專利名稱：一種無線煙霧探測器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種無線煙霧探測器，特別是一種基于ZigBee無線 通信技術的煙霧探測器，并可采用雙電源進行供電的煙霧探測器，屬 于無線通信技術領域。
技術背景人身和財產安全一直是人們對居住環(huán)境的一項基本要求，隨著科 學技術的發(fā)展，給人們生活帶來了巨大的方便性和靈活性，人們在要 求居住環(huán)境網(wǎng)絡化、智能化、人性化的同時，希望科技也能可靠地保 障人身和財產的安全。因此，在智能家居領域中使用煙霧探測器，來對火災進行及時的 探測并將探測到的信息通過無線網(wǎng)絡進行傳輸，能夠很好地實現(xiàn)該項 功能。煙霧探測器成為智能家居系統(tǒng)的重要組成部分，它的可靠工作 和信息的可靠傳輸是及時探測到火災信息的重要保證。在當前的家居領域中，用戶使用的煙霧探測器仍然是電池供電的 紅外光電式煙霧探測器或者離子式煙霧探測器，通過壓電式蜂鳴器進 行本地報警。有極少部分的用戶使用手機或無線電進行聯(lián)網(wǎng)報警。然 而，本地報警不能使無人在家的時候發(fā)生的火災得到及時的處理。同 時，如果使用聯(lián)網(wǎng)報警會使整個設備的功耗非常大，會使電池很快耗 光。火災也就得不到及時的處理，其損失也就不可避免。(然而，火 災發(fā)生可能嚴重破壞煙霧傳感器的電池供電，導致探測器無法正常工作，同時，若是火災發(fā)生在無人在家的時候，手機或無線電報警根本 就不可能，火災也就得不到及時的處理，其損失也就不可避免。)因 此，煙霧探測器需要能夠保證可靠的供電，并且能將信息以最快的速 度可靠地傳遞出去，以便消防部門或小區(qū)物業(yè)監(jiān)測到該狀況進行及時 的處理，將火災損失減小到最低。在申請?zhí)枮镃N03203787、 CN03203738.2、 CN200510061133.0 和CN200320122049.1專利中提到了以無線電技術為傳輸媒介的煙霧 探測器技術。CN200320111083.9和CN200610150963.5專利分別提到 了以無線GSM方式傳送和基于手機網(wǎng)絡的煙霧探測器。上述的煙霧探測器，都沒有使用ZigBee無線技術，并且未考慮 火災發(fā)生時設備功耗不同帶來的對供電方式的要求。因此，沒有解決 火災信號可靠傳輸和電池使用壽命的問題。大都沒有解決供電中斷或 無人報警情況下的信息探測與傳輸問題。 發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供一種無線煙霧探測器，該探測器是一種基 于Zigbee無線技術以及雙電源供電技術的無線煙霧探測器，能解決 無人情況下報警信息的傳輸和電池長壽命要求的問題以及在供電中 斷或無人報警情況下的信息探測與傳輸問題。為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是包括探測器硬件和支持 它的軟件，其硬件包括無線射頻模塊、信號處理模塊、備用電源檢測 模塊、電源模式檢測模塊和電源模塊；無線射頻模塊用于接入ZigBee 網(wǎng)絡，完成對控制器的信息匯報；信號處理模塊用于處理煙霧信息將其轉化為電信號；備用電源檢測模塊用于檢測備用電源的電量；電源 模式檢測模塊用于檢測當前煙霧探測器的供電來源；電源模塊將市電 轉換為本探測器可用的電源。無線煙霧探測器的軟件的作用是無線射頻模塊完成本探測器與 無線ZigBee網(wǎng)絡的信息交互，并保證工作在主電源供電方式時，發(fā) 生網(wǎng)絡掉線后，重新自動接入網(wǎng)絡。本發(fā)明的有益效果ZigBee技術是一種新興的基于 IEEE802. 15. 4的無線通信技術，具有低速率、短距離、低功耗、低 復雜度、網(wǎng)絡擴展性好、有眾多芯片制造商(如Atmel、 TI、 ST等) 提供基于該技術的芯片，同時ZigBee聯(lián)盟把家居自動化作為一個重 要的拓展和應用領域，在今后的家居4動化領域中，ZigBee技術將 會越來越顯示出強大的生命力，具有顯著的經濟效益和社會效益。下面結合附圖對本發(fā)明的一個具體實施方式
進行說明。
圖1為本發(fā)明的無線煙霧探測器的硬件結構圖；圖2為本發(fā)明的無線煙霧探測器電源模塊原理圖；圖3為本發(fā)明無線煙霧探測器的信號處理模塊原理圖；圖4為本發(fā)明無線煙霧探測器的備用電源檢測模塊原理圖；圖5為本發(fā)明無線煙霧探測器的電源模式檢測模塊原理圖；圖6為本發(fā)明無線煙霧探測器的無線射頻模塊原理圖；圖7為本發(fā)明無線煙霧探測器的無線射頻模塊軟件流程圖；圖8為本發(fā)明無線煙霧探測器的實施例的軟件流程圖。
具體實施例方式參照圖1 ，這是本發(fā)明的無線煙霧探測器的硬件結構圖。 如圖所示，本發(fā)明的硬件包括無線射頻模塊l、信號處理模塊2、 備用電源檢測模塊3、電源模式檢測模塊4和電源模塊5。無線射頻 模塊用于接入ZigBee網(wǎng)絡，完成對控制器的信息匯報；信號處理模 塊用于處理煙霧信息將其轉化為電信號；備用電源檢測模塊用于檢測 備用電源的電量；電源模式檢測模塊用于檢測當前煙霧探測器的供電 來源；電源模塊將市電和電池轉換為本探測器可用的電源。 參照圖2，是本發(fā)明的無線煙霧探測器的電源模塊原理圖。 如圖所示，本發(fā)明的電源模塊使用AC-DC轉換芯片將市電轉換 為DC10V，然后再使用LDO降壓芯片將DC10V和電池電源轉換為 5V和3.0V 3.3V兩種工作電源。參照圖3，這是本發(fā)明無線煙霧探測器的信號處理模塊原理圖。 如圖所示，本發(fā)明的信號處理模塊，使用通用的煙霧迷宮采集模 塊，信號放大和比較電路。煙霧迷宮采集模塊由電容C12，迷宮U6， NPN三極管Q2，場效應管Q3，電阻R9、 R16 R24構成。主電源工 作方式，GPI014從無線射頻模塊IO口輸出控制U6間歇工作；備用 電池工作方式時U6處于連續(xù)工作狀態(tài)。信號放大和比較電路由雙運 放U5，電阻R7、 R8、 R14、 R19 R24，電容CU和C13構成同相電 路放大。當供電方式為市電供電時，通過采樣的方式進入射頻模塊； 當供電方式為電池供電時，采用中斷觸發(fā)方式，放大后的信號與3.3V 比較后輸出5V電平分壓3.33V至射頻模塊。參照圖4，這是本發(fā)明無線煙霧探測器的備用電源檢測模塊原理圖。如圖所示，本發(fā)明的備用電源檢測模塊，使用兩個大阻值的電阻 進行分壓，此時備用電池的工作電流僅僅為l.luA，確保電池的使用 壽命。參見圖5，這是本發(fā)明無線煙霧探測器的電源模式檢測模塊原理圖。如圖所示，本發(fā)明的電源模式檢測模塊由一個基本的NPN晶體 管及幾個電阻構成，通過中斷方式完成當前供電電源檢測。參見圖6，這是無線煙霧探測器的無線射頻模塊原理圖。如圖所示，本發(fā)明的無線射頻模塊核心是Ember公司的一款Soc 芯片，它集成了2.4GHzIEEE 802.15.4的PHY層和MAC層，內部還 集成有Flash、 SRAM、多功能定時器、串行接口、 ADC、通用10等 外設資源。配合一些外圍的分立元件，就可以與2.4GHz的ZigBee 網(wǎng)絡進行信息交互。參見圖7，這是本發(fā)明無線煙霧探測器的無線射頻模塊軟件流程圖。如圖所示，本發(fā)明的無線煙霧探測器上電后，首先需要對外圍電 路進行初始化，然后進行ZigBee協(xié)議棧的初始化工作，當協(xié)議棧正 常初始化完成以后，探測器就可以與ZigBee網(wǎng)絡進行網(wǎng)絡信息的交 換，以確定探測器能否接入已存在的ZigBee網(wǎng)絡。無線射頻模塊的軟件主循環(huán)處理三項任務復位看門狗、協(xié)議棧信號處理、應用程序處理。協(xié)議棧信號處理用來處理射頻模塊從ZigBee網(wǎng)絡傳遞過來的信息以及探測器需要發(fā)送出去的信息，信息 的接收和發(fā)送過程由ZigBee協(xié)議棧來管理。應用程序處理電源供電 方式、設置工作模式、電量信號和外部煙霧信號采集，如果檢測到的 信號超過報警限值，將信號發(fā)出。無線射頻模塊的軟件功能主要分兩部分 一是采集煙霧探測器檢 測到的環(huán)境煙霧參數(shù)，二是與ZigBee網(wǎng)絡進行可靠的數(shù)據(jù)通信。由于本煙霧探測器是安防產品，在硬件設計的時候采用雙電源供電，軟件中通過實時響應電源轉換中斷信號以判斷電源模式。在交流 電供電模式中，通過周期性采樣煙霧探測器的模擬信號，來判斷環(huán)境 煙霧是否超過安全閾值， 一旦超過，立即通過ZigBee網(wǎng)絡向主控制 器報警。在電池供電模式中，考慮到探測器的節(jié)電需求，大部分情況 下，無線射頻模塊屬于休眠狀態(tài)，這時，當煙霧探測器檢測到環(huán)境煙 霧超過安全閾值時，給無線射頻模塊發(fā)送一個報警中斷信號，無線射 頻模塊接收到中斷報警后，立即從休眠狀態(tài)轉換的正常工作狀態(tài)，并 發(fā)送報警信號。參見圖8，這是本發(fā)明無線煙霧探測器的實施例的軟件流程圖。 如圖所示，本發(fā)明的系統(tǒng)上電后，首先設備初始化，包括外圍硬 件設備初始化，以及網(wǎng)絡參數(shù)初始化；然后，加入ZigBee網(wǎng)絡；最 后進入事件循環(huán)，在循環(huán)當中處理煙霧報警信號以及網(wǎng)絡報文的傳 送。ZigBee報文處理調用協(xié)議棧API函數(shù)，應用層報文數(shù)據(jù)結構自 己定義，并添加了CRC冗余校驗，以提高報文傳送的可靠性。雖然本發(fā)明已參照上述的實施例來描述，但是本技術領域中的 普通技術人員，應當認識到以上的實施例僅是用來說明本發(fā)朋，應理 解其中可作各種變化和修改而在廣義上沒有脫離本發(fā)明，所以并非作 為對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實質精神范圍內，對以上所述的 實施例的變化、變形都將落入本發(fā)明權利要求的保護范圍。
權利要求
1、一種無線煙霧探測器，用于居家環(huán)境煙霧信息探測與傳輸，其特征在于其無線煙霧探測器包括無線射頻模塊(1)、信號處理模塊(2)、備用電源檢測模塊(3)、電源模式檢測模塊(4)和電源模塊(5)；無線射頻模塊用于接入ZigBee網(wǎng)絡，完成對控制器的信息匯報；信號處理模塊用于處理煙霧信息將其轉化為電信號；備用電源檢測模塊用于檢測備用電源的電量；電源模式檢測模塊用于檢測當前煙霧探測器的供電來源；電源模塊將市電和電池轉換為本探測器可用的電源。
2、 根據(jù)權利要求1所述的無線煙霧探測器，其特征在于所述的電源，采用市電主電源和備用電池電源輪換共同工作的供電方式，電源模塊使用AC-DC轉換芯片將市電轉換為DC10V，再使用LDO降壓芯片將DC10V和電池電源轉換為5V和3.0V-3.3V兩種工作電源。
3、 根據(jù)權利要求1所述的無線煙霧探測器，其特征在于所述的信號處理模塊，采用采樣方式進入無線射頻模塊，當主電源無法工作時，自動轉換到備用電源工作模式，信號處理模塊采用電平觸發(fā)方式進入無線射頻模塊。
4、 根據(jù)權利要求1或2所述的無線煙霧探測器，其特征在于所述的電源，其中備用電源檢測模塊，使用兩個大阻值的電阻進行分壓，減少備用電池的工作電流，確保電池的使用壽命。
5、 根據(jù)權利要求1所述的無線煙霧探測器，其特征在于所述的無線射頻模塊，其核心是一款Soc芯片，它集成了 2.4GHz IEEE802.15.4的PHY層和MAC層，內部還集成有Flash、 SRAM、多功能定時器、串行接口、 ADC、通用IO等外設資源，配合一些外圍的分立元件，就可以與2.4GHz的ZigBee網(wǎng)絡進行信息交互。
6、 根據(jù)權利要求1或5所述的無線煙霧探測器，其特征在于所述的無線射頻模塊，實現(xiàn)軟件功能的步驟為探測器上電后，首先對外圍電路進行初始化，然后進行ZigBee協(xié)議棧的初始化工作，當協(xié)議棧正常初始化完成以后，無線射頻模塊的軟件主循環(huán)處理三項任務復位看門狗、協(xié)議棧信號處理、應用程序處理。
7、 根據(jù)權利要求1所述的無線煙霧探測器，其特征在于所述的無線煙霧探測器的軟件流程，其步驟是系統(tǒng)上電后，首先設備初始化，包括外圍硬件設備初始化，以及網(wǎng)絡參數(shù)初始化；然后，加入ZigBee網(wǎng)絡；最后進入事件循環(huán)，在循環(huán)當中處理煙霧報警信號以及網(wǎng)絡報文的傳送，ZigBee報文處理調用協(xié)議棧API函數(shù)，應用層報文數(shù)據(jù)結構自己定義，并添加了CRC冗余校驗，以提高報文傳送的可靠性。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于ZigBee無線通信技術的無線煙霧探測器，采用雙電源進行供電。包括無線射頻模塊、信號處理模塊、備用電源檢測模塊、電源模式檢測模塊和電源模塊。無線射頻模塊用于接入ZigBee網(wǎng)絡，完成對控制器的信息匯報；信號處理模塊用于處理煙霧信息將其轉化為電信號；備用電源檢測模塊用于檢測備用電源的電量；電源模式檢測模塊用于檢測當前煙霧探測器的供電來源；電源模塊將市電轉換為本探測器可用的電源。軟件上由無線射頻模塊完成本探測器與無線ZigBee網(wǎng)絡的信息交互。具有低速率、短距離、低功耗、低復雜度、網(wǎng)絡擴展性好，把家居自動化作為一個重要的拓展和應用領域，ZigBee技術將會越來越顯示出強大的生命力，具有顯著的經濟效益和社會效益。
文檔編號H02J7/02GK101604472SQ20091005454
公開日2009年12月16日 申請日期2009年7月9日 優(yōu)先權日2009年7月9日
發(fā)明者李曉祥, 王堅鋒, 蔣宏杰 申請人:上海電器科學研究所(集團)有限公司