián)網(wǎng)的情況下，將火警信號發(fā)送出去。
文檔編號G08B17/00GK202632460SQ201220113360
公開日2012年12月26日 申請日期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 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)