一種基於無線傳感器的樓宇逃生系統的製作方法
2023-05-31 00:48:21
一種基於無線傳感器的樓宇逃生系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基於無線傳感器的樓宇逃生系統，包括：加速度傳感器和火警傳感器、警報模塊、第一無線通信模塊、後臺中心伺服器模塊、距離傳感器、第二無線通信模塊、定位模塊、救援終端組成。本實用新型設置加速度傳感器和火警傳感器、距離傳感器等，豐富了高層樓宇逃生系統的功能，實現了定位、救援和報警燈功能，設置加速度傳感器和火警傳感器、距離傳感器，實現了最優路徑的計算功能，引導了人們安全的逃生，同時為災後救援工作人員提供被困的受災人員的位置，方便救援，提高救援速度。本實用新型的結構簡單，功能豐富，解決了現有的高層樓宇逃生系統存在的功能較單一，不具備最優路徑的計算功能，無法引導人們安全逃生的問題。
【專利說明】一種基於無線傳感器的樓宇逃生系統
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於高層樓宇逃生【技術領域】，尤其涉及一種基於無線傳感器的樓宇逃生系統。
【背景技術】
[0002]目前，隨著我國經濟與技術水平的迅速發展和改革開放的不斷深入，高層建築得到了迅猛發展。但是由於我國高層建築起步較晚加之過去執行規範不嚴，高層建築的逃生措施不完善，存在著許多不安全因素。如在發送地震後，由於無法獲知眾多樓道的通過性，同時斷電失去照明以及人們的恐慌心理，造成人群疏散時具有嚴重的盲目性，往往會產生擁擠、踩踏等二次傷害的現象，浪費了大量寶貴的逃生自救時間。由於電梯在地震、火災情況下不能保證正常供電，《地震火災時禁止使用電梯》的警示標誌幾乎存在於全球的每一部電梯旁邊，這些因素都給高樓人群的應急逃生帶來了極大的難度。同時在發生地震和火災等嚴重災害後的大規模斷電造成信息傳輸受阻，對後期的進一步救援工作也造成了重重阻礙。
[0003]當前已出現了眾多高層樓宇逃生系統(裝置)，但它們的功能較單一，不具備最優路徑的計算功能，無法引導人們安全逃生。下面將選取幾種高層樓宇逃生系統(裝置)，對他們所存在的缺點進行具體說明
[0004]專利號為201020253569.6的中國發明專利實用新型發明專利「高層火災、地震逃生裝置」，其採用人們在發生緊急情況時通過逃生筒逃生的方式進行自救，但其需要對房屋進行大規模改造，同時這種跳落逃生的方式有較大的風險性，尤其是對於老人和小孩基本不適用。
[0005]專利號為201310029476.3的中國發明專利實用新型發明專利「一種高樓逃生系統」，其採用發生災害時躲進逃生艙的方式進行逃生，但其需要佔用專用的樓層，艙體造價較高，同時缺乏引導人們如何到達安全位置的功能。
[0006]專利號為201120221500.X的中國發明專利實用新型發明專利「家用地震報警逃生系統」，採用加速度傳感器檢測地震的發生，喚醒熟睡的人們，並控制燈具和門鎖。這種方式對要對樓內的電路進行改造，並且門鎖的控制會引起用戶的財產安全隱患，同時缺乏引導人們如何到達安全位置的功能。
實用新型內容
[0007]本實用新型為解決現有的高層樓宇逃生系統存在的功能較單一，不具備最優路徑的計算功能，無法引導人們安全逃生的問題而提供一種結構簡單、安裝使用方便、提高工作效率的基於無線傳感器的樓宇逃生系統。
[0008]本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題所採取的技術方案是:
[0009]本實用新型實施例的基於無線傳感器的樓宇逃生系統，該基於無線傳感器的樓宇逃生系統包括:加速度傳感器和火警傳感器、警報模塊、第一無線通信模塊、後臺中心伺服器模塊、距離傳感器、第二無線通信模塊、定位模塊、救援終端組成；
[0010]用於將地震產生的震動轉換為電信號和不斷檢測環境溫度與煙霧濃度，電信號經過A/D轉換器轉換為數位訊號，將數位訊號和環境溫度與煙霧濃度發送到第一無線通信模塊的加速度傳感器和火警傳感器；
[0011]與加速度傳感器和火警傳感器連接，用於發出高分貝警告的警報模塊；
[0012]與加速度傳感器和火警傳感器連接，用於接收加速度傳感器和火警傳感器的數位訊號發送至後臺中心伺服器模塊，對比判斷檢測環境溫度與煙霧濃度與閥值進行對比判斷是否發生火災的第一無線通信模塊；
[0013]與第一無線通信模塊連接，用於加速度傳感器和火警傳感器超過預先設定的閥值時出發報警模塊，接收距離傳感器測量的樓道前向通路長度，接收定位模塊的位置信息，並向救援終端發出救助指令，用於對接收到的數據進行整理及分析，通過相關算法進行計算，為每一位用戶算出一條最優的逃生路徑，並把最優逃生路徑通過無線通信系統傳回用戶救援終端上的後臺中心伺服器模塊；
[0014]與第二無線通信模塊連接，用於在地震或火災發生後開始工作，測量樓道前向通路長度，檢測樓道的可通過性並將數據回傳至後臺中心伺服器模塊的距離傳感器；
[0015]與後臺中心伺服器模塊連接，用於通過無線網絡實現距離傳感器、定位模塊和救援終端與後臺中心伺服器模塊連接的第二無線通信模塊；
[0016]與第二無線通信模塊連接，用於實時定位以及身份辨識，相關信息將通過第二無線通信模塊回傳至後臺中心伺服器模塊的定位模塊；
[0017]與第二無線通信模塊連接，用於實現救援指令發出的救援終端。
[0018]本實用新型還可以採用如下技術措施:
[0019]在本實用新型的實施例中，後臺中心伺服器模塊包括:數據分析模塊、最優路徑計算模塊、用戶登錄管理模塊、通信模塊；
[0020]用於對接收到的數據進行整理及分析的數據分析模塊；
[0021]與數據分析模塊連接，用於對數據分析模塊整理的數據通過相關算法進行計算，為每一位用戶算出一條最優的逃生路徑的最優路徑計算模塊；
[0022]與最優路徑計算模塊連接，用於登錄管理救援中心後臺伺服器與逃生系統的用戶登錄管理模塊；
[0023]與數據分析模塊和最優路徑計算模塊連接，用於接收來自第一無線通信模塊和第二無線通信模塊的數據，並把最優逃生路徑通過第二無線通信模塊傳回用戶救援終端上的通信模塊。
[0024]進一步，採用開放2.4GHz頻段組網，Zigbee網絡的第一無線通信模塊和第二無線通信模塊。
[0025]進一步，救援終端呈腕帶或類似的形式，以CC2530晶片為通信模塊，通過1 口連接控制液晶顯示裝置和報警裝置。
[0026]進一步，第一無線通信模塊和第二無線通信模塊包括無線通信模塊主節點和子節點。
[0027]進一步，定位模塊由閱讀器和有源標籤組成，閱讀器與有源標籤使用CC2530晶片構成RFID通信系統，同時有源標籤通過1 口連接控制液晶顯示裝置和報警裝置構成救援終端。
[0028]進一步，加速度傳感器和火警傳感器、距離傳感器、定位模塊與第一無線通信模塊和第二無線通信模塊組成無線傳感器網絡節點。
[0029]進一步，無線傳感器網絡節點採用電源適配器與可充電電池協同工作的方式進行供電。
[0030]進一步，定位模塊實現樓內人員的實時定位，為災後救援工作人員提供被困的受災人員的位置，方便救援，提高救援速度。
[0031]本實用新型具有的優點和積極效果是:由於本實用新型設置加速度傳感器和火警傳感器、距離傳感器、定位模塊、警報模塊、救援終端、第一無線通信模塊、第二無線通信模塊與後臺中心伺服器模塊，進一步豐富了高層樓宇逃生系統的功能，實現了定位、救援和報警燈功能，設置加速度傳感器和火警傳感器、距離傳感器，實現了最優路徑的計算功能，弓丨導了人們安全的逃生，並實現為災後救援工作人員提供被困的受災人員的位置，方便救援，提高救援速度。本實用新型的結構簡單，功能豐富，較好地解決了現有的高層樓宇逃生系統存在的功能較單一，不具備最優路徑的計算功能，無法引導人們安全逃生的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0032]圖1是本實用新型實施例提供的基於無線傳感器的樓宇逃生系統結構示意圖；
[0033]圖2是本實用新型實施例提供的後臺中心伺服器模塊結構示意圖；
[0034]圖中:1、加速度傳感器和火警傳感器；2、警報模塊；3、第一無線通信模塊；4、後臺中心伺服器模塊；4-1、數據分析模塊；4-2、最優路徑計算模塊；4-3、用戶登錄管理模塊；
4-4、通信模塊；5、距離傳感器；6、第二無線通信模塊；7、定位模塊；8、救援終端。
【具體實施方式】
[0035]為能進一步了解本實用新型的
【發明內容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，並配合附圖詳細說明如下:本實用新型所用到的軟體模塊都屬於已知模塊，在購買硬體模塊時，已經安裝有軟體。本實用新型不存在軟體或方法的創新。
[0036]請參閱圖1和圖2:
[0037]如圖1所示，本實用新型實施例的基於無線傳感器的樓宇逃生系統主要由:加速度傳感器和火警傳感器1、警報模塊2、第一無線通信模塊3、後臺中心伺服器模塊4、距離傳感器5、第二無線通信模塊6、定位模塊7、救援終端8組成；
[0038]用於將地震產生的震動轉換為電信號和不斷檢測環境溫度與煙霧濃度，電信號經過A/D轉換器轉換為數位訊號，將數位訊號和環境溫度與煙霧濃度發送到第一無線通信模塊3的加速度傳感器和火警傳感器I ;
[0039]與加速度傳感器和火警傳感器I連接，用於發出高分貝警告的警報模塊2 ；
[0040]與加速度傳感器和火警傳感器I連接，用於接收加速度傳感器和火警傳感器I的數位訊號發送至後臺中心伺服器模塊4，對比判斷檢測環境溫度與煙霧濃度與預先設定的閥值進行對比判斷是否發生火災的第一無線通信模塊3 ;
[0041]與第一無線通信模塊3連接，用於加速度傳感器和火警傳感器I超過預先設定的閥值時出發報警模塊2，接收距離傳感器5測量的樓道前向通路長度，接收定位模塊7的位置信息，並向救援終端8發出救助指令，用於對接收到的數據進行整理及分析，通過相關算法進行計算，為每一位用戶算出一條最優的逃生路徑，並把最優逃生路徑通過無線通信系統傳回用戶救援終端8上的後臺中心伺服器模塊4 ；
[0042]與第二無線通信模塊6連接，用於在地震或火災發生後開始工作，測量樓道前向通路長度，檢測樓道的可通過性並將數據回傳至後臺中心伺服器模塊4的距離傳感器5 ;
[0043]與後臺中心伺服器模塊4連接，用於通過無線網絡實現距離傳感器5、定位模塊7和救援終端8與後臺中心伺服器模塊4連接的第二無線通信模塊6 ；
[0044]與第二無線通信模塊6連接，用於實時定位以及身份辨識，相關信息將通過第二無線通信模塊6回傳至後臺中心伺服器模塊4的定位模塊7 ；
[0045]與第二無線通信模塊6連接，用於實現救援指令發出的救援終端8 ；
[0046]如圖2所示，本實用新型的後臺中心伺服器模塊4包括:數據分析模塊4-1、最優路徑計算模塊4-2、用戶登錄管理模塊4-3、通信模塊4-4 ；
[0047]用於對接收到的數據進行整理及分析的數據分析模塊4-1 ；
[0048]與數據分析模塊4-1連接，用於對數據分析模塊整理的數據通過相關算法進行計算，為每一位用戶算出一條最優的逃生路徑的最優路徑計算模塊4-2 ；
[0049]與最優路徑計算模塊4-2連接，用於登錄管理救援中心後臺伺服器與逃生系統的用戶登錄管理模塊4-3;
[0050]與數據分析模塊4-1和最優路徑計算模塊4-2連接，用於接收來自第一無線通信模塊3和第二無線通信模塊6的數據，並把最優逃生路徑通過第二無線通信模塊6傳回用戶救援終端8上的通信模塊4-4 ；
[0051]第一無線通信模塊3和第二無線通信模塊6，使用開放的2.4GHz頻段組網，Zigbee網絡具有自組織、自恢復的特性；
[0052]救援終端8，呈腕帶或類似的形式，以CC2530晶片為通信模塊，可通過1 口連接控制液晶顯示裝置和報警裝置，具有時尚、輕便的特點，可與智能腕帶等產品結合。
[0053]在本實用新型的實施例中，第一無線通信模塊3和第二無線通信模塊6主要由無線通信模塊主節點和子節點組成。無線通信模塊中包含CC2420模塊。其中子節點包括無線傳感器，獲取數據並進行簡單的處理，減輕後臺服務中心模塊的負擔，CC2420模塊將處理過的數據發送至主節點；主節點中的CC2420模塊將子節點發來的數據傳送；
[0054]加速度傳感器中的敏感元件將地震產生的震動轉換為電信號，第一無線通信模塊將根據樓宇高度特性、當地平均風速等因素判斷當地是否發生了地震；若地震發生，第一無線通信模塊將通過無線通信網絡將信號傳至中心後臺伺服器，中心後臺伺服器觸發整個網絡進入工作模式；
[0055]距離傳感器工作於IIC模式，根據IIC協議規定，距離傳感器的SDA、SCL需分別接一個1k上拉電阻到VCC，可以降低功耗，延長獨立電源的可用時長；多個距離傳感器可以同時連接單片機模擬的SDA、SCL線上，同時進入工作狀態；
[0056]有源RFID室內的定位模塊主要包含閱讀器和標籤，閱讀器安放在各通道中的已知位置，標籤由用戶持有；系統進入工作模式後，閱讀器向標籤發射激活信號，標籤收到激活信號後進入工作模式，處於激活狀態的便籤會向讀寫器發送自己的信息，樓內各個位置的閱讀器獲取標籤的信息以及信號強度RSSI值；閱讀器將自己的設備地址、標籤信息以及RSSI通過串口傳送給無線通信節點，節點通過無線通信網絡傳送至後臺中心伺服器模塊，後臺中心伺服器模塊將根據RSSI的值進行綜合判斷各個便籤距離哪個閱讀器最近，最近的閱讀器的位置即為標籤的位置，從而實現人員定位；
[0057]本實用新型的工作原理:
[0058]本實用新型包括加速度傳感器和火警傳感器、超聲波的距離傳感器、室內定位傳感器一系列傳感器、高分貝報警器、救援終端、無線通信模塊與後臺中心伺服器模塊；
[0059]傳感器部分由加速度傳感器、超聲波距離傳感器、火警傳感器、室內定位傳感器組成，都通過1 口與無線通信模塊相連構成無線傳感器網絡節點；其中加速度傳感器安裝於樓宇的頂部並根據層高設定相應的閾值，當發生地震時樓宇擺動產生加速度，當加速度值超過閾值時判斷為地震發生並把數據通過無線通信系統傳回後臺中心伺服器模塊並觸發報警器發出高分貝警告，同時後臺中心伺服器模塊觸發傳感器網絡與定位系統進入工作模式。火警傳感器工作方式與加速度傳感器類似故不贅述，同時火警傳感器在火災發生時將環境溫度及煙霧濃度通過無線傳感器網絡回傳至後臺中心伺服器模塊。超聲波距離傳感器在地震或火災發生後開始工作，主要以測量樓道前向通路長度的方式，檢測樓道的可通過性並將數據回傳至後臺中心伺服器模塊；室內定位傳感器集成在用戶佩戴的救援終端上，通過RFID定位系統實現實時定位以及身份辨識，相關信息將通過無線通信系統回傳至後臺中央伺服器1旲塊；
[0060]中心後臺伺服器模塊，包括登錄管理界面模塊、數據分析模塊、最優路徑計算模塊和網絡通信模塊。登錄管理界面模塊，用於登錄管理救援中心後臺伺服器與逃生系統，數據分析模塊用於對接收到的數據進行整理及分析，最優路徑計算模塊用於對數據分析模塊整理的數據通過相關算法進行計算，為每一位用戶算出一條最優的逃生路徑，網絡通信模塊用於接收來自無線通信系統的數據，並把最優逃生路徑通過無線通信系統傳回用戶的救援終端上。
[0061]所有無線傳感器網絡節點均採用電源適配器與可充電電池協同工作的方式進行供電，類似於樓道應急燈，正常情況下由電源適配器進行供電，當災害發生導致斷電時由可充電電池供電；
[0062]加速度傳感器將地震產生的震動信號轉換為電信號，電信號通過單片機的A/D功能將模擬電信號轉換為數位訊號。若地震發生，第一無線通信模塊通過無線通信網絡將信號與數據傳至中心後臺伺服器模塊，中心後臺伺服器模塊觸發整個網絡進入工作模式；
[0063]火警傳感器不斷檢測環境溫度與煙霧濃度，第一無線通信模塊將其與閥值進行對比判斷是否發生火災。若火災發生，第一無線通信模塊通過無線通信網絡將信號與數據傳至中心後臺伺服器模塊，中心後臺伺服器模塊觸發整個網絡進入工作模式；
[0064]在災害發生後，第二無線通信模塊讀取距離傳感器返回的長度與火警傳感器返回的環境溫度與煙霧濃度，與事先設定好的閾值進行比較，若長度小於閾值或煙霧濃度大於閾值則說明此段道路不通，反之則說明此段道路通暢，然後將結果通過無線通信網絡傳送至後臺中心伺服器模塊；
[0065]定位模塊主要由閱讀器和有源標籤組成，閱讀器與有源標籤使用CC2530晶片構成RFID通信系統，同時有源標籤通過1 口連接控制液晶顯示裝置和報警裝置構成救援終端。系統開始工作後閱讀器向標籤發射激活信號，標籤收到激活信號後處於激活狀態，將標籤中的信息發送給其通信範圍內的閱讀器，閱讀器接收到標籤信息後，將自身設備地址、標籤信息以及該信息的接收信號強度RSSI值通過無線通信網絡傳送至後臺中心伺服器模塊。後臺中心伺服器模塊通過綜合分析多個閱讀器接收到的同一有源標籤的信號強度RSSI值，判讀出有源標籤的具體位置(即與其距離最近的閱讀器的位置)；
[0066]後臺中心伺服器模塊採用Windows作為底層作業系統，包括登錄管理界面模塊、數據分析模塊、最優路徑計算模塊和通信模塊。登錄管理界面模塊以圖形用戶界面的形式呈現，實現直觀地對整個逃生系統的控制與管理。數據分析模塊將無線通信網絡傳回的各個路段的通行情況與樓內人員所在的位置構建拓撲模型。最優路徑計算模塊綜合數據分析模塊構建的拓撲模型數據，使用最優路徑算法為每位人員計算出最優逃生路徑。後臺中心伺服器模塊通過串口與無線通信系統模塊相連構成網絡通信模塊，接受無線通信網絡傳回的數據並把後臺中心伺服器模塊算出的最優逃生路徑通過無線通信網絡發送給救援終端，救援終端在其顯示屏上把最優路徑顯示出來以引導樓內人員逃生。
[0067]以上所述僅是對本實用新型的較佳實施例而已，並非對本實用新型作任何形式上的限制，凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改，等同變化與修飾，均屬於本實用新型技術方案的範圍內。
【權利要求】
1.一種基於無線傳感器的樓宇逃生系統，其特徵在於，該基於無線傳感器的樓宇逃生系統包括:加速度傳感器和火警傳感器、警報模塊、第一無線通信模塊、後臺中心伺服器模塊、距離傳感器、第二無線通信模塊、定位模塊、救援終端組成； 用於將地震產生的震動轉換為電信號和不斷檢測環境溫度與煙霧濃度，電信號經過A/D轉換器轉換為數位訊號，將數位訊號和環境溫度與煙霧濃度發送到第一無線通信模塊的加速度傳感器和火警傳感器； 與加速度傳感器和距離傳感器連接，用於發出高分貝警告的警報模塊； 與加速度傳感器和火警傳感器連接，用於接收加速度傳感器和火警傳感器的數位訊號發送至後臺中心伺服器模塊，對比判斷檢測環境溫度與煙霧濃度與閥值進行對比判斷是否發生火災的第一無線通信模塊； 與第一無線通信模塊連接，用於加速度傳感器和火警傳感器超過預先設定的閥值時觸發報警模塊，接收距離傳感器測量的樓道前向通路長度，接收定位模塊的位置信息，並向救援終端發出救助指令，用於對接收到的數據進行整理及分析，通過相關算法進行計算，為每一位用戶算出一條最優的逃生路徑，並把最優逃生路徑通過無線通信系統傳回用戶救援終端上的後臺中心伺服器1旲塊； 與第二無線通信模塊連接，用於在地震或火災發生後開始工作，測量樓道前向通路長度，檢測樓道的可通過性並將數據回傳至後臺中心伺服器模塊的距離傳感器模塊； 與後臺中心伺服器模塊連接，用於通過無線網絡實現距離傳感器、定位模塊和救援終端與後臺中心伺服器模塊連接的第二無線通信模塊； 與第二無線通信模塊連接，用於實時定位以及身份辨識，相關信息將通過第二無線通信模塊回傳至後臺中心伺服器模塊的定位模塊； 與第二無線通信模塊連接，用於實現救援指令發出的救援終端。
2.如權利要求1所述的基於無線傳感器的樓宇逃生系統，其特徵在於，第一無線通信模塊和第二無線通信模塊採用開放2.4GHz頻段組網，Zigbee網絡的第一無線通信模塊和第二無線通信模塊。
3.如權利要求1所述的基於無線傳感器的樓宇逃生系統，其特徵在於，救援終端呈腕帶或類似的形式，以CC2530晶片為通信模塊，通過1 口連接控制液晶顯示裝置和報警裝置。
4.如權利要求1所述的基於無線傳感器的樓宇逃生系統，其特徵在於，第一無線通信模塊和第二無線通信模塊包括無線通信模塊主節點和子節點。
5.如權利要求1所述的基於無線傳感器的樓宇逃生系統，其特徵在於，定位模塊由閱讀器和有源標籤組成，閱讀器與有源標籤使用CC2530晶片構成RFID通信系統，同時有源標籤通過1 口連接控制液晶顯示裝置和報警裝置構成救援終端。
6.如權利要求1所述的基於無線傳感器的樓宇逃生系統，其特徵在於，加速度傳感器和火警傳感器、距離傳感器、定位模塊與第一無線通信模塊和第二無線通信模塊組成無線傳感器網絡節點。
7.如權利要求6所述的基於無線傳感器的樓宇逃生系統，其特徵在於，無線傳感器網絡節點採用電源適配器與可充電電池協同工作的方式進行供電。
8.如權利要求1所述的基於無線傳感器的樓宇逃生系統，其特徵在於，定位模塊實現樓內人員的實時定位，為災後救援工作人員提供被困的受災人員的位置，方便救援，提高救援速度。
【文檔編號】G08B21/10GK203950413SQ201420265349
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年5月22日 優先權日:2014年5月22日
【發明者】裴慶祺, 張桔, 潘驊, 馮鳴月 申請人:西安電子科技大學