跨区域的火灾和入侵报警系统.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911104449.1 (22)申请日 2019.11.13 (71)申请人 吉林建筑大学 地址 130000 吉林省长春市南关区新城大 街5088号 (72)发明人 孙世梅傅贵耿晓帅王远航 (74)专利代理机构 吉林长春新纪元专利代理有 限责任公司 22100 代理人 王薇 (51)Int.Cl. G08B 19/00(2006.01) G08B 25/01(2006.01) (54)发明名称 一种跨区域的火灾和入侵报警系统 (57)摘要 本发明涉及一种跨区域的火灾和入侵。

2、报警 系统， 其特征在于： 首先运行时主机命令所有节 点入网， 节点入网应答； 主机命令MCU节点使用携 带的传感器采集数据， 数据通过多种通信技术组 合的通信网络传输至终端电脑， 其中终端电脑附 带无线串口通信器和光纤接口； 终端电脑对传感 器数据进行储存和分析后发出警报， 警报呈现在 终端电脑的人机交互界面上并且通过运营商网 络以socket通信的形式通信至其他预装有人机 界面软件的设备或手机上。 其通过调整硬件布局 可适用不同的建筑环境， 通过多种通信技术的组 合达到大范围、 低成本的覆盖， 报警结果可以灵 活的在多个设备的人机交互界面予以显示。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 C。

3、N 110853290 A 2020.02.28 CN 110853290 A 1.一种跨区域的火灾和入侵报警系统， 由 “感知-通信-处理” 三层结构构成， 其特征在 于： 感知层和通信层主要由携带传感器的MCU节点和通信节点以及终端构成， 其中MCU节点 根据不同环境的需要， 搭载不同的传感器等硬件， 选择与硬件相匹配的通信模块； 通信节点 根据需要搭载WiFi、 LoRa、 ZigBee等对应的中继通信模块各节点供电由直接供电和蓄电池 组成双相供电； MCU节点是硬件基础， 其是PCB电路板上集成单片机、 传感器模块、 通信模块、 供电模块， 通过镂刻电路使各模块连接， 而通信节点为专属。

4、设备或在PCB电路板上仅集成单片机、 通信 模块、 供电设备； MCU节点可根据不同的使用需求搭载不同的模块， 尤其是不同种类的传感 器； 主要采用下列传感器： （1） 电流传感器， 温度传感器； 由于线路过载或老化发热主要体现在荷载功率大小和线 路温度； 故而可在重要线路中搭载接入物联网通信系统的电流传感器， 在线路上敷设接入 物联网通信系统的温度传感器； （2） 红外线传感器， 烟雾传感器； 监控明火和烟雾是对已发生火灾的主要报警措施， 传 统的被动喷淋设备信息化程度低， 应加入启动感知设备如流量计， 以及加入接入物联网通 信的红外线、 烟雾传感器， 通过软件层智能控制喷淋设备开启； （3。

5、） 各种摄像头， 由于区域监控的全天候性和环境复杂性， 摄像头中加入夜视功能摄像 头、 可转动摄像头； 周界防卫传感器和门禁系统是监控系统的有效补充； （4） 低空短波雷达， 另外， 由于无人机技术的普及， 应考虑低空入侵的无人机， 针对低空 无人机红外特征不明显， 雷达反射面积小等特性， 应在部分室外区域布置短波雷达和对空 摄像头； （5） 门禁采用NFC近距离双向通信技术的门禁设备； （6） 粉尘浓度传感器， 瓦斯浓度传感器， 湿度传感器； 工业生产和仓储需严防粉尘和瓦 斯爆炸、 中毒， 且为了保证职业卫生减少尘肺病等， 并且某些仓储环境对湿度指标等的要求 较高， 需要对粉尘水平和湿度进行。

6、监控； 需要防火和防入侵的区域分为五个功能区， 商业区室内、 住宅区室内、 仓储区室内、 工 业区室内、 通用室外区； 其中分别有不同的硬件布局和通信方式： （1） 通用室内区域即所有室内区域都采纳此硬件布局， 在此基础上根据不同的区域增 加其他的硬件布局： 烟雾传感器采用ZigBee通信、 管线温度及电流传感器采用ZigBee通信、 红外线传感器采用ZigBee通信、 门禁设备采用Wifi及光纤通信； （2） 商业区室内： 除室内通用设备外加入自动喷淋启停感知传感器采用光纤或ZigBee 通信、 全天候摄像头采用光纤或Wifi通信、 防火卷帘门启停传感器采用光纤或ZigBee通信； （3） 。

7、住宅区室内： 除室内通用设备外加入瓦斯浓度传感器采用ZigBee通信； （4） 仓储区室内： 除室内通用设备外加入全天候摄像头采用光纤或Wifi通信、 有害气体 传感器采用ZigBee通信、 湿度传感器采用ZigBee通信； （5） 工业区室内： 除室内通用设备外加入全天候摄像头采用光纤或Wifi通信、 粉尘浓度 传感器采用ZigBee通信、 瓦斯浓度传感器采用ZigBee通信； （6） 通用室外区域： 短波对空雷达采用光纤通信、 周界防卫传感器采用LoRa、 光纤通信， 烟雾传感器采用LoRa通信、 红外线传感器采用LoRa通信； 权利要求书 1/2 页 2 CN 110853290 A 2。

8、 处理层主要包括分析算法、 数据库、 人机交互界面； 通信层传输的数据通过串口通信至 终端设备 （PC） ， 储存至数据库， 调用分析算法分析传感器数据； 多人机交互界面终端电脑采取scoket通信， 通过运营商互联网对预先装有人机交互界 面的其他入网终端设备进行点对点通信， 将报警结果和传感器数据传输至其他人机界面予 以显示； 其具体步骤如下： 首先根据不同区域布置携带不同传感器和通信模块的MCU节点以及 仅携带通信模块的通信节点， 运行时主机命令所有节点入网， 节点入网应答； 主机命令MCU 节点使用携带的传感器采集数据， 数据通过多种通信技术组合的通信网络传输至终端电 脑， 其中终端电脑。

9、附带无线串口通信器和光纤接口； 终端电脑对传感器数据进行储存和分 析后发出警报， 警报呈现在终端电脑的人机交互界面上并且通过运营商网络以socket通信 的形式通信至其他预装有人机界面软件的设备或手机上。 2.根据权利要求1所述的一种跨区域的火灾和入侵报警系统， 其特征在于所述的MCU节 点和通信节点以220伏特交流电和蓄电池组成双相供电， 正常运行时使用220伏特交流电。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110853290 A 3 一种跨区域的火灾和入侵报警系统 技术领域 0001 本发明涉及一种跨区域的火灾和入侵报警系统， 属于安全和消防领域。 背景技术 0002 建筑面临的最直接问题是。

10、火灾， 据统计20052014年中国住宅建筑火灾起数占火 灾总起数的30.8%, 在对200多起国内建筑火灾的事故报告分析后， 发现电气原因导致的火 灾占到了建筑火灾的72%， 其中主要的直接原因为电气线路老化、 超载。 通常对此类电气管 道线路事故的预防有保险丝、 空气开关等传统的被动设施。 0003 除电气原因导致的火灾外， 其余的火灾事故多为设备缺陷或人因造成的局部高温 引燃可燃物导致， 或粉尘累积导致爆燃。 0004 通常对火灾的报警和初步管控依靠烟雾报警器、 手动报警器、 自动喷淋设备、 防火 卷帘门。 信息化程度较低。 0005 火灾信息通常汇总至消防管控室的人机交互界面， 通常需。

11、专人看护， 通常为具备 消防师资格证的从业人员， 门槛较高， 用工成本较高。 且由于无法在其他人机交互界面显示 信息， 在实际运用中管控室工作人员的在位与否和工作能力强弱在很大程度上影响了应急 处理的速度和效率。 0006 现有的无线火灾报警局限于单个建筑或小范围建筑群， 未考虑整合不同的区域。 0007 跨区域的报警系统主要面临的问题是不同区域可能的火灾致因不同， 需要的硬件 设备不同， 并且需要组合多种通信技术， 对大范围下不同的环境的设备进行覆盖。 0008 建筑安全面临问题是非法入侵和人员监控。 传统而言非法入侵和人员监控主要依 靠监控摄像头、 RFID卡配套门禁等设备。 RFI卡配套。

12、D门禁设备为单向通信， 安全性低。 道路 等户外区域依赖公安系统 “天网系统” 为代表的摄像头组， 但天网覆盖率不高， 阅览权限等 级高。 0009 常见的几种通信技术中， ZigBee无线通信技术具有成本低， 功耗较低， 短距离的特 点， 适用于室内小规模数据通信； LoRa无线通信技术具有成本低， 功耗低， 长距离的特点， 适 用于室外大区域小规模数据通信； Wifi无线通信技术具有成本高， 功耗高， 短距离， 通信数 据量大的特点， 适用于室内大规模数据通信； 光纤有线通信技术具有成本较低， 长距离， 抗 干扰， 通信数据量大的特点， 适用于室外室内或需要强抗干扰的环境。 发明内容 00。

13、10 本发明的目的在于提供一种跨区域的火灾和入侵报警系统， 其包含多人机交互界 面， 终端电脑采取scoket通信， 通过运营商互联网对预先装有人机交互界面的其他入网终 端设备 （电脑， 手机等） 进行点对点通信， 将报警结果和传感器数据传输至其他人机界面予 以显示。 优点是通过调整硬件布局可适用不同的建筑环境， 通过多种通信技术的组合达到 大范围、 低成本的覆盖， 报警结果可以灵活的在多个设备的人机交互界面予以显示。 0011 本发明的技术方案是这样实现的： 一种跨区域的火灾和入侵报警系统， 由 “感知- 说明书 1/5 页 4 CN 110853290 A 4 通信-处理” 三层结构构成，。

14、 其特征在于： 感知层和通信层主要由携带传感器的MCU节点和通信节点以及终端构成， 其中MCU节点 根据不同环境的需要， 搭载不同的传感器等硬件， 选择与硬件相匹配的通信模块； 通信节点 根据需要搭载WiFi、 LoRa、 ZigBee等对应的中继通信模块各节点供电由直接供电和蓄电池 组成双相供电； MCU节点是硬件基础， 其是PCB电路板上集成单片机、 传感器模块、 通信模块、 供电模块， 通过镂刻电路使各模块连接， 而通信节点为专属设备或在PCB电路板上仅集成单片机、 通信 模块、 供电设备； MCU节点可根据不同的使用需求搭载不同的模块， 尤其是不同种类的传感 器； 主要采用下列传感器：。

15、 （1） 电流传感器， 温度传感器； 由于线路过载或老化发热主要体现在荷载功率大小和线 路温度； 故而可在重要线路中搭载接入物联网通信系统的电流传感器， 在线路上敷设接入 物联网通信系统的温度传感器； （2） 红外线传感器， 烟雾传感器； 监控明火和烟雾是对已发生火灾的主要报警措施， 传 统的被动喷淋设备信息化程度低， 应加入启动感知设备如流量计， 以及加入接入物联网通 信的红外线、 烟雾传感器， 通过软件层智能控制喷淋设备开启； （3） 各种摄像头， 由于区域监控的全天候性和环境复杂性， 摄像头中加入夜视功能摄像 头、 可转动摄像头； 周界防卫传感器和门禁系统是监控系统的有效补充； （4） 。

16、低空短波雷达， 另外， 由于无人机技术的普及， 应考虑低空入侵的无人机， 针对低空 无人机红外特征不明显， 雷达反射面积小等特性， 应在部分室外区域布置短波雷达和对空 摄像头； （5） 门禁采用NFC近距离双向通信技术的门禁设备； （6） 粉尘浓度传感器， 瓦斯浓度传感器， 湿度传感器； 工业生产和仓储需严防粉尘和瓦 斯爆炸、 中毒， 且为了保证职业卫生减少尘肺病等， 并且某些仓储环境对湿度指标等的要求 较高， 需要对粉尘水平和湿度进行监控； 需要防火和防入侵的区域分为五个功能区， 商业区室内、 住宅区室内、 仓储区室内、 工 业区室内、 通用室外区； 其中分别有不同的硬件布局和通信方式： （。

17、1） 通用室内区域即所有室内区域都采纳此硬件布局， 在此基础上根据不同的区域增 加其他的硬件布局： 烟雾传感器采用ZigBee通信、 管线温度及电流传感器采用ZigBee通信、 红外线传感器采用ZigBee通信、 门禁设备采用Wifi及光纤通信； （2） 商业区室内： 除室内通用设备外加入自动喷淋启停感知传感器采用光纤或ZigBee 通信、 全天候摄像头采用光纤或Wifi通信、 防火卷帘门启停传感器采用光纤或ZigBee通信； （3） 住宅区室内： 除室内通用设备外加入瓦斯浓度传感器采用ZigBee通信； （4） 仓储区室内： 除室内通用设备外加入全天候摄像头采用光纤或Wifi通信、 有害气体。

18、 传感器采用ZigBee通信、 湿度传感器采用ZigBee通信； （5） 工业区室内： 除室内通用设备外加入全天候摄像头采用光纤或Wifi通信、 粉尘浓度 传感器采用ZigBee通信、 瓦斯浓度传感器采用ZigBee通信； （6） 通用室外区域： 短波对空雷达采用光纤通信、 周界防卫传感器采用LoRa、 光纤通信， 烟雾传感器采用LoRa通信、 红外线传感器采用LoRa通信； 处理层主要包括分析算法、 数据库、 人机交互界面； 通信层传输的数据通过串口通信至 说明书 2/5 页 5 CN 110853290 A 5 终端设备 （PC） ， 储存至数据库， 调用分析算法分析传感器数据； 多人机交。

19、互界面终端电脑采取scoket通信， 通过运营商互联网对预先装有人机交互界 面的其他入网终端设备进行点对点通信， 将报警结果和传感器数据传输至其他人机界面予 以显示； 其具体步骤如下： 首先根据不同区域布置携带不同传感器和通信模块的MCU节点以及 仅携带通信模块的通信节点， 运行时主机命令所有节点入网， 节点入网应答； 主机命令MCU 节点使用携带的传感器采集数据， 数据通过多种通信技术组合的通信网络传输至终端电 脑， 其中终端电脑附带无线串口通信器和光纤接口； 终端电脑对传感器数据进行储存和分 析后发出警报， 警报呈现在终端电脑的人机交互界面上并且通过运营商网络以socket通信 的形式通信。

20、至其他预装有人机界面软件的设备或手机上。 0012 所述的MCU节点和通信节点以220伏特交流电和蓄电池组成双相供电， 正常运行时 使用220伏特交流电。 0013 本发明的积极效果是将报警结果和传感器数据传输至其他人机界面予以显示， 优 点是通过调整硬件布局可适用不同的建筑环境， 通过多种通信技术的组合达到大范围、 低 成本的覆盖， 报警结果可以灵活的在多个设备的人机交互界面予以显示。 附图说明 0014 图1为本发明感知层和通信层的硬件构成。 0015 图2为本发明MCU节点设计。 0016 图3为本发明通信节点设计。 0017 图4为本发明跨区域通信实现方式。 0018 图5为本发明MC。

21、U节点所使用的PCB板示意图。 0019 图6为本发明软件层信息流向。 0020 图7为本发明运行流程图。 具体实施方式 0021 下面结合附图和实施例对本发明做进一步的描述： 一种跨区域的火灾和入侵报警 系统， 由 “感知-通信-处理” 三层结构构成， 其特征在于： 感知层和通信层主要由携带传感器的MCU节点和通信节点以及终端构成， 其中MCU节点 根据不同环境的需要， 搭载不同的传感器等硬件， 选择与硬件相匹配的通信模块； 通信节点 根据需要搭载WiFi、 LoRa、 ZigBee等对应的中继通信模块各节点供电由直接供电和蓄电池 组成双相供电； MCU节点是硬件基础， 其是PCB电路板上集。

22、成单片机、 传感器模块、 通信模块、 供电模块， 通过镂刻电路使各模块连接， 而通信节点为专属设备或在PCB电路板上仅集成单片机、 通信 模块、 供电设备； MCU节点可根据不同的使用需求搭载不同的模块， 尤其是不同种类的传感 器； 主要采用下列传感器： （1） 电流传感器， 温度传感器； 由于线路过载或老化发热主要体现在荷载功率大小和线 路温度； 故而可在重要线路中搭载接入物联网通信系统的电流传感器， 在线路上敷设接入 物联网通信系统的温度传感器； 说明书 3/5 页 6 CN 110853290 A 6 （2） 红外线传感器， 烟雾传感器； 监控明火和烟雾是对已发生火灾的主要报警措施， 传。

23、 统的被动喷淋设备信息化程度低， 应加入启动感知设备如流量计， 以及加入接入物联网通 信的红外线、 烟雾传感器， 通过软件层智能控制喷淋设备开启； （3） 各种摄像头， 由于区域监控的全天候性和环境复杂性， 摄像头中加入夜视功能摄像 头、 可转动摄像头； 周界防卫传感器和门禁系统是监控系统的有效补充； （4） 低空短波雷达， 另外， 由于无人机技术的普及， 应考虑低空入侵的无人机， 针对低空 无人机红外特征不明显， 雷达反射面积小等特性， 应在部分室外区域布置短波雷达和对空 摄像头； （5） 门禁采用NFC近距离双向通信技术的门禁设备； （6） 粉尘浓度传感器， 瓦斯浓度传感器， 湿度传感器；。

24、 工业生产和仓储需严防粉尘和瓦 斯爆炸、 中毒， 且为了保证职业卫生减少尘肺病等， 并且某些仓储环境对湿度指标等的要求 较高， 需要对粉尘水平和湿度进行监控； 需要防火和防入侵的区域分为五个功能区， 商业区室内、 住宅区室内、 仓储区室内、 工 业区室内、 通用室外区； 其中分别有不同的硬件布局和通信方式： （1） 通用室内区域即所有室内区域都采纳此硬件布局， 在此基础上根据不同的区域增 加其他的硬件布局： 烟雾传感器采用ZigBee通信、 管线温度及电流传感器采用ZigBee通信、 红外线传感器采用ZigBee通信、 门禁设备采用Wifi及光纤通信； （2） 商业区室内： 除室内通用设备外加。

25、入自动喷淋启停感知传感器采用光纤或ZigBee 通信、 全天候摄像头采用光纤或Wifi通信、 防火卷帘门启停传感器采用光纤或ZigBee通信； （3） 住宅区室内： 除室内通用设备外加入瓦斯浓度传感器采用ZigBee通信； （4） 仓储区室内： 除室内通用设备外加入全天候摄像头采用光纤或Wifi通信、 有害气体 传感器采用ZigBee通信、 湿度传感器采用ZigBee通信； （5） 工业区室内： 除室内通用设备外加入全天候摄像头采用光纤或Wifi通信、 粉尘浓度 传感器采用ZigBee通信、 瓦斯浓度传感器采用ZigBee通信； （6） 通用室外区域： 短波对空雷达采用光纤通信、 周界防卫传感。

26、器采用LoRa、 光纤通信， 烟雾传感器采用LoRa通信、 红外线传感器采用LoRa通信； 处理层主要包括分析算法、 数据库、 人机交互界面； 通信层传输的数据通过串口通信至 终端设备 （PC） ， 储存至数据库， 调用分析算法分析传感器数据； 多人机交互界面终端电脑采取scoket通信， 通过运营商互联网对预先装有人机交互界 面的其他入网终端设备进行点对点通信， 将报警结果和传感器数据传输至其他人机界面予 以显示； 其具体步骤如下： 首先根据不同区域布置携带不同传感器和通信模块的MCU节点以及 仅携带通信模块的通信节点， 运行时主机命令所有节点入网， 节点入网应答； 主机命令MCU 节点使用。

27、携带的传感器采集数据， 数据通过多种通信技术组合的通信网络传输至终端电 脑， 其中终端电脑附带无线串口通信器和光纤接口； 终端电脑对传感器数据进行储存和分 析后发出警报， 警报呈现在终端电脑的人机交互界面上并且通过运营商网络以socket通信 的形式通信至其他预装有人机界面软件的设备或手机上。 0022 所述的MCU节点和通信节点以220伏特交流电和蓄电池组成双相供电， 正常运行时 使用220伏特交流电。 说明书 4/5 页 7 CN 110853290 A 7 0023 如图1所示， 双相供电为电线、 蓄电池双重供电模式， 即在电线无法供电的情况下 启用蓄电池进行供电。 摄像头和门禁由于集成。

28、度高， 通常拥有自备的通信方式和设备， 故而 从其他硬件中单独列出。 移动端人机交互界面即为在手机、 笔记本电脑等可入网的移动设 备上预先安装有人机界面显示的软件， PC处理端可通过运营商互联网发送数据至移动设 备。 0024 图2特别展示了单独MCU节点的构成。 0025 图3特别展示了通信节点的构成。 0026 图4中， 串口通信器是一个具有USB接口和无线通信模块的通信设备， 主要用来将 无线通信所接收的数据通过USB， 调用串口， 将数据写入PC端。 远距离通信是指的是通信区 域距离PC主机较远， 无法直接通过主机与区域进行无线通信， 故采用将MCU节点数据通过无 线通信传输至通信节点。

29、后， 再通过传输距离远、 抗干扰强、 成本低的光纤传输至PC端。 0027 图5是设计完成的PCB板， 板上标记的圆形针脚可通过杜邦线连接或焊接的方式搭 载传感器等设备。 左侧白色双针脚接口是电源接口。 0028 图6是软件层数据的传输路径 （即信息流向） 。 0029 图7是本发明一次完整的运行流程。 节点入网是一个主机呼叫所有节点、 节点应 答、 校时的过程。 每次运行时首先进行节点入网可保证所有节点的时钟保持一致进而可在 同一时间进行数据采集。 通信后将数据写入数据库而不是写入缓存直接参与运算， 可将数 据长期保存， 以方便后续查阅。 算法分析可根据温度、 烟雾浓度、 瓦斯浓度、 红外人。

30、体感应等 异常数据分析出火灾、 入侵与否。 当未识别出火灾与入侵时， 系统重新开始入网-通信-储 存-分析的循环。 当识别出火灾和入侵时， 在PC主机端的人机界面发出警报。 主机一般设立 在消防管控室或保卫处， 通常有人驻守。 在PC主机发出警报的同时， 通过运营商互联网与其 他预装有人机界面软件的移动设备进行点对点通信。 点对点通信效率高、 安全性高。 移动的 人机界面可很大程度降低PC主机无人驻守的意外情况带来的信息滞后。 另外通过移动的人 机界面， 可让管理层或消防救援力量快速、 即时的了解火灾或入侵的信息。 提高应急管理水 平。 说明书 5/5 页 8 CN 110853290 A 8 图1 图2 图3 说明书附图 1/3 页 9 CN 110853290 A 9 图4 图5 图6 说明书附图 2/3 页 10 CN 110853290 A 10 图7 说明书附图 3/3 页 11 CN 110853290 A 11 。