具有无线通信和位置跟踪功能的火灾检测系统 【技术领域】
本发明涉及一种检测火灾的装置，更具体地，涉及一种具有无线通信和位置跟 踪功能的火灾检测系统 (fire sensing system)。背景技术
通常，在诸如地铁站、百货商场、公寓大楼、公共设施等拥挤地点发生电力突 然中断或者火灾的情况下，由于复杂的建筑布局，在相应建筑中的人很难找到消防出 口，因此火灾事故常常会夺去很多人的生命。 特别地，在公寓大楼中发生火灾或气体泄 漏的情况下，由于火灾点附近的诸如隔音墙等语音传递障碍 (voice deliveryhindrance) 导 致很难有效地向邻居通知火灾。 因此，引起了由于没有及时应对火灾而造成的意外损 失。
为解决这些问题，本申请的一个申请人已经根据相关技术 [ 于 2001 年 7 月 27 日 提交的第 0440565 号韩国专利申请 ] 提出了一种警报系统 (alarm system)。 根据相关技术 的警报系统，对手持应急灯 (portable emergency lamp) 设置了温度传感器、光照强度传感 器和烟雾检测传感器以检测火灾。 在发生火灾的情况下，诸如闪光灯 (strobe light) 的报 警灯设备被激活以使得逃生者在逃离火灾过程中迅速获知手持应急灯的位置。
然而，相关技术的系统的应用局限性在于 ：仅在设置的用来检测火灾发生的传 感器的范围内才可以保证该系统的有效操作。 因此，相关技术的系统不可能做出适当的 反应来应对发生在远离该系统安装点的地点处的火灾 ( 气体泄漏 )。 在室内气体泄漏的情 况下，该相关的系统不能识别气体泄漏。
在根据另一相关技术的第 0642122 号韩国专利申请 ( 于 2006 年 6 月 23 日提交 ) 中，已经提出一种室内网络灯控制器 (homenetwork lamp controller)。 该室内网络灯控制 器包括火灾检测装置，该检测装置通过以向室内和室外设施通知发生了火灾的方式来扑 灭早期的火灾从而保护生命和财产免于火灾。 设置在室内网络灯控制器中的火灾检测装 置由以下部件组成 ：提供电源的供电单元 ；控制灯开 / 关的灯控制单元 ；监测室内是否 发生火灾的火灾检测单元，该火灾检测单元测量室内温度 ；警报装置，如果火灾检测单 元检测到室内发生火灾，该警报装置就发出警报声 ；Zigbee 通信模块，从远程控制器接 收无线控制信号并同时和安装在每个房间内的室内管理器 (home manager) 以及另一个灯 控制器来进行无线通信，该无线通信包括火灾发生信号的传输和接收 ；以及微处理器， 该微处理器控制灯控制单元、供电单元、火灾检测单元、警报装置和 Zigbee 通信模块的 操作。 发明内容 然而，由于根据另一相关技术的室内网络灯控制器没有设置辅助供电装置 ( 该 辅助供电装置在由于火灾导致电力中断而引起电源连接被切断的情况下使用 )，因此，很 难驱动控制灯控制单元、供电单元、火灾检测单元、警报设备和 Zigbee 通信模块的操作
的微处理器。 因此，整个系统不能正常工作。
此外，上述相关技术系统的应用局限性在于 ：仅在设置的用来检测火灾发生开 始的传感器的范围内才可以保证有效的操作。 并不适合发生在距离警报设备的安装点一 定预定距离的火灾。 即便火灾开始地点位于警报设备的安装点的附近，当火灾发生在用 钢筋混凝土、钢和 / 或玻璃建造的建筑中时，方法用于有效地为结构提供危险情况。 特 别地，在这样的火灾发生在玻璃建筑内 ( 例如灾难性的大丘地铁火灾 ) 的情况下，上述相 关技术系统尚未提供通过无损伤地安全打破玻璃来逃离玻璃建筑的工具。
因此，本发明针对具有无线通信号和位置跟踪功能的火灾检测系统，该系统基 本上避免了由于相关技术的局限和缺点导致的一个或多个问题。
本发明的一个目的在于提供一种具有无线通信号和位置跟踪功能的火灾检测系 统，利用该系统可以使用无线通信来检测火灾、气体泄露等。
本发明的另一目的在提供一种具有无线通信号和位置跟踪功能的火灾检测系 统，该系统可以通过语音和警报声通告火灾情况的方式帮助快速查看安全性并迅速疏 散，并且使得使用者能够快速准确地拿到手持应急灯。
本发明的另一目的在于提供一种具有无线通信号和位置跟踪功能的火灾检测系 统，该系统使得能够通过打破诸如玻璃墙 ( 或玻璃窗 ) 的障碍的方式来实现安全疏散。 本发明的另一目的在于提供一种具有无线通信号和位置跟踪功能的火灾检测系 统，通过将位置跟踪功能载入到手持应急灯的方式，该系统可以快速定位事故逃生者的 位置。
本发明的其他特征和优点将在下文中阐述，一部分在说明书中是显而易见的， 或者可以从本发明的实践中获得。 通过所写的说明书及其权利要求以及附图中特别指出 的结构，可以实现和获知本发明的这些目的和其他优点。
为了实现这些和其他优点以及根据本发明的目的，如在本文中所体现和概括描 述的，根据本发明的具有无线通信号和位置跟踪功能的火灾检测系统包括多个火灾检测 无线通信模块，它们设置在建筑群的多个房间内，每个火灾检测无线通信模块检测火灾 或气体泄漏的发生，每个火灾检测无线通信模块在火灾或气体泄漏发生的情况下发出警 报声，每个火灾检测无线通信模块通过无线电与相邻的火灾检测无线通信模块进行传输 / 接收关于火灾或气体泄漏发生的信息 ；以及多个手持照明灯组件部分，设置在建筑群的 每个楼层的应急出口、灭火器或室内消防栓的附近，如果检测到火灾或气体泄露或从多 个火灾检测无线通信模块接收到火灾或气体泄露信息，每个手持照明灯组件部分发出警 报声，每个手持照明灯组件部分告知逃生者手持照明灯的安装位置，每个手持照明灯组 件部分通过无线电与设置在更高和更低楼层或控制室的其他手持照明灯进行传输 / 接收 关于火灾或气体泄漏发生的信息。
优选地，火灾传感系统进一步包括 ：控制室 PC，与相邻的多个手持照明灯组件 部分的一个进行无线通信，该控制室 PC 经由多个火灾检测无线通信模块和多个手持照明 灯组件部分接收火灾发生信息并识别初始火灾开始点。
优选地，多个火灾检测无线通信模块的每一个包括 ：第一供电单元，通过整流 和平滑标准电源向每个部分提供 DC 电源，该第一供电单元在电力中断的情况下切换到电 池电源以向每个部分供电 ；第一无线通信单元，通过无线电与相邻的火灾检测无线通信
模块或相邻的手持照明灯组件部分进行传输 / 接收火灾或气体泄漏发生信息 ；室内火灾 检测传感器单元，检测室内火灾或气体泄漏的发生 ；第一语音警报单元，发出火灾或气 体泄漏发生的警报声 ；以及第一微控制器单元，如果室内火灾检测传感器单元检测到火 灾或气体泄漏或者经由第一无线通信单元从相邻的火灾检测无线通信模块或相邻的手持 照明灯组件部分接收到火灾或气体泄漏发生信息，则控制第一语音警报单元以发出警报 声，并控制火灾发生信息以将其经由第一无线通信单元传输到另一相邻的火灾检测无线 通信模块或手持照明灯组件部分。
更优选地，火灾检测系统进一步包括 ：门锁开 / 关单元，配置为在火灾或气体 泄漏发生的情况下由第一微控制器单元的控制信号自动解锁数字门锁。
更优选地，第一无线通信单元具有唯一的 ID。 如果从相应的火灾检测无线通信 模块的火灾检测传感器单元检测到火灾发生，则第一无线通信单元以在通信包的头部携 带第一无线通信单元的 ID 的方式将火灾或气体泄漏发生信息传输到相邻的火灾检测无线 通信模块或手持照明灯组件部分。 如果从火灾检测无线通信模块或手持照明灯组件部分 接收到火灾或气体泄漏发生信息，则第一无线通信单元以在通信包的头部携带已经接收 到火灾或气体泄漏发生信息的火灾检测无线通信模块的第一无线通信单元的 ID 或者手持 照明灯组件部分的第二无线通信单元的 ID 的方式将火灾或气体泄漏发生信息传输到另一 相邻的火灾检测无线通信模块或手持照明灯组件部分。 优选地，多个手持照明灯组件部分的每一个包括 ：第二供电单元，通过整流和 平滑标准电源向每个部分提供 DC 电源，第二供电单元在电力中断的情况下切换到电池电 源以向每个部分供电 ；第二无线通信单元，通过无线电和相邻的火灾检测无线通信模块 或相邻的手持照明灯组件部分进行传输 / 接收火灾或气体泄漏发生信息 ；室外火灾检测 传感器单元，设置在公共走廊或通道，用于检测室外火灾或气体泄漏的发生 ；第二语音 警报单元，发出火灾或气体泄漏发生的警报声 ；手持应急照明灯，如果脱离固定状态或 开关导通则手持应急照明灯被开启 ；定位通知单元，指示手持应急照明灯的安装位置 ； 以及第二微控制器单元，如果室外火灾检测传感器单元检测到火灾或气体泄漏或者经由 第二无线通信单元从相邻的火灾检测无线通信模块或相邻的手持照明灯组件部分接收到 火灾或气体泄漏发生，则控制第二语音警报单元以发出警报声，控制定位通知单元以指 示手持应急照明灯的安装位置，并控制火灾发生信息经由第二无线通信单元传输到另一 相邻的火灾检测无线通信模块或手持照明灯组件部分。
优选地，火灾检测系统进一步包括刀具和 / 或锤头，用于在玻璃建筑中发生火 灾的情况下与手持应急照明灯一起通过打破玻璃或者通过切断材料来方便疏散。
更优选地，火灾检测系统除了使用因特网或调制解调器的第二无线通信单元之 外，进一步包括有线 / 无线通信单元，配置该有线 / 无线通信单元以在安装在更高和更低 楼层上的手持照明灯组件部分之间进行通信。
更优选地，第二无线通信单元具有唯一的 ID。 如果从相应的手持照明灯组件部 分的火灾检测传感器单元检测到火灾发生，则第二无线通信单元以在通信包的头部携带 第二无线通信单元的 ID 的方式将火灾或气体泄漏发生信息传输到相邻的火灾检测无线通 信模块或手持照明灯组件部分。 如果从火灾检测无线通信模块或手持照明灯组件部分接 收到火灾或气体泄漏发生信息，则第二无线通信单元以在通信包的头部携带已经接收到
火灾或气体泄漏发生信息的火灾检测无线通信模块的第一无线通信单元的 ID 或者手持照 明灯组件部分的第二无线通信单元的 ID 的方式将火灾或气体泄漏发生信息传输到其他相 邻的火灾检测无线通信模块或手持照明灯组件部分。
更优选地，手持应急照明灯包括 ：定位发射器，如果手持应急照明灯脱离固定 状态或者通过开关导通被开启，则发出用来告知手持应急照明灯位置的信号。
可以理解的是，本发明的上述总体描述和以下的具体描述都是示例性的和说明 性的，并且旨在提供对所要求的本发明的进一步解释。
因此，本发明提供了以下效果或优点。
首先，通过 Zigbee 通信告知靠近火灾开始地点或距离火灾开始地点一定距离 的人发生了火灾，其中， Zigbee 通信能够通过无线通信在 10 ～ 75m 的传输范围内以 250Kbps 传送数据。 同时，以指示使用闪烁的闪光灯和多个具有高亮度和强直光的 LED 的手持应急照明灯的位置的形式，来告知火灾周围的逃生的人手持应急照明灯的位置。 如果人们由于火灾的黑暗和烟雾导致缺乏视野保证 (viewsecurity) 而很难找到疏散出口， 则手持应急灯通过告知手持应急灯的位置来帮助他们逃离火灾。 因此，本发明能够减少 死亡人数。 第二，尽管在不同楼层之间 Zigbee 通信是很难的，但是可以使用独立的因特网 或调制解调器来进行通信。 因此，本发明减小了无线通信障碍。
第三，由于手持应急灯设置有定位发射器，如果正在撤离的人使用手持应急灯 等待救援，则定位发射器会自动发出定位信号。 因此，消防员或救援单位能够通过获得 该人的位置而快速营救该人。 即使发生了倒塌事故，仍能够快速精确地获得埋陷的位置 以能够快速救援。
第四，控制中心能够精确识别初始火灾开始地点。
附图说明 附图被包括用来提供对本发明的进一步理解，并结合于此而构成本申请的一部 分。 本发明的示例性实施例连同描述都用来解释本发明的原理。 在附图中 ：
图 1 是根据本发明的具有无线通信和位置跟踪功能的火灾检测系统的框图 ；
图 2 是包含在根据本发明的具有无线通信和位置跟踪功能的火灾检测系统中的 火灾或气体泄露检测 ( 在下文中被称为 “火灾检测” ) 无线通信模块的框图 ；
图 3 是包含在根据本发明的具有无线通信和位置跟踪功能的火灾检测系统中的 手提灯装置部分 (portable lamp set part) 的框图 ；
图 4 是包含在根据本发明的具有无线通信和位置跟踪功能的火灾检测系统中的 供电单元的详细的电路图 ；
图 5 是根据本发明的一个实施例的具有无线通信和位置跟踪功能的火灾检测系 统在正常状态中的操作过程的布图 ；
图 6 是根据本发明的一个实施例的具有无线通信和位置跟踪功能的火灾检测系 统在火灾情况下的操作过程布图。
具体实施方式
现在将详细地参照根据本发明优选实施例的具有无线通信和位置跟踪功能的火 灾检测系统，附图中示出了多个示例性实例。
图 1 是根据本发明的具有无线通信和位置跟踪功能的火灾检测系统的框图，图 2 是包含在根据本发明的具有无线通信和位置跟踪功能的火灾检测系统中的火灾检测无线 通信模块的框图，图 3 是包含在根据本发明的具有无线通信和位置跟踪功能的火灾检测 系统中的手提灯装置部分的框图，以及图 4 是包含在根据本发明的具有无线通信和位置 跟踪功能的火灾检测系统中的供电单元的详细的电路图。
参照图 1，根据本发明的具有无线通信和位置跟踪功能的火灾检测系统主要包 括 ：火灾检测无线通信模块 100，安装在建筑群 ( 例如办公大楼、公寓大楼等 ) 的每个房 间的天花板或墙上 ；手持灯装置部分 200，安装在建筑群的每层的出口、灭火器或室内 消防栓附近 ；控制室 PC(control room PC)300，与手持灯装置部分 200 进行无线通信，该 控制室 PC 300 通过火灾检测无线通信模块 100 和手持灯装置部分 200 接收火灾发生信息 并识别初始起火点。
在这种情况下，建筑群 (building complex) 包括酒店、旅店、汽车旅馆、普通住 宿场所、普通餐厅、休息处、饮食店、视频聊天室、录像放映室、游戏场所、卡拉 OK 厅、产后护理房、酒馆、酒吧、多媒体文化场所 (multimedia culture contents facilities)(PC 室 )、电话厅、卧室、夜总会、可乐工厂 (cola tech)、书房、剧院、小型电影院、复杂 配电 (complex distribution)、教育机构、公共浴室、面包店、健身俱乐部、健身房、台球 室、茶馆 ( 蛋糕房 )、咖啡厅、美容店、证券交易所、博物馆、美术馆、图书馆、画廊、 青年文化中心、机场、客运站、港口、停车场、博览会、展览会、折扣店、劳动密集型 工厂、职工宿舍 ( 集体宿舍 )、大型活动场所、大学 ( 包括大专 )、小学、中学、高中、 幼儿园、敬老院、孤儿院、百货商场、专业机构 (professional)、折扣超市、大型购物中 心、大型超市、室内市场、桑拿 ( 蒸汽房 )、浴室、足底按摩、盲人按摩店、其他公共 娱乐场所、地铁站、地下商场、公共场所、公寓楼、电话局 (office-tel)、连排房、多间 房、单个房间、用于残疾人的场所、用于老人或体弱人群的场所、在职培训机构、其他 多用途设施、客厅、厨房、卫生间、所有具有车厢和地板的长期使用的运输工具 ( 如地 铁列车、特快列车、地铁、轮船 ( 客船 ) 等 ) 等。
参照图 2，火灾检测无线通信模块 100 包括设置在 PCB 上的第一供电单元 110、 第一无线通信单元 120、室内第一火灾检测传感器单元 130、第一微控制器单元 140、第 一语音警报单元 150 和门锁开启 / 关闭装置 160。
第一供电单元 110 向每个单元提供电源。 如图 4 中所示的第一供电单元包括 ： 恒压电路单元，通过变换、整流和平滑标准电源 (normal power)(AC 220 伏 ) 向每个单元 提供驱动电压 (DC 5 ～ 10 伏 ) ；继电器单元，在电力中断的情况下，从标准电源自动切 换到内置的电池。
具体地，如图 4 中所示的恒压电路单元包括 ：变压器 T1，用于变换标准电源 ； 电桥二极管 DB101，用于整流由变压器 T1 变换的电压 ；电容器 C1 和 C2，用于平滑整流 电压以将 DC 电压输出到每个单元 ；以及稳压器 U1。
继电器单元包括 ：开关器件 Q1，通过分压电阻 R1 和 R2 导通 / 截止来接收在电力中断情况下的电压 Po_AD 从而检测电力中断 ；继电器 RELAY SPDT(K1)，用于将向每 个单元供电的电源端 PIC_Vcc 连接到从恒压电路单元输出的恒压 Vcc 或电池的输出端。
具体地，继电器 RELAY SPDT K1 通常将每个单元的电源端 PIC_Vcc 和恒压电路 单元的输出端 Vcc 连接到一起。 在电力中断的情况下，继电器 RELAY SPDT K1 将每个 单元的电源端 PIC_Vcc 和电池 BATTERY 的输出端连接到一起。 因此，尽管电力中断， 仍由驱动电源为火灾检测通信模块 100 供电。
第一无线通信单元 120 由供电单元 110 供电，并且然后通过与安装在每个楼层的 紧急出口、灭火器或室内消防栓附近的手持灯装置部分 200 以及设置在相邻办公室或另 一公寓房间的火灾检测无线通信模块 100 进行 Zigbee 通信来发送或接收火灾检测数据。
具体地，根据本发明的第一无线通信单元 120 被连接到第一微控制器单元 140 的 输入端。 如果连接到其中的室内火灾 ( 气体泄露 ) 检测单元 130 检测到火灾或气体泄露， 则第一无线通信单元 120 通过在第一微控制器单元 140 控制下的无线电将火灾检测信号发 送到手持灯装置部分 200 或设置在相邻办公室或另一公寓房间的火灾检测无线通信模块 100。 可选地，第一无线通信单元 120 从安装在相邻办公室或公寓大楼房间内的火灾检测 无线通信模块 100 接收火灾或气体泄露检测信号，然后将所接收的信号输入到第一微控 制器单元 140 以发出警报声或打开门锁。 第一无线通信单元 120 包括单芯片 ZigBee 通信模块或 B-CDMA( 二进制 CDMA) 调制解调器。
根据本发明的 ZigBee 通信模块是具有低功耗、低价格和便利性的短距离无线 传感器网络的代表技术之一。 ZigBee 通信模块对应于用基于 IEEE 802.15.4 标准的 PHY 和 MAC 层的上层协议来将应用标准化的技术。 ZigBee 通信模块的特点在于 ：能够使用 普通电池持续超过一年的时间 ；在 2.4GHz 波段上具有最高 250Kbps 的数据传输率 (data rate)，具有 10 ～ 75m 和 75m/1mW(0dBm) 或更少以及 30mA TX 的范围的传输距离 ；在 2.4GHz 硬件条件下在 30m/ 室内或超过 100m/ 室外范围内有效 ；能够使得最多 65,536 个 节点连接到网络 ；以及支持星形、簇树 (cluster tree) 和网孔网络。
此外，第一无线通信单元 120 可以包括 B-CDMA( 二进制 CDMA) 调制解调器。
用于本发明的 B-CDMA( 二进制 CDMA) 调制解调器是火灾检测系统的外部输 入 / 输出器件，并通过多重编码 (multiple codes) 来保持外部 A/V 信号的包络不变。 在 由传输单元 (transmitting unit) 切断有限值以保持外部 A/V 信号的包络不变的过程中，产 生了噪声。 噪声的最小化显著影响性能的提高。 此外，当传输外部 A/V 信号时，白噪 声 (white noise) 引起了芯片误差 (chip error)。
在 精 确 分 析 这 些 噪 声 的 过 程 中， 在 许 多 编 码 情 况 下， 由 于 多 重 编 码 信 号 (multi-code signal) 的分布遵循高斯分布，因此通过高斯近似就可以发现由切断 (cutting) 产生的噪声。
此外，如果高斯的展开系数 (spreading factor) 较大并且编码的自相关特性较好， 则由 PSK 调制芯片的误差而产生的噪声可以由展开后的高斯来近似。 通过上述两种近 似，可以在理论上分析 B-CDMA 的性能。
用 作 第 一 无 线 通 信 单 元 120 的 B-CDMA 以 选 择 PW-CDMA、 MP-CDMA 和 CS-CDMA 中的一个的方式来构造，其中， PW-CDMA 用来将切断信号 (cut signal) 的大
小转换为信号的宽度， MP-CDMA 用来转换信号的相位 (phase)，而 CS-CDMA 用来通 过选择一个编码作为一个传送位 (transport bit) 经由 MP 调制来传输信号。 根据本发明的 B-CDMA 包括用于将信号转换为外部 A/V 信号的相位的 MP-CDMA 系统。
具体地，使用多重编码合成的信号具有大的 PAR( 峰值与平均功率的比值 )，并 且如果编码的数量增加，则变得更为严重。 在这种情况下，根据本发明的 MP-CDMA 将 信号切断为有限数字的值，然后在其上执行 PSK 调制。 由于 PSK 调制的信号只是在相位 上不同，因此包络不变。 接收部分检测 PSK 调制芯片，将信号的相位反向转换为外部信 号的大小，然后检测通过与编码正相关来传输的位。
通过使由多重编码而产生的外部 A/V 信号的包络在整个该过程中保持一致，将 外部 A/V 信号的包络传递到内部控制装置 (internal control means) 和语音警报单元。
B-CDMA( 二进制 CDMA) 调制解调器分为慢 B-CDMA 和快 B-CDMA。
在慢 B-CDMA 中，网络包括点对点、一点对多点和广播。 慢 B-CDMA 的特征 如下。 首先，最大 16 个链接引入了邻近相互干扰。 数据传输率 (data rate) 在 TDMS 模式 下变为 800Kbps 或者在 CDMA 模式下变为 270Kbps。 使用的频率为 2,402 ～ 2,480MHz。 最大输出为 20dbm。 输出控制为 4dB 8 步。 低功率操作为 208 ～ 3.3V。 接收灵敏度 (reception sensitivity) 典型地为 -85dBm。 快 B-CDMA 的特征如下。 首先，数据传输率为 6Mbps/12Mbps。 如果带宽为 (7MHz/14MHz)，则信道配置变为 10/5。 使用的频率为 2.4000GHz ～ 2.4835GHz ISM 带 宽。 快 B-CDMA 在整个 B-CDMA 调制中具有高的频谱效率。 快 B-CDMA 使用 CDMA 特性有力对抗干扰。通过使用非线性放大器，快 B-CDMA 具有更低的功耗。快 B-CDMA 能够维持对应于无线 LAN 的数据传输率的数据传输率。
在室内天花板或墙壁上安装室内火灾检测传感器单元 130，该传感器单元包括温 度传感器、光照强度传感器、烟雾检测传感器、气体检测传感器等。 室内火灾检测传感 器单元 130 检测火灾或气体泄露，然后将所检测的信息发送到第一微控制器单元 140。
温度传感器在发生火灾情况下测量房间温度，然后将测量值发送到第一微控制 器单元 140。 温度传感器使用热敏电阻和 IC 温度传感器。 温度传感器的温度测量范围 是 -50℃～ 500℃。
在发生火灾的情况下，如果房间由于烟雾而变暗，则光照强度传感器能够使得 室内日光灯或其它灯以指定的目标光照强度自动闪烁。 光照强度传感器使用 CdS 器件。 使用的电压的额定电压为 100 ～ 240V AC。 输出额定值为 240V/15A AC。 开 / 关光照强 度控制范围大约为 10 ～ 2,000Lux。
烟雾检测传感器检测在火灾早期产生的烟雾，然后将所检测的信号发送到第一 微控制器单元 140。 烟雾检测传感器具有 15 ～ 35V 的驱动电压、0.2mA 的驱动电流和范 围为 0.3 ～ 5％ / 英尺的灵敏度密度 (sensitivity density)。
气体检测传感器检测在正常情况或发生火灾的情况下的气体泄露的存在或不存 在，然后将所检测的信号发送到第一微控制器单元 140。气体检测传感器使用涂敷有用来 捕获特定气体的粒子的半导体或者使用在捕获特定气体粒子的情况下受固有振动影响的 振荡器类型。
第一语音警报单元 150 根据第一微控制器单元的控制信号发出火灾或气体泄露
警报声，该第一语音警报单元 150 包括扬声器或蜂鸣器。
在办公大楼或公寓大楼房间发生火灾或气体泄露的情况下，门锁开 / 关单元 160 根据第一微控制器单元的控制信号发送开信号以使得安装在办公大楼或公寓大楼房间的 出口处的数字门锁自动解锁。 具体地，设置在数字门锁的无线接收单元接收开信号。 驱 动单元被接收的数字门锁开信号激活。 然后，数字门锁自动解锁。
为了驱动本发明的门锁开 / 关单元 160，数字门锁包括无线接收单元和控制单 元，其中，无线接收单元接收门锁开 / 关单元的开信号，控制单元通过激活驱动单元来 控制锁定的数字门锁自动解锁，其中，驱动单元是通过从无线接收单元接收的数字门锁 开信号来激活的。
在从室内火灾 ( 或气体泄露 ) 检测传感器单元 130 接收火灾或气体泄露检测信号 的输入的情况下，第一微控制器单元 140 经由第一语音警报单元 150 发出火灾警报，同时 通过门锁开 / 关单元 160 使得安装在办公大楼或公寓大楼房间的出口侧的数字门锁自动解 锁。 同时，第一微控制器单元 140 将指示火灾 ( 气体泄露 ) 已经发生的信息经由无线通 信单元 120 传输到相邻的火灾检测无线通信模块或手持照明灯组件部分 200。
此外，在经由第一无线通信单元 120 从相邻的火灾检测无线通信模块 100 或手持 照明灯组件部分 200 接收火灾 ( 或气体泄露 ) 发生信息的情况下，第一微控制器单元 140 将火灾信息经由第一无线通信单元 120 传输到另一相邻的火灾检测无线通信模块，并同 时通过第一语音警报单元 150 发出火灾警报。 同时，第一微控制器单元 140 通过门锁开 / 关单元 160 使得连接到办公大楼或公寓大楼房间的出口侧的数字门锁自动解锁。 第 一 微 控 制 器 单 元 140 包 括 PIC 单 芯 片 微 型 计 算 机 (one-chipmicom)。 PIC16C711 芯片被用作本发明的第一微控制器单元 140。
根据本发明的上述配置的火灾检测无线通信模块能够通过 Zigbee 通信告知位于 靠近或远离火灾发生地点的人发生了火灾，其中，Zigbee 通信能够在 10 ～ 75m 的传输覆 盖范围内以 250Kbps 的速率传输数据。
具体地，由于火灾 ( 或气体泄露 ) 情况经由第一无线通信单元 120 被传输到相邻 同一楼层的火灾检测无线通信模块和手持照明灯组件部分 200，因此火灾情况能够实时地 迅速通知到在相应的楼层上仍未意识到火灾情况的每个办公室或房间。
设置在房间的已经接收到火灾发生情况的火灾检测无线通信模块 100 通过扬声 器语音通知火灾情况。 因此，能够促使快速疏散。 如果由于烟雾或停电导致视野模糊， 逃生者能够快速取出手持照明灯以获得便于疏散的视野。 如果玻璃墙或窗成为疏散的障 碍，可以使用手持照明灯打破玻璃墙或窗以保证安全疏散。 此外，还能够以相同的方式 帮助在这种情况下的被营救者安全撤离。
在以下说明中，详细说明本发明的手持照明灯组件部分 200。
首先，参照图 3，本发明的手持照明灯组件部分 200 为矩形形状，并且包括 第二供电单元 (second power supply unit)210、第二无线通信单元 220、室外第二火灾 检测传感器单元 230、第二微控制器单元 240、第二语音警报单元 250、定位通知单元 (locationannouncing unit)260、有线 / 无线通信单元 280 和手持应急照明灯 270。
与第一供电单元 110 相同，第二供电单元 210 向每个单元提供电源。 如图 4 中 所示的第二供电单元 210 包括 ：恒压电路单元，通过变换、整流和平滑标准电源 (AC 220
伏 ) 向每个单元提供驱动电压 (DC 5 ～ 10 伏 ) ；继电器单元，在电力中断的情况下，自 动从标准电源切换到内置的电池。
具体地，如图 4 中所示的恒压电路单元包括 ：变压器 T1，用于变换标准电源 ； 电桥二极管 DB101，用于整流由变压器 T1 变换的电压 ；电容器 C1 和 C2，用于平滑整流 的电压以将 DC 电压输出到每个单元 ；以及稳压器 U1。
继电器单元包括 ：开关器件 Q1，通过分压电阻 R1 和 R2 导通 / 关闭来接收在电 力中断情况下的电压 Po_AD 从而检测电力的中断 ；继电器 RELAY SPDT(K1)，用于将提供 给每个单元的电源端 PIC_Vcc 连接到从恒压电路单元输出的恒压 Vcc 或电池的输出端。
具体地，继电器 RELAY SPDT K1 通常将每个单元的电源端 PIC_Vcc 和恒压电路 单元的输出端 Vcc 连接在一起。 在电力中断的情况下，继电器 RELAY SPDT K1 将每个 单元的电源端 PIC_Vcc 和电池 BATTERY 的输出端连接在一起。 因此，尽管电力中断， 驱动电源仍保持为手持照明灯组件部分 200 供电。
第二无线通信单元 220 由第二供电单元 210 供电，接收从火灾检测无线通信模块 100 的第一无线通信单元 120 传输的火灾发生数据和由室外第二火灾检测传感器单元 230 检测的火灾发生数据，然后通过 Zigbee 通信向 / 从设置在另一个相邻楼层的手持照明灯 组件部分 200 和安装在火灾发生的楼层上的另一个相邻办公大楼或公寓大楼房间的火灾 检测无线通信模块 100 双向传输 / 接收数据。 第二无线通信单元 220 包括单芯片 Zigbee 通信模块或 B-CDMA( 二进制 CDMA) 调制解调器。
具体地，根据本发明的第二无线通信单元 220 被连接到第二微控制器单元 240 的 输入端。 如果由连接到其中的室外第二火灾 ( 气体泄露 ) 检测单元 230 检测到火灾或气体 泄露，则第二无线通信单元 220 在第二微控制器单元 240 的控制下通过无线电将火灾检测 信号传送到安装在建筑群的另一楼层 ( 更高或更低楼层 ) 的手持灯装置部分 200 和设置在 同一楼层上的另一个相邻办公大楼或另一公寓大楼房间内的火灾检测无线通信模块 100。 此外，第二无线通信单元 220 从安装在相邻办公大楼或公寓大楼房间内的火灾检测无线 通信模块 100 或设置在另一楼层 ( 更高 / 更低楼层 ) 的手持照明灯组件部分 200 接收火灾 或气体泄露信号。
第二无线通信单元 220 具有与第一无线通信单元 120 几乎相同的配置。 然而， 第二无线通信单元 220 与第一无线通信单元 120 的不同之处在于内部 ID，该内部 ID 用来 表示在每个 Zigbee 通信网络上的火灾检测无线通信模块 100 或手持照明灯组件部分 200。 这将在以下将详细说明。
室外第二火灾检测传感器单元 230 安装在室外的天花板或墙壁 ( 公寓大楼或办公 大楼的公共走廊 ) 上，其包括温度传感器、光照强度传感器、烟雾检测传感器、气体检 测传感器等。 室外第二火灾检测传感器单元 230 检测火灾或气体泄露，然后将所检测的 信息发送到第二微控制器单元 240。温度传感器、光照强度传感器、烟雾检测传感器及气 体探测传感器的详述与参照图 2 的之前描述相同。
设置有线 / 无线通信单元 280 以用来在设置在建筑群 ( 办公大楼、公寓大楼等 ) 的更高和更低楼层的手持照明灯组件部分 200 之间的通信，并通过使用因特网或调制解 调器的有线或无线电来传输 / 接收更高和更低楼层之间的火灾或气体泄漏检测数据。
如前述所提到的，可以通过第二无线通信单元 220 的 Zigbee 通信的无线电在更高和更低楼层之间实现通信。 尽管可以轻松地在水平方向进行无线通信，然而很难在垂 直方向进行通信。 因此，除了第二无线通信单元 220 以外，还提供了有线 / 无线通信单 元 280 以使用因特网或调制解调器在设置在更高和更低楼层的手持照明灯组件部分 200 之 间进行通信。
第二微控制器单元 240 根据从室外第二火灾 ( 气体泄漏 ) 检测传感器单元 230 产 生的火灾或气体泄漏检测信号来控制经由第二语音警报单元 250 发出的火灾警报，并控 制定位通知单元 260 的驱动，该定位通知单元 260 通过在火灾情况下闪光灯的闪烁来告知 手持应急照明灯 270 的位置。 第二微控制器单元 240 经由第二无线通信单元 220 或有线 / 无线通信单元 280 将火灾 ( 气体泄漏 ) 发生消息传输到相邻的火灾检测无线通信模块 100 或设置在更高 / 更低楼层的手持照明灯组件部分 200。
在经由第二无线通信单元 220 或有线 / 无线通信单元 280 从相邻的火灾检测无线 通信模块 100 或设置在更高 / 更低楼层的手持照明灯组件部分 200 接收火灾发生消息的情 况下，如上述所提及的，第二微控制器单元 240 通过第二语音警报单元 250 发出火灾警 报，控制位置通知单元 260( 位置通知单元 260 用于告知手持应急照明灯 270 的位置 ) 的 驱动，并同时将火灾 ( 气体泄漏 ) 发生消息传输到在另一相邻楼层上的手持照明灯组件部 分 200 和另一相邻的火灾检测无线通信模块 100。
同样，第二微控制器单元 240 包括 PIC 单芯片微型计算机 (one-chip micom)。 PIC16C711 芯片被用作本发明的第二微控制器单元 240。
第二语音警报单元 250 设置在室外天花板或墙壁上 ( 公寓 / 办公室大楼的公共走 廊或通道 ) 并经由第二微控制器的控制信号产生火灾警报声。 第二语音警报单元 250 包 括扬声器和蜂鸣器。
定位通知单元 260 设置在建筑群的每个办公室外或公寓大楼房间外 ( 公共走廊或 通道 ) 的每层上的应急出口一侧或者灭火器或消防栓的附近，该定位通知单元 260 包括闪 烁的闪光灯或多个具有强直光 (strong straightforwardness) 的高亮度 LED，以通过第二微 控制器单元的控制信号在火灾的烟雾中指示手持应急照明灯 270 的位置。
根据本发明的以上配置的无线智能型火灾检测手持灯装置包括手持应急照明灯 270，其可以在由于火灾导致电力中断的情况下从由供电单元的恒压电路充分充电的电 池接收驱动电源，并能够在火灾的烟雾中通过闪烁的闪光灯或具有强直光的多个高亮度 LED 来指示位置。
另外，可以在手持应急照明灯 270 的底部安装刀具 271 和锤头 272，以便能够 在玻璃建筑中通过打破玻璃来逃生。 刀具 271 除了可以打破玻璃之外还可以割断其他材 料。
手持应急照明灯 270 包括标准充电的内置电池。 如果手持应急照明灯 270 与配 电盒 (box) 分离，则照明灯设置为自动开启。 可选地，可以在手持应急照明灯 270 中装 载独立的电池。 如果开关导通，则照明灯设置为开启。
可选地，在手持应急照明灯 270 中装载定位发射器 (locationtransmitter)( 图中未 示出 )。 如果手持应急照明灯 270 与配电盒分离或开关导通，则一旦定位发射器被激活而 产生一个信号，照明灯就立即开启。 这就使得消防队员或救援人员在从火灾事故中营救 生命的情况下能够快速识别人所在的位置，并且还能够在发生坍塌事故的情况下快速准确地识别埋陷的位置。
根据本发明的以上配置的手持应急照明灯 270，通过 Zigbee 通信 ( 能够通过无线 通信在 10 ～ 75m 的传输范围内以 250Kbps 传送数据 ) 警告靠近起火点的人或距离起火点 一定距离的人。 同时，以警告火灾发生并指示手持应急照明灯的位置 ( 使用闪烁的闪光 灯和多个具有高亮度和强直光的 LED 来指示手持应急照明灯的位置 ) 的方式，来告知火 灾周围的逃生者手持应急照明灯装置部分的位置。 因此，本发明的手持应急照明灯 270 能够实现在消防队到达之前的快速疏散并进行初期灭火。
在以下的描述中，将详细说明根据本发明的火灾检测无线通信模块和手持照明 灯组件部分的操作。
图 5 是根据本发明的一个实施例的具有无线通信和位置跟踪功能的火灾检测系 统的正常状态下的操作过程布图 ；图 6 是根据本发明的一个实施例的具有无线通信和位 置跟踪功能的火灾检测系统在火灾情况下的操作过程布图。
参照图 5，火灾检测无线通信模块 100 以与相应的办公室或房间相隔 30 ～ 50m 的方式分别安装在建筑群的一个楼层的公司 A、B、C、D...... 办公室内或公寓大楼的房间 #101、 #102、 #109， ...... 内。 手持照明灯组件部分 200 设置在每个楼层的紧急出口的一 侧或灭火器或室内消防栓的附近。 具体地，可以在建筑群的每个楼层 ( 在多个办公室或公寓房间同在一个楼层的 情况下 ) 设置多个火灾检测无线通信模块 100 和一个手持照明灯组件部分 200。 如果在大 规模建筑中至少存在两个紧急出口，可以设置至少一个或多个手持照明灯组件部分 200。
如图 5 和图 6 所示，在每个楼层安装多个火灾检测无线通信模块 100 和一个手持 照明灯组件部分 200 的情况下，距离控制室最近的手持照明灯组件部分 200 与控制室的 PC( 图中未示出 ) 进行通信。
具体地，每一个火灾检测无线通信模块 100 的第一无线通信单元 120 对应 Zigbee 通信模块的 END 器件。 每一个手持照明灯组件部分 200 的第二无线通信单元 220 对 应 Zigbee 通信模块的协调器，而控制室的 PC 对应 Zigbee 通信模块的主要模式 (main mode)。 每一个火灾检测无线通信模块 100 的第一无线通信单元 120 具有唯一的 ID。 并 且，每一个手持照明灯组件部分 200 的第二无线通信单元 220 具有唯一的 ID。
因此，已经检测到初始火灾发生的火灾检测无线通信模块 100 或手持照明灯组 件部分 200 通过无线电以在通信包 (communicationpacket) 的头部携带其 ID 的方式将火灾 发生数据传输到另一相邻的火灾检测无线通信模块 100 或另一手持照明灯组件部分 200。
当每一个火灾检测无线通信模块 100 的第一无线通信单元 120 或者每一个手持照 明灯组件部分 200 的第二无线通信单元 220 从另一相邻的火灾检测无线通信模块 100 或者 另一手持照明灯组件部分 200 接收到火灾发生数据并且然后通过无线电将火灾发生数据 传输到另一火灾检测无线通信模块 100 或者另一手持照明灯组件部分 200 时，或者当已经 检测到初始火灾发生的火灾检测无线通信模块 100 或手持照明灯组件部分通过无线电将 火灾发生数据传输到另一相邻的火灾检测无线通信模块 100 或者另一相邻的手持照明灯 组件部分 200 时，在通信包的头部携带火灾检测无线通信模块 100 或另一手持照明灯组件 部分 200 的 ID( 从该 ID 已经接收到火灾发生的数据 )。
因此，控制室的 PC 经由每一个火灾检测无线通信模块 100 的第一无线通信单元
120 或 / 和每一个手持照明灯组件部分 200 的第二无线通信单元 220 接收火灾发生数据， 以及然后可以通过识别通信包的头部信息来识别初始火灾 ( 气体泄漏 ) 开始点。 然后， 通过在监控器或另一显示设备上显示初始火灾开始点，控制室的 PC 使得管理人员能够识 别初始火灾开始点。
在本发明的具有无线通信和位置跟踪功能的以上配置的火灾检测系统中，参照 图 6，如果火灾从公寓房间 #101 开始，设置在房间 #101 内的火灾检测无线通信模块 100 的第一火灾检测传感器单元 130 检测到火灾发生 ( 气体泄漏 )。
具体地，在火灾发生情况下温度传感器测量房间温度。 如果房间由于在火灾的 烟雾而变暗，则光照强度传感器使得室内日光灯或其它灯以指定的目标光照强度自动闪 烁。 烟雾检测传感器检测在火灾早期产生的烟雾。 气体泄漏传感器检测气体泄漏。
将经由温度传感器、光照强度传感器、烟雾检测传感器和气体传感器测量的火 灾 ( 气体泄漏 ) 检测数据发送到第一微控制器单元 140。
在这种情况下，如果由于电力中断导致供电中断，经由分压电阻 R1 和 R2 由开 关器件 Q1 检测电力中断情况下的电压 Po_AD。 第一微控制器单元的电压 PIC_Vcc 通过 继电器 ELAY SPDT K1 从标准电源 Vcc 自动切换到电池 BATTERY。 从而，能够防止电 源中断。 随后，已经检测火灾 ( 气体泄漏 ) 发生的第一微控制器单元 140 经由第一语音警 报单元 150 发出火灾警报声并同时激活门锁开 / 关单元 160，以使得安装在办公大楼或公 寓大楼房间的出口侧的数字门锁自动解锁。
第一微控制器单元 140 经由包含 Zigbee 通信的第一无线通信单元 120 在 10 ～ 75m 传输范围内以 250Kbps 的数据传输率将火灾 ( 气体泄漏 ) 检测数据传输到另一相邻的公寓 大楼房间的火灾检测无线通信模块 100，并同时将火灾 ( 气体泄漏 ) 检测数据发送到安装 在紧急出口一侧的手持照明灯组件部分 200。 在这种情况下，设置在房间 #101 内的火灾 检测无线通信模块 100 的第一无线通信单元 120 传输其携带在通信包头部的 ID。
已经接收到火灾检测数据的另一相邻公寓大楼房间 (#102) 的火灾检测无线通信 模块 100 也将火灾检测数据重复传输到另一不同的相邻公寓大楼房间 (#103) 的火灾检测 无线通信模块 100。 从而，火灾发生被通知到相应楼层上的所有房间或办公室，以通知 位于起火点附近或远处的人。 在这种情况下，安装在房间 102 和 103 内的火灾检测无线 通信模块 100 的第一无线通信单元 120 以在通信包的头部携带该 ID 而不是在通信包的头 部具有其 ID 的方式将安装在房间 #101 的火灾检测无线通信模块 100 的第一无线通信单元 120 的 ID 传输到另一相邻公寓大楼房间，。
随后，安装在紧急出口一侧的手持照明灯组件部分 200 经由第二无线通信单元 220 或有线 / 无线通信单元 280 接收火灾检测数据，然后将所接收到的火灾检测数据发送 到第二微控制器单元 240。
第二微控制器单元 240 经由第二无线通信单元 220 将火灾信息传输到与火灾发生 地点相邻的另一火灾检测无线通信模块 100 或经由第二无线通信单元 220 或有线 / 无线通 信单元 280 将火灾信息传输到在另一楼层 ( 上部 / 下部楼层 ) 上的另一手持照明灯组件部 分 200，并经由第二语音警报单元 250 告知附近已经发生火灾。 在这种情况下，安装在房 间 #101 内的火灾检测无线通信模块 100 的第一无线通信单元 120 的 ID 通过被携带在通信
包的头部，而被发送到另一相邻的公寓大楼房间。
由于安装在另一楼层的手持照明灯组件部分 200 将火灾 ( 气体泄漏 ) 发生消息传 输到安装在另一楼层的火灾检测无线通信模块 100 和手持照明灯组件部分 200，所以可以 将火灾 ( 气体泄漏 ) 的发生立即通知到整个大楼。
控制室的 PC 经由以上建立的网络接收火灾发生信息、识别初始火灾开始点、然 后为管理人员指示相应的位置。
因此，为了防止由于火灾产生的黑暗或烟雾影响到视野而导致逃生者不能找到 疏散路径，第二微控制器单元 240 以使得定位通知单元 260 的闪光灯或者多个具有强直光 的高亮度 LED 闪烁的方式来告知逃生者手持应急照明灯 270 的位置。 从而，逃生者能够 使用手持应急照明灯 270 快速疏散。
并且，在玻璃建筑中发生火灾的情况下可以使用设置在手持应急照明灯 270 下 方的玻璃刀具 271 和 / 或锤子 272 打破玻璃，从而便于疏散。
此外，在逃生者使用手持应急照明灯 270 等待救援的情况下，设置在手持应急 照明灯 270 的定位发射器被自动激活以产生定位信号。 从而，消防员或救援者能够快速 识别逃生者的位置以便营救。 即使发生了坍塌事故，也能够快速准确地获取埋陷的位置 以实现快速救援。
尽管在本文中参照其优选的实施例已经描述并示出了本发明，然而对本领域的 技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围内，可以对其进行各种修改和变 形。 因此，本发明旨在涵盖所附权利要求及其等同替换的范围内对本发明的修改和变 形。