一种基于无线传感器的楼宇逃生系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于无线传感器的楼宇逃生系统，包括：加速度传感器和火警传感器、警报模块、第一无线通信模块、后台中心服务器模块、距离传感器、第二无线通信模块、定位模块、救援终端组成。本实用新型设置加速度传感器和火警传感器、距离传感器等，丰富了高层楼宇逃生系统的功能，实现了定位、救援和报警灯功能，设置加速度传感器和火警传感器、距离传感器，实现了最优路径的计算功能，引导了人们安全的逃生，同时为灾后救援工作人员提供被困的受灾人员的位置，方便救援，提高救援速度。本实用新型的结构简单，功能丰富，解决了现有的高层楼宇逃生系统存在的功能较单一，不具备最优路径的计算功能，无法引导人们安全逃生的问题。
【专利说明】一种基于无线传感器的楼宇逃生系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于高层楼宇逃生【技术领域】，尤其涉及一种基于无线传感器的楼宇逃生系统。
【背景技术】
[0002]目前，随着我国经济与技术水平的迅速发展和改革开放的不断深入，高层建筑得到了迅猛发展。但是由于我国高层建筑起步较晚加之过去执行规范不严，高层建筑的逃生措施不完善，存在着许多不安全因素。如在发送地震后，由于无法获知众多楼道的通过性，同时断电失去照明以及人们的恐慌心理，造成人群疏散时具有严重的盲目性，往往会产生拥挤、踩踏等二次伤害的现象，浪费了大量宝贵的逃生自救时间。由于电梯在地震、火灾情况下不能保证正常供电，《地震火灾时禁止使用电梯》的警示标志几乎存在于全球的每一部电梯旁边，这些因素都给高楼人群的应急逃生带来了极大的难度。同时在发生地震和火灾等严重灾害后的大规模断电造成信息传输受阻，对后期的进一步救援工作也造成了重重阻碍。
[0003]当前已出现了众多高层楼宇逃生系统(装置)，但它们的功能较单一，不具备最优路径的计算功能，无法引导人们安全逃生。下面将选取几种高层楼宇逃生系统(装置)，对他们所存在的缺点进行具体说明
[0004]专利号为201020253569.6的中国发明专利实用新型发明专利“高层火灾、地震逃生装置”，其采用人们在发生紧急情况时通过逃生筒逃生的方式进行自救，但其需要对房屋进行大规模改造，同时这种跳落逃生的方式有较大的风险性，尤其是对于老人和小孩基本不适用。
[0005]专利号为201310029476.3的中国发明专利实用新型发明专利“一种高楼逃生系统”，其采用发生灾害时躲进逃生舱的方式进行逃生，但其需要占用专用的楼层，舱体造价较高，同时缺乏引导人们如何到达安全位置的功能。
[0006]专利号为201120221500.X的中国发明专利实用新型发明专利“家用地震报警逃生系统”，采用加速度传感器检测地震的发生，唤醒熟睡的人们，并控制灯具和门锁。这种方式对要对楼内的电路进行改造，并且门锁的控制会引起用户的财产安全隐患，同时缺乏引导人们如何到达安全位置的功能。
实用新型内容
[0007]本实用新型为解决现有的高层楼宇逃生系统存在的功能较单一，不具备最优路径的计算功能，无法引导人们安全逃生的问题而提供一种结构简单、安装使用方便、提高工作效率的基于无线传感器的楼宇逃生系统。
[0008]本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:
[0009]本实用新型实施例的基于无线传感器的楼宇逃生系统，该基于无线传感器的楼宇逃生系统包括:加速度传感器和火警传感器、警报模块、第一无线通信模块、后台中心服务器模块、距离传感器、第二无线通信模块、定位模块、救援终端组成；
[0010]用于将地震产生的震动转换为电信号和不断检测环境温度与烟雾浓度，电信号经过A/D转换器转换为数字信号，将数字信号和环境温度与烟雾浓度发送到第一无线通信模块的加速度传感器和火警传感器；
[0011]与加速度传感器和火警传感器连接，用于发出高分贝警告的警报模块；
[0012]与加速度传感器和火警传感器连接，用于接收加速度传感器和火警传感器的数字信号发送至后台中心服务器模块，对比判断检测环境温度与烟雾浓度与阀值进行对比判断是否发生火灾的第一无线通信模块；
[0013]与第一无线通信模块连接，用于加速度传感器和火警传感器超过预先设定的阀值时出发报警模块，接收距离传感器测量的楼道前向通路长度，接收定位模块的位置信息，并向救援终端发出救助指令，用于对接收到的数据进行整理及分析，通过相关算法进行计算，为每一位用户算出一条最优的逃生路径，并把最优逃生路径通过无线通信系统传回用户救援终端上的后台中心服务器模块；
[0014]与第二无线通信模块连接，用于在地震或火灾发生后开始工作，测量楼道前向通路长度，检测楼道的可通过性并将数据回传至后台中心服务器模块的距离传感器；
[0015]与后台中心服务器模块连接，用于通过无线网络实现距离传感器、定位模块和救援终端与后台中心服务器模块连接的第二无线通信模块；
[0016]与第二无线通信模块连接，用于实时定位以及身份辨识，相关信息将通过第二无线通信模块回传至后台中心服务器模块的定位模块；
[0017]与第二无线通信模块连接，用于实现救援指令发出的救援终端。
[0018]本实用新型还可以采用如下技术措施:
[0019]在本实用新型的实施例中，后台中心服务器模块包括:数据分析模块、最优路径计算模块、用户登录管理模块、通信模块；
[0020]用于对接收到的数据进行整理及分析的数据分析模块；
[0021]与数据分析模块连接，用于对数据分析模块整理的数据通过相关算法进行计算，为每一位用户算出一条最优的逃生路径的最优路径计算模块；
[0022]与最优路径计算模块连接，用于登录管理救援中心后台服务器与逃生系统的用户登录管理模块；
[0023]与数据分析模块和最优路径计算模块连接，用于接收来自第一无线通信模块和第二无线通信模块的数据，并把最优逃生路径通过第二无线通信模块传回用户救援终端上的通信模块。
[0024]进一步，采用开放2.4GHz频段组网，Zigbee网络的第一无线通信模块和第二无线通信模块。
[0025]进一步，救援终端呈腕带或类似的形式，以CC2530芯片为通信模块，通过1 口连接控制液晶显示装置和报警装置。
[0026]进一步，第一无线通信模块和第二无线通信模块包括无线通信模块主节点和子节点。
[0027]进一步，定位模块由阅读器和有源标签组成，阅读器与有源标签使用CC2530芯片构成RFID通信系统，同时有源标签通过1 口连接控制液晶显示装置和报警装置构成救援终端。
[0028]进一步，加速度传感器和火警传感器、距离传感器、定位模块与第一无线通信模块和第二无线通信模块组成无线传感器网络节点。
[0029]进一步，无线传感器网络节点采用电源适配器与可充电电池协同工作的方式进行供电。
[0030]进一步，定位模块实现楼内人员的实时定位，为灾后救援工作人员提供被困的受灾人员的位置，方便救援，提高救援速度。
[0031]本实用新型具有的优点和积极效果是:由于本实用新型设置加速度传感器和火警传感器、距离传感器、定位模块、警报模块、救援终端、第一无线通信模块、第二无线通信模块与后台中心服务器模块，进一步丰富了高层楼宇逃生系统的功能，实现了定位、救援和报警灯功能，设置加速度传感器和火警传感器、距离传感器，实现了最优路径的计算功能，弓丨导了人们安全的逃生，并实现为灾后救援工作人员提供被困的受灾人员的位置，方便救援，提高救援速度。本实用新型的结构简单，功能丰富，较好地解决了现有的高层楼宇逃生系统存在的功能较单一，不具备最优路径的计算功能，无法引导人们安全逃生的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1是本实用新型实施例提供的基于无线传感器的楼宇逃生系统结构示意图；
[0033]图2是本实用新型实施例提供的后台中心服务器模块结构示意图；
[0034]图中:1、加速度传感器和火警传感器；2、警报模块；3、第一无线通信模块；4、后台中心服务器模块；4-1、数据分析模块；4-2、最优路径计算模块；4-3、用户登录管理模块；
4-4、通信模块；5、距离传感器；6、第二无线通信模块；7、定位模块；8、救援终端。
【具体实施方式】
[0035]为能进一步了解本实用新型的
【发明内容】
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下:本实用新型所用到的软件模块都属于已知模块，在购买硬件模块时，已经安装有软件。本实用新型不存在软件或方法的创新。
[0036]请参阅图1和图2:
[0037]如图1所示，本实用新型实施例的基于无线传感器的楼宇逃生系统主要由:加速度传感器和火警传感器1、警报模块2、第一无线通信模块3、后台中心服务器模块4、距离传感器5、第二无线通信模块6、定位模块7、救援终端8组成；
[0038]用于将地震产生的震动转换为电信号和不断检测环境温度与烟雾浓度，电信号经过A/D转换器转换为数字信号，将数字信号和环境温度与烟雾浓度发送到第一无线通信模块3的加速度传感器和火警传感器I ;
[0039]与加速度传感器和火警传感器I连接，用于发出高分贝警告的警报模块2 ；
[0040]与加速度传感器和火警传感器I连接，用于接收加速度传感器和火警传感器I的数字信号发送至后台中心服务器模块4，对比判断检测环境温度与烟雾浓度与预先设定的阀值进行对比判断是否发生火灾的第一无线通信模块3 ;
[0041]与第一无线通信模块3连接，用于加速度传感器和火警传感器I超过预先设定的阀值时出发报警模块2，接收距离传感器5测量的楼道前向通路长度，接收定位模块7的位置信息，并向救援终端8发出救助指令，用于对接收到的数据进行整理及分析，通过相关算法进行计算，为每一位用户算出一条最优的逃生路径，并把最优逃生路径通过无线通信系统传回用户救援终端8上的后台中心服务器模块4 ；
[0042]与第二无线通信模块6连接，用于在地震或火灾发生后开始工作，测量楼道前向通路长度，检测楼道的可通过性并将数据回传至后台中心服务器模块4的距离传感器5 ;
[0043]与后台中心服务器模块4连接，用于通过无线网络实现距离传感器5、定位模块7和救援终端8与后台中心服务器模块4连接的第二无线通信模块6 ；
[0044]与第二无线通信模块6连接，用于实时定位以及身份辨识，相关信息将通过第二无线通信模块6回传至后台中心服务器模块4的定位模块7 ；
[0045]与第二无线通信模块6连接，用于实现救援指令发出的救援终端8 ；
[0046]如图2所示，本实用新型的后台中心服务器模块4包括:数据分析模块4-1、最优路径计算模块4-2、用户登录管理模块4-3、通信模块4-4 ；
[0047]用于对接收到的数据进行整理及分析的数据分析模块4-1 ；
[0048]与数据分析模块4-1连接，用于对数据分析模块整理的数据通过相关算法进行计算，为每一位用户算出一条最优的逃生路径的最优路径计算模块4-2 ；
[0049]与最优路径计算模块4-2连接，用于登录管理救援中心后台服务器与逃生系统的用户登录管理模块4-3;
[0050]与数据分析模块4-1和最优路径计算模块4-2连接，用于接收来自第一无线通信模块3和第二无线通信模块6的数据，并把最优逃生路径通过第二无线通信模块6传回用户救援终端8上的通信模块4-4 ；
[0051]第一无线通信模块3和第二无线通信模块6，使用开放的2.4GHz频段组网，Zigbee网络具有自组织、自恢复的特性；
[0052]救援终端8，呈腕带或类似的形式，以CC2530芯片为通信模块，可通过1 口连接控制液晶显示装置和报警装置，具有时尚、轻便的特点，可与智能腕带等产品结合。
[0053]在本实用新型的实施例中，第一无线通信模块3和第二无线通信模块6主要由无线通信模块主节点和子节点组成。无线通信模块中包含CC2420模块。其中子节点包括无线传感器，获取数据并进行简单的处理，减轻后台服务中心模块的负担，CC2420模块将处理过的数据发送至主节点；主节点中的CC2420模块将子节点发来的数据传送；
[0054]加速度传感器中的敏感元件将地震产生的震动转换为电信号，第一无线通信模块将根据楼宇高度特性、当地平均风速等因素判断当地是否发生了地震；若地震发生，第一无线通信模块将通过无线通信网络将信号传至中心后台服务器，中心后台服务器触发整个网络进入工作模式；
[0055]距离传感器工作于IIC模式，根据IIC协议规定，距离传感器的SDA、SCL需分别接一个1k上拉电阻到VCC，可以降低功耗，延长独立电源的可用时长；多个距离传感器可以同时连接单片机模拟的SDA、SCL线上，同时进入工作状态；
[0056]有源RFID室内的定位模块主要包含阅读器和标签，阅读器安放在各通道中的已知位置，标签由用户持有；系统进入工作模式后，阅读器向标签发射激活信号，标签收到激活信号后进入工作模式，处于激活状态的便签会向读写器发送自己的信息，楼内各个位置的阅读器获取标签的信息以及信号强度RSSI值；阅读器将自己的设备地址、标签信息以及RSSI通过串口传送给无线通信节点，节点通过无线通信网络传送至后台中心服务器模块，后台中心服务器模块将根据RSSI的值进行综合判断各个便签距离哪个阅读器最近，最近的阅读器的位置即为标签的位置，从而实现人员定位；
[0057]本实用新型的工作原理:
[0058]本实用新型包括加速度传感器和火警传感器、超声波的距离传感器、室内定位传感器一系列传感器、高分贝报警器、救援终端、无线通信模块与后台中心服务器模块；
[0059]传感器部分由加速度传感器、超声波距离传感器、火警传感器、室内定位传感器组成，都通过1 口与无线通信模块相连构成无线传感器网络节点；其中加速度传感器安装于楼宇的顶部并根据层高设定相应的阈值，当发生地震时楼宇摆动产生加速度，当加速度值超过阈值时判断为地震发生并把数据通过无线通信系统传回后台中心服务器模块并触发报警器发出高分贝警告，同时后台中心服务器模块触发传感器网络与定位系统进入工作模式。火警传感器工作方式与加速度传感器类似故不赘述，同时火警传感器在火灾发生时将环境温度及烟雾浓度通过无线传感器网络回传至后台中心服务器模块。超声波距离传感器在地震或火灾发生后开始工作，主要以测量楼道前向通路长度的方式，检测楼道的可通过性并将数据回传至后台中心服务器模块；室内定位传感器集成在用户佩戴的救援终端上，通过RFID定位系统实现实时定位以及身份辨识，相关信息将通过无线通信系统回传至后台中央服务器1旲块；
[0060]中心后台服务器模块，包括登录管理界面模块、数据分析模块、最优路径计算模块和网络通信模块。登录管理界面模块，用于登录管理救援中心后台服务器与逃生系统，数据分析模块用于对接收到的数据进行整理及分析，最优路径计算模块用于对数据分析模块整理的数据通过相关算法进行计算，为每一位用户算出一条最优的逃生路径，网络通信模块用于接收来自无线通信系统的数据，并把最优逃生路径通过无线通信系统传回用户的救援终端上。
[0061]所有无线传感器网络节点均采用电源适配器与可充电电池协同工作的方式进行供电，类似于楼道应急灯，正常情况下由电源适配器进行供电，当灾害发生导致断电时由可充电电池供电；
[0062]加速度传感器将地震产生的震动信号转换为电信号，电信号通过单片机的A/D功能将模拟电信号转换为数字信号。若地震发生，第一无线通信模块通过无线通信网络将信号与数据传至中心后台服务器模块，中心后台服务器模块触发整个网络进入工作模式；
[0063]火警传感器不断检测环境温度与烟雾浓度，第一无线通信模块将其与阀值进行对比判断是否发生火灾。若火灾发生，第一无线通信模块通过无线通信网络将信号与数据传至中心后台服务器模块，中心后台服务器模块触发整个网络进入工作模式；
[0064]在灾害发生后，第二无线通信模块读取距离传感器返回的长度与火警传感器返回的环境温度与烟雾浓度，与事先设定好的阈值进行比较，若长度小于阈值或烟雾浓度大于阈值则说明此段道路不通，反之则说明此段道路通畅，然后将结果通过无线通信网络传送至后台中心服务器模块；
[0065]定位模块主要由阅读器和有源标签组成，阅读器与有源标签使用CC2530芯片构成RFID通信系统，同时有源标签通过1 口连接控制液晶显示装置和报警装置构成救援终端。系统开始工作后阅读器向标签发射激活信号，标签收到激活信号后处于激活状态，将标签中的信息发送给其通信范围内的阅读器，阅读器接收到标签信息后，将自身设备地址、标签信息以及该信息的接收信号强度RSSI值通过无线通信网络传送至后台中心服务器模块。后台中心服务器模块通过综合分析多个阅读器接收到的同一有源标签的信号强度RSSI值，判读出有源标签的具体位置(即与其距离最近的阅读器的位置)；
[0066]后台中心服务器模块采用Windows作为底层操作系统，包括登录管理界面模块、数据分析模块、最优路径计算模块和通信模块。登录管理界面模块以图形用户界面的形式呈现，实现直观地对整个逃生系统的控制与管理。数据分析模块将无线通信网络传回的各个路段的通行情况与楼内人员所在的位置构建拓扑模型。最优路径计算模块综合数据分析模块构建的拓扑模型数据，使用最优路径算法为每位人员计算出最优逃生路径。后台中心服务器模块通过串口与无线通信系统模块相连构成网络通信模块，接受无线通信网络传回的数据并把后台中心服务器模块算出的最优逃生路径通过无线通信网络发送给救援终端，救援终端在其显示屏上把最优路径显示出来以引导楼内人员逃生。
[0067]以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。
【权利要求】
1.一种基于无线传感器的楼宇逃生系统，其特征在于，该基于无线传感器的楼宇逃生系统包括:加速度传感器和火警传感器、警报模块、第一无线通信模块、后台中心服务器模块、距离传感器、第二无线通信模块、定位模块、救援终端组成； 用于将地震产生的震动转换为电信号和不断检测环境温度与烟雾浓度，电信号经过A/D转换器转换为数字信号，将数字信号和环境温度与烟雾浓度发送到第一无线通信模块的加速度传感器和火警传感器； 与加速度传感器和距离传感器连接，用于发出高分贝警告的警报模块； 与加速度传感器和火警传感器连接，用于接收加速度传感器和火警传感器的数字信号发送至后台中心服务器模块，对比判断检测环境温度与烟雾浓度与阀值进行对比判断是否发生火灾的第一无线通信模块； 与第一无线通信模块连接，用于加速度传感器和火警传感器超过预先设定的阀值时触发报警模块，接收距离传感器测量的楼道前向通路长度，接收定位模块的位置信息，并向救援终端发出救助指令，用于对接收到的数据进行整理及分析，通过相关算法进行计算，为每一位用户算出一条最优的逃生路径，并把最优逃生路径通过无线通信系统传回用户救援终端上的后台中心服务器1旲块； 与第二无线通信模块连接，用于在地震或火灾发生后开始工作，测量楼道前向通路长度，检测楼道的可通过性并将数据回传至后台中心服务器模块的距离传感器模块； 与后台中心服务器模块连接，用于通过无线网络实现距离传感器、定位模块和救援终端与后台中心服务器模块连接的第二无线通信模块； 与第二无线通信模块连接，用于实时定位以及身份辨识，相关信息将通过第二无线通信模块回传至后台中心服务器模块的定位模块； 与第二无线通信模块连接，用于实现救援指令发出的救援终端。
2.如权利要求1所述的基于无线传感器的楼宇逃生系统，其特征在于，第一无线通信模块和第二无线通信模块采用开放2.4GHz频段组网，Zigbee网络的第一无线通信模块和第二无线通信模块。
3.如权利要求1所述的基于无线传感器的楼宇逃生系统，其特征在于，救援终端呈腕带或类似的形式，以CC2530芯片为通信模块，通过1 口连接控制液晶显示装置和报警装置。
4.如权利要求1所述的基于无线传感器的楼宇逃生系统，其特征在于，第一无线通信模块和第二无线通信模块包括无线通信模块主节点和子节点。
5.如权利要求1所述的基于无线传感器的楼宇逃生系统，其特征在于，定位模块由阅读器和有源标签组成，阅读器与有源标签使用CC2530芯片构成RFID通信系统，同时有源标签通过1 口连接控制液晶显示装置和报警装置构成救援终端。
6.如权利要求1所述的基于无线传感器的楼宇逃生系统，其特征在于，加速度传感器和火警传感器、距离传感器、定位模块与第一无线通信模块和第二无线通信模块组成无线传感器网络节点。
7.如权利要求6所述的基于无线传感器的楼宇逃生系统，其特征在于，无线传感器网络节点采用电源适配器与可充电电池协同工作的方式进行供电。
8.如权利要求1所述的基于无线传感器的楼宇逃生系统，其特征在于，定位模块实现楼内人员的实时定位，为灾后救援工作人员提供被困的受灾人员的位置，方便救援，提高救援速度。
【文档编号】G08B21/10GK203950413SQ201420265349
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年5月22日 优先权日:2014年5月22日
【发明者】裴庆祺, 张桔, 潘骅, 冯鸣月 申请人:西安电子科技大学