一种基于物联网的消防广播自主控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及一种消防广播控制技术，尤其是一种基于物联网的消防广播自主控制系统及其控制方法。

背景技术：

消防广播系统也叫应急广播系统，是火灾逃生疏散和灭火指挥的重要设备，在整个消防控制管理系统中起着极其重要作用。

目前我国的建筑行业在迅猛发展的同时，在消防设计与管理方面却相对滞后，尤其是现行应急广播系统设计规范的内容过于笼统，很难保证在紧急情况下，能够发挥其引导内部使用人员进行安全疏散的作用。

现有的消防广播系统在学校以及居民楼层得到广泛应用，而传统的消防广播系统在发生火灾时需要人员的手动操作来完成广播呼叫以及声音播报，进而达到疏散人员和提示的效果，而这种手动操作方式会减小人员的疏散时间，影响最佳的逃生时间；而传统的消防广播系统需要人员的操作才能完成广播模式与消防广播模式的切换，从而造成人员疏散时间的浪费，而无法进行紧急播报造成火势的增大，从而造成巨大的损失，而在巨大的火势下进行手动操作无疑是不可能的，尤其面对复杂的楼层地势问题，而在人员集中的地方无疑是要重点考虑的。

技术实现要素：

发明目的：提供一种基于物联网的消防广播自主控制系统，以解决上述问题。

技术方案：一种基于物联网的消防广播自主控制系统，其特征在于，包括供电单元、检测单元、触发单元、控制单元、功率放大单元、语音储存模块、滤波模块；

供电单元，对输入电源进行稳压调节，同时给各个单元提供输出电源；

检测单元，通过烟雾传感器感知空气中的烟雾浓度，将超出报警范围的检测信号传递给下一级模块；

触发单元，接收检测单元检测信号的导通指令，完成电信号线路切换；

控制单元，获取触发单元的导通信号，完成检测信号的传输控制；

功率放大单元，用于在所述控制单元的控制下，稳定信号的传输和保护线路的安全；

语音储存模块，获取导通信号将内部储存的音频传递出去；

滤波单元，对传输中的音频进行过滤调节，阻止干扰音频段进入。

根据本发明的一个方面，所述供电单元包括电感l1、电容c2、电源器u1、电容c1、电阻r1，其中所述电感l1一端与直流电+vcc连接；所述电感l1另一端分别与电容c2一端、电源其u1引脚5连接；所述电容c2另一端与地线gnd连接；所述电源器u1引脚1与电容c1一端连接；所述电源器u1引脚2分别与电容c1另一端、电阻r1一端、地线gnd连接；所述电阻r1另一端与电源器u1引脚3连接；所述供电单元给各个用电单元及模块提供稳定的输出电源，通过电容c2的前置滤波和电容c1的后置滤波，调整输入与输出直流电，进而减少对检测元器件的影响。

根据本发明的一个方面，所述检测单元包括电阻r2、电容c3、二极管d1、可变电阻rv1、烟雾传感器y2，其中所述电阻r2一端分别与电容c3一端、二极管d1负极端、烟雾传感器y2引脚1、电源器u1引脚1、电容c1一端连接；所述电阻r2另一端与烟雾传感器y2引脚3连接；所述电容c3另一端分别与二极管d1正极端、烟雾传感器y2引脚4、可变电阻rv1引脚2连接；所述可变电阻rv1引脚3与烟雾传感器y2引脚2连接；所述检测单元通过烟雾传感器y2感知空气中的烟雾浓度，将超出报警范围的检测信号传递给下一级模块；可通过可变电阻rv1阻止变化调节信号的响应范围，从而实现报警范围内灵敏度的调节，减少误响应及延时响应。

根据本发明的一个方面，所述触发单元包括电阻r12、电阻r11、三极管q1、二极管d2、继电器st、触发开关s1、二极管d3、二极管d4，其中所述电阻r12一端与可变电阻rv1引脚1连接；所述电阻r12另一端=分别与电阻r11一端、三极管q1基极端连接；所述三极管q1发射极端分别与电阻r11另一端、地线gnd连接；所述三极管q1集电极端分别与二极管d2正极端、继电器st一端连接；所述二极管d2负极端分别与继电器st另一端、电阻r2一端、电容c3一端、二极管d1负极端、烟雾传感器y2引脚1、电源器u1引脚1、电容c1一端连接；所述触发开关s1引脚1与端口in连接；所述触发开关s1引脚3与二极管d3正极端连接；所述二极管d3负极端与端口out1连接；所述二极管d4负极端与端口out2连接；所述触发单元接收检测单元的检测信号，完成电信号线路控制，通过继电器st吸附触发开关s1的隔离触发方式，从而不会出现线路与线路之间连通时出现信号互相干扰的情况。

根据本发明的一个方面，所述控制单元包括电阻r3、电阻r4、晶体振荡器x1、晶体振荡器x2、电阻r5、电容c4、定时器u3，其中所述电阻r3一端分别与定时器u3引脚8、二极管d2负极端、继电器st另一端、电阻r2一端、电容c3一端、二极管d1负极端、烟雾传感器y2引脚1、电源器u1引脚1、电容c1一端连接；所述电阻r3另一端分别与电阻r4一端、定时器u3引脚7连接；所述电阻r4另一端分别与晶体振荡器x1引脚1、定时器u3引脚5和引脚6连接；所述晶体振荡器x1引脚2分别与晶体振荡器x2引脚2、定时器u3引脚1、地线gnd、电容c3另一端、二极管d1正极端、烟雾传感器y2引脚4、可变电阻rv1引脚2连接；所述晶体振荡器x2引脚1与定时器u3引脚2连接；所述定时器u3引脚4分别与电阻r12一端、可变电阻rv1引脚1连接；所述定时器u3引脚3分别与电容c4正极端、触发开关s1引脚2连接；所述电容c4负极端与电阻r5一端连接；所述电阻r5另一端与地线gnd连接；所述控制单元通过触发开关s1的闭合，获取导通信号，通过路径的转换控制输出，从而根据端口in的导通实现控制单元的运行，减少触发开关s1无闭合状态时出现电能损耗的情况。

根据本发明的一个方面，所述功率放大单元包括音频放大器u4、电容c7、电容c9、电阻r7、电阻r6、电容c6、电容c5，其中所述音频放大器u4引脚3分别与电容c4负极端、电阻r5一端连接；所述音频放大器u4引脚9和引脚7均与电容c7正极端连接；所述电容c7负极端分别与音频放大器u4引脚6、电容c9一端、地线gnd连接；所述电容c9另一端分别与音频放大器u4引脚8、电阻r7一端连接；所述电阻r7另一端分别与电阻r6一端、音频放大器u4引脚2连接；所述电阻r6另一端与电容c6正极端连接；所述电容c6负极端与地线gnd连接；所述音频放大器u4引脚4和引脚5均与电容c5正极端连接；所述电容c5负极端与地线gnd连接；所述音频放大器u4引脚1与地线gnd连接，所述功率放大电源当进行信号传输时，其输入信号的不稳定，会造成信号的波动，从而通过电容c5、电容c7、电容c6对传输信号进行过滤、整流、储存，从而减少受损信号的传输。

根据本发明的一个方面，所述语音储存模块包括灯led1、电感l4、电感l2、电容c11、处理器u5、电容c8、电容c10、电阻r8、电感l3，其中所述处理器u5引脚3分别与灯led1电容c9另一端、音频放大器u4引脚8、电阻r7一端连接；所述处理器u5引脚5与电容c10一端连接；所述电容c10另一端与电阻r8一端连接；所述电阻r8另一端与电感l3一端连接；所述电感l3另一端分别与电容c8正极端、处理器u5引脚1和引脚7、灯led1正极端连接；所述电容c8负极端分别与处理器u5引脚2、地线gnd连接；所述处理器u5引脚9与电感l2一端连接；所述电感l2另一端与地线gnd连接；所述处理器u5引脚8与电感l4一端连接；所述电感l4另一端与灯led1负极端连接；所述处理器u5引脚6与电容c11一端连接；所述电容c11另一端与地线gnd连接；所述语音储存模块当进行语音传输时，其转换数据不稳定，会造成音频传输波动的稳定，从而通过电容c8过滤，电感l3稳流，减少对音频转换电路的影响。

根据本发明的一个方面，所述滤波模块包括运算放大器u6、电容c13、电阻r9、电阻r10、电容c12，其中所述电阻r10一端与处理器u5引脚4连接；所述电阻r10另一端分别与电阻r9一端、电容c12一端连接；所述电阻r9另一端分别与运算放大器u6引脚3、电容c13一端连接；所述电容c13另一端与地线gnd连接；所述电容c12另一端分别与运算放大器u6引脚6和引脚2、二极管d4正极端连接；所述运算放大器u6引脚4与地线gnd连接；所述运算放大器u6引脚7分别与直流电+vcc、电感l3另一端、电容c8正极端、处理器u5引脚1和引脚7、灯led1正极端连接；所述滤波模块当进行音频信号传输时，其受到其它路径的信号干扰，会引起音频信号不稳定的问题，从而进行电容c13滤波，再通过运算放大器u6对受损音频信号进行运算调整，减少远距离音频信号传输的损伤。

根据本发明的一个方面，所述电容c4、所述电容c5、所述电容c6、所述电容c7、所述电容c8型号均为电解电容；所述二极管d1、所述二极管d2型号均为稳压二极管；所述三极管q2、所述三极管q1型号为npn；所述音频放大器u4型号为td7294；所述电源器u1型号为rt9193；所述烟雾传感器y2型号为mq-7；所述定时器u3型号为555；所述处理器u5型号为isd1820。

根据本发明的一个方面，一种基于物联网的消防广播自主控制系统的控制方法，其特征在于，针对消防广播系统的控制，采用双环结构，用三个非线性pi环节实现了对直流电压与功率因数的控制，而pi调节是一种线性控制，根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，基于双环结构的感应控制的控制步骤如下：

步骤1、分别对相位的层次结构进行定义，具体为：

层次上从上到下依次由“相序信息类”、“相位组信息类”、“相位组内相序信息类”和“阶段信息类”四个类组成，类的层次关系由3个字典负责组织；

“相序信息类”中有顶层字典“相位组字典”，其关键字为起始阶段号，值为“相位组信息类”，连接了顶层的相序和第二层的相位组；

“相位组信息类”中有第二重字典“相位组相序字典”，关键字是起始阶段号，值是“相位组内相序信息类”，连接了第二层的相位组和第三层的相位内相序；

“相位组内相序信息类”中有第三重字典“阶段字典”，关键字是当前阶段号，值是“阶段信息类”，连接了第三层的相位组内相序和第四层的阶段；

“阶段信息类”中的阶段参数中有该阶段包含的所有相位号，通过相位号获取信号时间参数信息中的“相位信息类”，连接了第四层的阶段和底层的相位，满足信号控制运算的需求；

步骤2、根据全局记录的相位组编号及相位组字典确定处于服务状患的相位组；

步骤3、按照设定的起始阶段，通过相序字典来确定相序，同时根据起始阶段号与阶段字典确定当前处于服务状态的相位，开始相序的运行；

步骤4、处于服务状态的所有相位按照各自控制逻辑运行，并且判断是否有服务相位需要切换，若有服务相位需要切换，转至步骤5，若没有服务相位需要切换，反复执行步骤4；

步骤5、在相序运行过程中，当某一服务相位需要切换时，根据边界相位，数组确定是否需要切换相位组，若需要切换相位近，则更新相位组编号，转至步骤2，若不需要巧换相位组，则根据相位切换字典确定下一阶段，同时根据阶段字典更新处于服务状态的相位，继续相序的运行。

根据本发明的一个方面，所述相位切换运算方式，通过相位切换逻辑的具体判断，具体步骤如下：

步骤1、首先判断条件1，当结果为0个相位，则保持当前相位继续运行，不切换相位，保持当前相位继续处于服务状态，结束切换逻辑，当结果为1个相位，转至步骤2，当结果为2个相位，转至步骤3；

步骤2、当结果为1个相位，依次检查并记录条件2至条件5的结果，然后转至判断规则1进行相位切换决策；

步骤3、当结果为2个相位，判断条件6，当结果为1个相位则依次判断并记录条件7条件8结果后当结果为2个相位时，转至判断规则2进行相位的切换。

有益效果：本发明设计一种基于物联网的消防广播自主控制系统及其控制方法，通过将设置的火灾报警系统与广播系统并联的方式连接，进而在无火灾状态下保障广播系统的正常运行，而利用广播系统的主机端设备扩张接口与消防广播系统连接进而处于待机状态，进而在突发时间中能够紧急进行语音播报，通过利用原有的广播系统线路，进而减少复杂线路的使用，节省线路布局，通过火灾探测器自主检测，超出报警范围时就会将广播模式转换为消防广播模块，从而利用原始的传输线路传输报警信号，进而在火灾发生期间减少人员的手动操作消防广播系统，造成人员的伤亡，再利用语音存储循环播放逃生出口，从而提示人员快速的逃离，提高集中人员疏散时间。

附图说明

图1是本发明的结构框图。

图2是本发明的消防广播自主控制系统分布图。

图3是本发明的供电单元电路图。

图4是本发明的检测单元电路图。

图5是本发明的触发单元电路图。

图6是本发明的控制单元电路图。

图7是本发明的功率放大单元电路图。

图8是本发明的语音储存模块电路图。

图9是本发明的双环结构信号组织结构图。

图10是本发明的感应控制相位切换逻辑判断流程图。

具体实施方式

如图1所示，在该实施例中，一种基于物联网的消防广播自主控制系统，其特征在于，包括供电单元、检测单元、触发单元、控制单元、功率放大单元、语音储存模块、滤波模块；

供电单元，对输入电源进行稳压调节，同时给各个单元提供输出电源；

检测单元，通过烟雾传感器感知空气中的烟雾浓度，将超出报警范围的检测信号传递给下一级模块；

触发单元，接收检测单元检测信号的导通指令，完成电信号线路切换；

控制单元，获取触发单元的导通信号，完成检测信号的传输控制；

功率放大单元，用于在所述控制单元的控制下，稳定信号的传输和保护线路的安全；

语音储存模块，获取导通信号将内部储存的音频传递出去；

滤波单元，对传输中的音频进行过滤调节，阻止干扰音频段进入。

在进一步的实施例中，如图3所示，所述供电单元包括电感l1、电容c2、电源器u1、电容c1、电阻r1。

在更进一步的实施例中，所述供电单元中所述电感l1一端与直流电+vcc连接；所述电感l1另一端分别与电容c2一端、电源其u1引脚5连接；所述电容c2另一端与地线gnd连接；所述电源器u1引脚1与电容c1一端连接；所述电源器u1引脚2分别与电容c1另一端、电阻r1一端、地线gnd连接；所述电阻r1另一端与电源器u1引脚3连接。

在进一步的实施例中，如图4所示，所述检测单元包括电阻r2、电容c3、二极管d1、可变电阻rv1、烟雾传感器y2。

在更进一步的实施例中，所述检测单元中所述电阻r2一端分别与电容c3一端、二极管d1负极端、烟雾传感器y2引脚1、电源器u1引脚1、电容c1一端连接；所述电阻r2另一端与烟雾传感器y2引脚3连接；所述电容c3另一端分别与二极管d1正极端、烟雾传感器y2引脚4、可变电阻rv1引脚2连接；所述可变电阻rv1引脚3与烟雾传感器y2引脚2连接。

在进一步的实施例中，如图5所示，所述触发单元包括电阻r12、电阻r11、三极管q1、二极管d2、继电器st、触发开关s1、二极管d3、二极管d4。

在更进一步的实施例中，所述触发单元中所述电阻r12一端与可变电阻rv1引脚1连接；所述电阻r12另一端=分别与电阻r11一端、三极管q1基极端连接；所述三极管q1发射极端分别与电阻r11另一端、地线gnd连接；所述三极管q1集电极端分别与二极管d2正极端、继电器st一端连接；所述二极管d2负极端分别与继电器st另一端、电阻r2一端、电容c3一端、二极管d1负极端、烟雾传感器y2引脚1、电源器u1引脚1、电容c1一端连接；所述触发开关s1引脚1与端口in连接；所述触发开关s1引脚3与二极管d3正极端连接；所述二极管d3负极端与端口out1连接；所述二极管d4负极端与端口out2连接。

在进一步的实施例中，如图6所示，所述控制单元包括电阻r3、电阻r4、晶体振荡器x1、晶体振荡器x2、电阻r5、电容c4、定时器u3。

在更进一步的实施例中，所述控制单元中所述电阻r3一端分别与定时器u3引脚8、二极管d2负极端、继电器st另一端、电阻r2一端、电容c3一端、二极管d1负极端、烟雾传感器y2引脚1、电源器u1引脚1、电容c1一端连接；所述电阻r3另一端分别与电阻r4一端、定时器u3引脚7连接；所述电阻r4另一端分别与晶体振荡器x1引脚1、定时器u3引脚5和引脚6连接；所述晶体振荡器x1引脚2分别与晶体振荡器x2引脚2、定时器u3引脚1、地线gnd、电容c3另一端、二极管d1正极端、烟雾传感器y2引脚4、可变电阻rv1引脚2连接；所述晶体振荡器x2引脚1与定时器u3引脚2连接；所述定时器u3引脚4分别与电阻r12一端、可变电阻rv1引脚1连接；所述定时器u3引脚3分别与电容c4正极端、触发开关s1引脚2连接；所述电容c4负极端与电阻r5一端连接；所述电阻r5另一端与地线gnd连接。

在进一步的实施例中，如图7所示，所述功率放大单元包括音频放大器u4、电容c7、电容c9、电阻r7、电阻r6、电容c6、电容c5。

在更进一步的实施例中，所述功率放大单元中所述音频放大器u4引脚3分别与电容c4负极端、电阻r5一端连接；所述音频放大器u4引脚9和引脚7均与电容c7正极端连接；所述电容c7负极端分别与音频放大器u4引脚6、电容c9一端、地线gnd连接；所述电容c9另一端分别与音频放大器u4引脚8、电阻r7一端连接；所述电阻r7另一端分别与电阻r6一端、音频放大器u4引脚2连接；所述电阻r6另一端与电容c6正极端连接；所述电容c6负极端与地线gnd连接；所述音频放大器u4引脚4和引脚5均与电容c5正极端连接；所述电容c5负极端与地线gnd连接；所述音频放大器u4引脚1与地线gnd连接。

在进一步的实施例中，如图8所示，所述语音储存模块包括灯led1、电感l4、电感l2、电容c11、处理器u5、电容c8、电容c10、电阻r8、电感l3。

在更进一步的实施例中，所述语音储存模块中所述处理器u5引脚3分别与灯led1电容c9另一端、音频放大器u4引脚8、电阻r7一端连接；所述处理器u5引脚5与电容c10一端连接；所述电容c10另一端与电阻r8一端连接；所述电阻r8另一端与电感l3一端连接；所述电感l3另一端分别与电容c8正极端、处理器u5引脚1和引脚7、灯led1正极端连接；所述电容c8负极端分别与处理器u5引脚2、地线gnd连接；所述处理器u5引脚9与电感l2一端连接；所述电感l2另一端与地线gnd连接；所述处理器u5引脚8与电感l4一端连接；所述电感l4另一端与灯led1负极端连接；所述处理器u5引脚6与电容c11一端连接；所述电容c11另一端与地线gnd连接。

在进一步的实施例中，所述滤波模块包括运算放大器u6、电容c13、电阻r9、电阻r10、电容c12。

在更进一步的实施例中，所述滤波模块中所述电阻r10一端与处理器u5引脚4连接；所述电阻r10另一端分别与电阻r9一端、电容c12一端连接；所述电阻r9另一端分别与运算放大器u6引脚3、电容c13一端连接；所述电容c13另一端与地线gnd连接；所述电容c12另一端分别与运算放大器u6引脚6和引脚2、二极管d4正极端连接；所述运算放大器u6引脚4与地线gnd连接；所述运算放大器u6引脚7分别与直流电+vcc、电感l3另一端、电容c8正极端、处理器u5引脚1和引脚7、灯led1正极端连接。

在进一步的实施例中，如图2所示，所述电容c4、所述电容c5、所述电容c6、所述电容c7、所述电容c8型号均为电解电容；所述二极管d1、所述二极管d2型号均为稳压二极管；所述三极管q2、所述三极管q1型号为npn；所述音频放大器u4型号为td7294；所述电源器u1型号为rt9193；所述烟雾传感器y2型号为mq-7；所述定时器u3型号为555；所述处理器u5型号为isd1820。

在进一步的实施例中，如图9所示，一种基于物联网的消防广播自主控制系统的控制方法，其特征在于，针对消防广播系统的控制，采用双环结构，用三个非线性pi环节实现了对直流电压与功率因数的控制，而pi调节是一种线性控制，根据给定值与实际输出值构成控制偏差，将偏差的比例和积分通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，基于双环结构的感应控制的控制步骤如下：

步骤1、分别对相位的层次结构进行定义，具体为：

层次上从上到下依次由“相序信息类”、“相位组信息类”、“相位组内相序信息类”和“阶段信息类”四个类组成，类的层次关系由3个字典负责组织；

“相序信息类”中有顶层字典“相位组字典”，其关键字为起始阶段号，值为“相位组信息类”，连接了顶层的相序和第二层的相位组；

“相位组信息类”中有第二重字典“相位组相序字典”，关键字是起始阶段号，值是“相位组内相序信息类”，连接了第二层的相位组和第三层的相位内相序；

“相位组内相序信息类”中有第三重字典“阶段字典”，关键字是当前阶段号，值是“阶段信息类”，连接了第三层的相位组内相序和第四层的阶段；

“阶段信息类”中的阶段参数中有该阶段包含的所有相位号，通过相位号获取信号时间参数信息中的“相位信息类”，连接了第四层的阶段和底层的相位，满足信号控制运算的需求；

步骤2、根据全局记录的相位组编号及相位组字典确定处于服务状患的相位组；

步骤3、按照设定的起始阶段，通过相序字典来确定相序，同时根据起始阶段号与阶段字典确定当前处于服务状态的相位，开始相序的运行；

步骤4、处于服务状态的所有相位按照各自控制逻辑运行，并且判断是否有服务相位需要切换，若有服务相位需要切换，转至步骤5，若没有服务相位需要切换，反复执行步骤4；

步骤5、在相序运行过程中，当某一服务相位需要切换时，根据边界相位，数组确定是否需要切换相位组，若需要切换相位近，则更新相位组编号，转至步骤2，若不需要巧换相位组，则根据相位切换字典确定下一阶段，同时根据阶段字典更新处于服务状态的相位，继续相序的运行。

在进一步的实施例中，如图10所示，所述相位切换运算方式，通过相位切换逻辑的具体判断，具体步骤如下：

步骤1、首先判断条件1，当结果为0个相位，则保持当前相位继续运行，不切换相位，保持当前相位继续处于服务状态，结束切换逻辑，当结果为1个相位，转至步骤2，当结果为2个相位，转至步骤3；

步骤2、当结果为1个相位，依次检查并记录条件2至条件5的结果，然后转至判断规则1进行相位切换决策；

步骤3、当结果为2个相位，判断条件6，当结果为1个相位则依次判断并记录条件7条件8结果后当结果为2个相位时，转至判断规则2进行相位的切换。

总之，本发明具有以下优点：供电单元给各个单元提供稳定的输出电源，而电感l1用于通直隔交，电容c2一端接地，过滤输入电源电压中的多余频段；而检测单元通过感知空气中的烟雾浓度，将检测信号传递给下一级模块，电容c3通过储存电能提高烟雾传感器y2的运行时导通响应速度；再通过触发单元接收检测单元的导通指令，完成信号线路的切换；再通过控制单元获取触发单元的导通信号，完成检测信号的传输控制，而电阻r3和电阻r4通过控制电容c4的充电时间而得到定时器u3的延时控制；而功率放大单元在控制单元的控制下，稳定信号的传输和保护线路的安全，而电容c5、电容c7和电容c6用于对线路进行过滤、整流、储存，再通过语音储存模块接收信号导通指令，将储存的音频传递出去，而在电信号的传输中通过电容c8过滤干扰电信号的汇入，电感l3用于稳定电流，电容c11一端接地消除处理器u5运算中的杂质信号；而滤波模块对传输中的音频信号通过电容c13进行过滤调节，减少刺耳的音频声，通过原始广播系统的线路传递消防广播，从而自主控制消防广播系统地运行，满足信号控制运算的需求，完成智能检测以及智能播报。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。