[0001] 本发明涉及无线控制应急救援技术领域，具体涉及一种钢化玻璃无线控制破碎装置。

[0002] 钢化玻璃 （Tempered glass/Reinforced glass） 属于安全玻璃。钢化玻璃其实是一种预应力玻璃，为提高玻璃的强度，通常使用化学或物理的方法，在玻璃表面形成压应力，玻璃承受外力时首先抵消表层应力，从而提高了承载能力，增强玻璃自身抗风压性，寒暑性，冲击性等。钢化玻璃通常应用在建筑、家居、家电、电子、汽车制造等行业。

[0003] 近年来，发生多起乘客因无法打开汽车玻璃窗导致无法逃离而发生的死亡 事故。钢化玻璃无线控制破碎装置能够自动获取环境的烟雾以及液位的深度， 通过智能决策后对钢化玻璃进行破碎处理，从而减少封闭环境下的人员伤亡。 通过合理的安装方式以及火药药量的合理控制，钢化玻璃无线控制破碎装置能 够准确的对钢化玻璃进行破碎而对人员不产生伤害。

[0004]

[0005] 上述的钢化玻璃无线控制破碎装置，所述电源电路包含锂电池充电电路、锂电池保护电路、降压电路和升压电路，所述锂电池充电电路采用SUN4056充电管理IC，锂电池保护电路采用SD5350，所述降压电路采用TLV70233，所述升压电路采用SD6271。

[0006] 上述的钢化玻璃无线控制破碎装置，还包含储能电路，所述储能电路由所述升压电路将锂电池输出电压升压至12V，并采用4700uF/16V点解电容进行储能，所述储能电路充电时间为300mS。

[0007] 上述的钢化玻璃无线控制破碎装置，还包括由两级NPN组成的大电流放电电路，所述ARM微处理器驱动所述大电流放电电路以控制STD12NF06 NMOS管VGS电压状态，根据VGS电压实现D极与S极导通或截止，在D极与S极导通状态下，瞬时通过两级电流达8A。

[0008] 上述的钢化玻璃无线控制破碎装置，所述自检电路模拟放电电路并在此基础上增加模数转换电路，通过模拟放电过程，检测节点是否处于正常状态。

[0009] 上述的钢化玻璃无线控制破碎装置，各所述装置具有唯一ID编号，ID编号由所述ARM微处理器通过zigbee网络进行编辑。

[0010] 本发明的有益效果：本发明的破碎装置在消防、武警反恐、交通运输等领域具有广泛应用潜力，该装置在常态（一般是指室温环境，25℃左右，无潮湿、烟火等）工作环境下，可以由手动开关或感知信号产生无线控制，破碎装置接收到无线控制信号后触发破玻头从而起到破碎钢化玻璃的目的，也可以在非常态的紧急环境下（一般指烟火环境，高温环境，液体环境等）使用。整个破碎装置无线信号通信范围距离在10米左右，并且多个破碎装置能够被同一个控制节点控制。附图说明

[0011]图1为本发明组成结构框图；
图2为本发明电源管理结构框图；
图3为本发明微处理器控制结构示意图；
图4为本发明破玻头控制示意图；
图5为本发明自检电路接示意图；
图6为本发明微处理器软件工作流程图。

[0012] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

[0013] 具体的，如图1所示，本发明公开了一种钢化玻璃无线控制破碎装置。整套装置采用太阳能+电池的组合方式进行供电，多数条件下主要由锂电池供电，太阳能主要作用给锂电池充电，其尺寸为80mm*40mm，输出DC 5V，提供最大电流为80mA。为保证该装置能够长时间的运行，所配备锂电池容量为10000mAh。太阳能电池板输出直接与锂电池充电IC进行连接，锂电池充电IC根据太阳能电池板输出电压以及锂电池电压动态控制锂电池充电电流。为防止锂电池在充电或放电过程出现过充和过放的情况，该装置在锂电池串联回路设计有锂电池保护电路，保护电路会自动检测锂电池两端电压和电流，一旦发现异常，则断开锂电池与负载电路连接。锂电池输出电压通过降压电路和升压电路为后续功能模块提供电能。
降压电路将锂电池输出电压降压至DC 3.3V，为微处理器和无线通信电路提供电能。升压电路将锂电池输出电压升压至DC 12V，为储能电路供电。

[0014] 微处理器主要由STM32F103C8T6组成，它主要完成对升压电路、NMOS放电电路、储能电路、模数转换电路和无线通信电路控制，并且STM32F103C8T6需要完成自身的逻辑控制，接收来自主控节点的控制命令，根据不同的命令，需要做出不用的相应，达到控制的目的。除此之外STM32F103C8T6微处理器对整个装置的功耗进行管理，在正常状态下均处于低功耗状态，装置所消耗的电流在uA级。

[0015] 无线通信电路基于zigbee网络开发，实现钢化玻璃无线控制破碎装置与主控之间的数据和命令的交付。上电后，STM32F103C8T6微处理器对自动对无线通信电路进行网络参数配置，进入正常工作状态后，无线通信电路以周期方式唤醒，以获取网络数据。

[0016] 图2是钢化玻璃无线控制破碎装置电源管理结构框图。电源管理电路主要由六个部分构成：太阳能电池板、锂电池、锂电池充电电路、锂电池保护电路、降压电路和升压电路。太阳能电池板主要作用为锂电池充电，在阳光充足条件下，电池板输出电流达80mA。太阳能电池板与锂电池之间采用SUN4056充电管理IC，SUN4056采用了内部PMOSFET架构以及防倒充电路，有效保障锂电池充电安全。SUN4056热反馈可对充电电流进行自动调节，以便在大功率操作或高环境温度条件下对芯片温度加以限制。充电电压固定于4.2V，充电电流可通过一个电阻器进行外部设置。当充电电流在达到最终浮充电压之后降至设定值 1/10 时，SUN4056 将自动终止充电循环。当太阳能电池板停止输出电压时，SUN4056自动进入低电流状态，并将电池漏电电流降至1微安以下。锂电池输出电压通过TLV70233，将电压恒压输出为3.3V，为STM32F103C8T6微处理器和无线通信电路提供电能。锂电池输出电压通过SD6271升压电路，将电压恒压输出为12V，为储能电路提供电能。电压电路由STM32F103C8T6微处理器直接控制，在多数状态下，升压电路均处于非工作状态，电压电路输出端电压即为锂电池电压。当电压电路需要进行升压时，只需微处理器发出使能信号，升压电路在10mS内将电压升压至12V，并且储能电路已准备就绪。在锂电池负极串联一颗SD5350锂电池保护IC，SD5350A集成了先进的功率管，高精度电压检测和延迟电路。SD5350A具有过充保护，过放保护，过流保护、短路保护等完整锂电池保护功能。SD5350内部集成MOS管电路，当它检测到锂电池处于正常工作状态时，MOS管电路处于导通状态，锂电池与负载处于正常的链接状态，当它检测到锂电池处于不正常工作状态时，MOS管电路处于截止状态，锂电池与负载处于断开状态，从而达到保护的目的。

[0017] 图3是钢化玻璃无线控制破碎装置微处理器控制结构示意图。微处理器控制电路核心为STM32F103C8T6单片机，运行速度为72mhz，能进行浮点运算，并在休眠状态下具有nA级功耗。STM32F103C8T6单片机为整个装置的控制核心，其主要完成以下功能：1、通无线通信电路完成网络配置和数据交付；2、通过自检电路判断装置自身状态是否正常；3、通过升压电路完成电能储能，为破玻头引爆做好准备工作；4、通过放电电路引爆破玻头，达到破碎的目的。

[0018] 该装置需要采用zigbee网络进行组网通信，同一个zigbee网络可以包含多个相同的装置，每个装置之间采用软件ID进行区分。在组网过程，STM32F103C8T6需要根据网络名称以及网络密码进行对应匹配。只有在成功的加入zigbee网络后，该装置才能通过无线进行控制。STM32F103C8T6与无线通信电路之间采用串口通信，通信波特率为115200bps。由于该装置采用太阳能+锂电池的供电方案，故在多数时间内，该装置处于低功耗模式。在低功耗模式下该装置电流小于1mA，并且可以通过无线通信的方式进行唤醒。无线通信电路采用AW516X zigbee网络模块。AW516X具有自动唤醒和组网功能。在本装置中，AW516X唤醒周期为1000 mS，工作时间为10 mS。AW516X加入网络后，默认设置为从节点，当AW516X从休眠状态唤醒时，会自动查询网络，并且向主节点询问是否包含自身数据，如有则下载数据，如没有则进入休眠状态。当AW516X从主节点下载完成数据后，会给STM32F103C8T6单片机发送一个NIRQ信号，该信号用于唤醒STM32F103C8T6单片机，唤醒后AW516X通过串口将下载的数据发送给STM32F103C8T6单片机，本装置设计唤醒到数据发送的时间间隔为10 mS。AW516X采用zigbee通信协议，支持数据重传，并且设置最大重传次数为10次。STM32F103C8T6单片机在得到引爆命令后，会控制升压电路将锂电池输出电压升压至12V，待储能电路完成储能后，控制放电电路，实现引爆或自荐过程。放电电路以及升压电路均由STM32F103C8T6单片机产生TTL电平进行控制。在放电电路放电瞬间，STM32F103C8T6单片机通过自检电路判断其参数，根据参数综合决定自身状态，并且将该状态通过AW516X上传给主控。

[0019] 图4是钢化玻璃无线控制破碎装置破玻头控制示意图。破玻头等效电阻约为1欧姆，其引爆取决于通过破玻头内部电流大小，当电流超过4A时，破玻头即可引爆。本装置所设计升压电路，所提供最大电流为2A，无法达到4A标准。故在升压电路设计有储能电路，该电路核心部件为一颗4700uF/16V电解电容。使能升压电路即可给储能电路进行充电，充电时间约300mS。当储能电路充电完成后，STM32F103C8T6单片机控制放电电路，此时破玻头两端电压为8V，瞬时电流8A。放电电路主要由NPN三极管和NMOS管构成，NPN三极管采用S8050，NMOS管采用STD12NF06。STD12NF06具有60V耐压值，0.08Ω导通电阻，12A最大导通电流。

[0020] 图5是钢化玻璃无线控制破碎装置自检电路接示意图。自检电路与破玻头控制电路结构相似，并在此基础上增加了模数转换电路。采用大功率电阻替代破玻头，模拟引爆过程。微处理器控制放电电路过程中，通过模拟转换电路记录整个放电过程，通过内部算法综合判断储能电路和放电电路是否达到要求，并且也可通过自检的方式判断电池电量。图6是微处理器软件工作流程图。上电后，STM32F103C8T6单片机配置自身相关传输，例如串口波特率、延时时间、运行速度等。配置完成后，单片机完成zigbee网络参数配置，并且查看自身是否已分配ID，如果没有分配，则等待分配，如已分配则直接进入低功耗状态，等待唤醒。STM32F103C8T6单片机唤醒后，首先通过串口解析命令，首先判断命令类型。如果为引爆命令，则使能升压电路并等待储能完成，完成后使能放电电路即引爆。如接收命令类型为自检，STM32F103C8T6单片机执行自检电路上执行同样操作，并且采集电压变化情况。根据电压变化判断装置自身状态，并且将该状态传输给控制端。