消防栓在线监测定位系统及其方法
【专利摘要】本发明的消防栓在线监测定位系统，包括MCU控制器、GPRS通信模块、PC控制主机，MCU控制器的输入端连接有检车消防栓水压是否超上限和下限的机械式压力超限检测传感器、对消防栓的水压数值进行检测的电子水压传感器以及周期唤醒脉冲发生器。本发明的监测方法包括：a)系统初始化；b)系统进入休眠；c)压力是否超限；d)产生超限报警信号；e)判断是否到定时周期；f)传送压力值信号。本发明的监测系统及方法，通过设置与MCU控制器相连的机械式压力超限检测传感器和电子水压传感器，通过周期性监测消防栓内的水压，确保一定时间段内可获取至少一次消防栓内的水压值，确保了消防栓始终处于可供使用的状态。
【专利说明】消防栓在线监测定位系统及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种消防栓在线监测定位系统及其方法，更具体的说，尤其涉及一种功耗低、使用寿命长以及可实现无缝隙监测的消防栓在线监测定位系统及其方法。
【背景技术】
[0002]城市的智能消防栓系统对于城市的基础设施升级，提高消防栓管理及维护有着重要的现实意义，现有的消防栓主要供消防车从市政给水管网或室外消防给水管网取水实施灭火，也可以直接连接水带、水枪出水灭火。在消防队装备的消防车中，因自身运载水量有限，在灭火时往往需要寻找水源。这时，消防栓就发挥出巨大的供水功能。然而现实生活中，由于一些单位和个人消防安全意识淡薄，消防栓被损坏的情况非常普遍。
[0003]“消防水闸误关”或“水管破裂”，系统都会直接报警，保证水箱水位正常、消防栓水压正常、喷淋水压正常、贮水池水位正常。由于气温升高，水管内充气严重的情况下，很容易造成水管爆裂，避免这种情况就是安装微量排气阀。
[0004]对于现有的消防水系统远程监测平台来说，一般采用电子式压力传感器检测消防栓内的水压，在没有电源的室外，电子式压力传感器采用电池供电，使用寿命较短，如果电池更换和检修不及时，极有可能造成消防栓内水压的误报，遇到火灾发生时，可能会发生消防栓内无水的尴尬情形，严重影响火灾的救援。
【发明内容】
[0005]本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种功耗低、使用寿命长以及可实现无缝隙监测的消防栓在线监测定位系统及其方法。
[0006]本发明的消防栓在线监测定位系统，包括MCU控制器、GPRS通信模块、PC控制主机以及对消防栓进行定位的相位差分定位基站；其特征在于:所示MCU控制器的输入端连接有检测消防栓水压是否超上限和下限的机械式压力超限检测传感器、对消防栓的水压数值进行检测的电子水压传感器以及周期唤醒脉冲发生器，机械式压力超限检测传感器和电子水压传感器均设置于消防栓管体上；GPRS通信模块与MCU控制器的输出端相连接，用于将MCU控制器采集的报警信号、水压数值和该点的地理位置坐标信息通过以太网发送至PC控制主机，PC控制主机连接有用于向移动终端发送报警信息的短信报警模块。
[0007]本发明的消防栓在线监测定位系统，包括接收和转发数据的中继站，所述MCU控制器连接有ISM波段通信模块，MCU控制器通过ISM波段通信模块将采集的数据发送至中继站，中继站将接收的收据通过GPRS通信模块进行发送。
[0008]本发明的消防栓在线监测定位系统，所述机械式压力超限检测传感器包括固定套、压力标定旋钮、检测装置防护帽以及压力传递杆，固定套和压力标定旋钮的内部均为空腔；消防栓管体上开设有与固定套相配合的螺纹孔，压力标定旋钮通过螺纹置于固定套的内部，检测装置防护帽固定于压力标定旋钮的顶端；压力传递杆的一端伸入至消防栓管体的内部空腔中，另一端设置有导电材质构成的触发游块，压力标定旋钮与压力传递杆之间设置有压力转换弹簧；所述检测装置防护帽的外围由上至下依次设置有上限压力调整环、下限压力调整环，下限压力调整环和上限压力调整环的内壁上均活动设置有触发端子，触发端子由两个间隔设置的电极构成，检测装置防护帽上开设有竖向槽，触发端子置于竖向槽中；通过转动压力标定旋钮可改变压力转换弹簧的被压缩程度，进而调节消防栓管体中水压达到上限、下限时触发游块的位置；通过旋转下限压力调整环和下限压力调整环可调节其上触发端子的高度，进而调节输出报警信号时消防栓管体中水压的上限压力值和下限压力值。
[0009]本发明的消防栓在线监测定位系统，所述检测装置防护帽与压力标定旋钮通过螺纹相连接，所述下限压力调整环和上限压力调整环通过螺纹固定于检测装置防护帽的外壁上。
[0010]本发明的消防栓在线监测定位系统，所述压力标定旋钮内壁的下端设置有第一限位凸环，压力传递杆下端的外壁上设置有第二限位凸环，压力转换弹簧位于第一限位凸环与第二限位凸环之间；第二限位凸环下方的固定套上设置有第三限位凸环，第三限位凸环的下方设置有对压力传递杆与固定套之间的缝隙进行密封的密封圈。
[0011]本发明的消防栓在线监测定位系统，所述下限压力调整环和上限压力调整环的内壁上均开设有两环形卡槽，触发端子的两电极固定于绝缘块上，绝缘块上设置有与环形卡槽相配合的两卡块。
[0012]本发明的消防栓在线监测定位系统的监测方法，其特别之处在于，通过以下步骤来实现:a).系统初始化并自检，系统开启后，MCU控制器首先初始化并自检与其相连接的各个模块，无误后进入步骤b) ；b).系统进入休眠状态，在MCU控制器的控制作用下，整个系统进入休眠状态；c).是否有压力超限中断信号输出，机械式压力超限检测传感器是否检测到消防栓中的水压达到上限值或下限值，如果达到上限值或下限值，则发出中断信号唤醒MCU控制器，执行步骤d) ；d).产生水压超限报警信号，MCU控制器接收到上限或下限报警信号后，通过GPRS通信模块、以太网将报警信号发送至PC控制主机，PC控制主机通过短信报警模块将报警信号发送至工作人员的移动终端；如果为压力值超下限报警，则表明消防栓内的水压不足或缺水，如果为压力值超上限报警，则表明消防栓内的压力过高，应及时派人现场查看和维修；e).判断是否到定时周期，判断是否达到周期唤醒脉冲发生器的定时周期T，如果达到，则产生唤醒脉冲，唤醒MCU控制器通过电子水压传感器检测水压，对消防栓管内水压进行采集，执行步骤f) ；f).传送压力值信号，MCU控制器将采集的压力值信号通过GPRS通信模块、以太网发送至PC控制主机上，PC控制主机再将采集的消防栓水压信号发送至工作人员的移动终端上，以实现消防栓水压数值的测量。
[0013]本发明的消防栓在线监测定位系统的监测方法，步骤d)中MCU控制器发送的报警信号包括消防栓的地理位置信息以及超上限或超下限信息，步骤e)中所述的定时周期T为8小时、12小时或24小时。
[0014]本发明的有益效果是:本发明的消防栓在线监测定位系统及其监测方法，通过设置与MCU控制器相连的机械式压力超限检测传感器和电子水压传感器，当消防栓内的水压过高或过低时，均可产生中断报警信号至MCU控制器，这种检测形式十分省电，有效延长了传感器的使用寿命；通过脉冲发生器可周期性地唤醒MCU并测量消防栓内的水压，确保一定时间段内可获取至少一次消防栓内的水压值，确保了消防栓检测模块的自身健康运行。
[0015]本发明采用机械式和电子式“双模式”压力传感器，机械式压力传感器实现监测点实时检测水压，让检测MCU进入休眠状态，节省功耗，机械式压力传感器和周期性脉冲发生器产生唤醒脉冲后唤醒MCU读取电子式压力传感器精确压力值上传。
[0016]本发明的消防栓在线监测定位系统及其监测方法，采用机械式压力超限传感器与电子水压传感器相结合的检测方式，既降低了传感器的能耗、延长了其使用寿命，又实现了对消防栓状态的不间断检测，有益效果显著，适于推广应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明的消防栓在线监测定位系统的原理图；
图2为本发明中机械式压力超限检测传感器的结构图；
图3为本发明中触发端子与上、下限压力调整环相配合的结构图；
图4为本发明中中继站的电路图；
图5为本发明的消防栓在线监测定位系统的监测方法的流程图。
[0018]图中:I机械式压力超限检测传感器，2电子水压传感器，3周期唤醒脉冲发生器，4MCU控制器，5 ISM波段通信模块，6 GPRS通信模块，7以太网，8 PC控制主机，9短信报警模土夹，10报表打印机；11消防栓管体，12固定套，13压力标定旋钮，14下限压力调整环，15上限压力调整环，16检测装置防护帽，17触发游块，18触发端子，19压力传递杆，20压力转换弹簧，21密封圈，22竖向槽，23第一限位凸环，24第二限位凸环，25第三限位凸环，26绝缘块,27环形卡槽,28卡块。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0020]如图1所示，给出了本发明的消防栓在线监测定位系统的原理图，其包括机械式压力超限检测传感器1、电子水压传感器2、周期唤醒脉冲发生器3、MCU控制器4、ISM波段通信模块5、GPRS通信模块6、以太网7、PC控制主机8、短信报警模块9、报表打印机10以及对消防栓进行定位的相位差分定位基站；机械式压力超限检测传感器1、电子水压传感器2、周期唤醒脉冲发生器3均与MCU控制器4的输入端相连接，ISM波段通信模块5和GPRS通信模块6均与MCU控制器4的输出端相连接。
[0021]只有当消防栓内的水压超过底限值或上限值时，机械式压力超限检测传感器I才会产生触发信号唤醒MCU控制器4，对于这种检测方式来说十分节能，延长了传感器的使用寿命，保证了长期使用。只有周期唤醒脉冲发生器3计时周期到时，才将电子水压传感器2唤醒，进行消防栓内水压信号的测量，实现了电池能量的节约。这种采用机械式压力超限检测传感器I与电子水压传感器2互补的检测方式，实现了对消防栓的“不间断”监测，确保了消防栓中水压的正常，而且能耗低，适于应用在室外的消防栓上。
[0022]所示的ISM波段通信模块5、GPRS通信模块6均与MCU控制器4相连接，消防栓监测系统通信方式分为两类:一类为室外消防栓，消防栓一般沿道路、重点防火区域外围布设，消防栓监测点，有源供电难度大、成本高，采用数据中转远传的模式与有源供电矛盾，所以室外消防栓监测点的数据通信采用单点数据GPRS远传模式；另一类为室内消防栓，在室内寻取供电方便点作为无线信号中继站，接收消防栓监测点的无线ISM波段的数据，中继站采取GPRS的方式在将数据远传，节省室内每个监测点数据远传带来的资费。如图4所示，给出了中继站的电路图，中继站接收消防栓监测点的无线ISM波段数据，通过GPRS的方式将数据传送至监控中心。
[0023]MCU控制器4采集的超上限、下限报警信号以及消防栓内的水压值通过GPRS通信模块6、以太网7传输至远端的PC控制主机8，PC控制主机8连接有短信报警模块9和报表打印机10，以便PC控制主机8将报警信息和压力值发送至工作人员的移动终端上，以及通过报表打印机10打印出来，便于工作人员获知消防栓的运行状态，对出现故障的消防栓进行检修和维护。
[0024]消防栓定位，如采用内置GPS芯片定位时，需要外置GPS定位天线。在实际监测的建筑物内消防栓，定位天线无法接收卫星信号，难以获取消防栓坐标信息。在公共消防栓上添加GPS定位时，卫星接收天线容易受到破坏，每次开机均需要启动GPS进行坐标获取。要实现消防栓的米级定位，需采用差分定位，或者购买该点的绝对坐标。采用差分定位，每个监测点开机至正确接收差分信号实现差分定位，需要耗时约I分钟，造成整机功耗上升，同时监测点的GPS天线安装困难，且容易受到外界的破坏。本系统采用，预置监测点差分坐标，每当监测点周期性监测数据上报，或者事件触发型数据上报，均发送差分坐标数据。为出警寻找消防栓，提供精确位置坐标，为优化救火路线方案提供基础数据。
[0025]在消防监控中心，构建基于载波相位差分定位基站，基站向为每个检测终端提供差分定位修正值，提高每个检测终端定位精度在30cm以内。单基站差分定位时，能够保证定位精度在30cm范围之内，基站的有效覆盖面积为方圆10km。本系统消防栓检测点的定位系统，是采用经纬度预置方式进行定位。在检测点安装设备之前，进行该点的经纬度差分测试，将卫星运转整个周期内进行经纬度偏差计算，求其平均值。获得的经纬度信息和动态差分卫星定位数据进行偏差计算，平均经纬度坐标和动态经纬度坐标偏差在30cm之内。当出警人员前往事发地时，携带接收基站差分数据的导航设备，能够提供前往事发地路径图，以及就近消防栓位置图，导航定位误差在30cm以内，同时提供就近消防栓的运行状态。使得出警人员能够准确的、及时的找到事发地和可用消防栓。
[0026]如图2所示，给出了本发明的机械式消防栓压力超限检测装置的结构示意图，其包括固定套12、压力标定旋钮13、检测装置防护帽16、压力传递杆19、压力转换弹簧20、触发游块17、下限压力调整环14、上限压力调整环15、密封圈21 ;所示的消防栓管体I为消防栓的结构，在消防栓管体11上打眼、攻丝后，将固定套12固定于消防栓管体I上。所示的固定套12、压力标定旋钮13的内部均为空腔，压力传递杆19置于固定套12和压力标定旋钮13的内部空腔中，固定套2下端的内部上设置有第三限位凸环25，第三限位凸环25的下方设置有密封圈21，密封圈21用于对压力传递杆19与固定套12之间的缝隙进行密封，以保证压力传递杆19在消防栓管体11中内部水压的作用下进行移动。
[0027]所示的压力传递杆19下端的外表面上设置有第二限位凸环24，压力标定旋钮13内壁的下端设置有第一限位凸环23，压力转换弹簧20位于第一限位凸环23与第二限位凸环24之间，以保证压力传递杆19随消防栓管体11中压力的变化而移动。通过旋转压力标定旋钮13，可改变压力转换弹簧20的被压缩程度，进而改变消防栓管体中压力达到上限、下限值时触发游块7的位置。
[0028]检测装置防护帽16固定于压力标定旋钮13的顶端，检测装置防护帽16的中央开孔。所示的上限压力调整环15和下限压力调整环14通过螺纹固定于检测装置防护帽16外围，上限压力调整环15和下限压力调整环14上均活动设置有触发端子18，检测装置防护帽16上开设有竖向槽22，触发端子18置于竖向槽22中，在旋转下限压力调整环14和上限压力调整环15的过程中，可使得触发端子18在竖向槽22中上下移动。
[0029]在压力传递杆19随消防栓内的压力变化而上下移动的过程中，当消防栓管体11内的水压值增大到一定程度，会使得压力传递杆19顶部的触发游块17与上限压力调整环15上的触发端子18接触，使该触发端子18的两个电极导通，输出压力过高报警信号。当消防栓管体11内的水压值减小到一定程度，会使得压力传递杆19顶部的触发游块17与下限压力调整环14上的触发端子18接触，使该触发端子18的两个电极导通，输出压力过低报警信号。通过调节上限压力调整环15和下限压力调整环14上触发端子的位置，即可对传感器的上限压力报警值和下限压力报警值进行调节。
[0030]如图3所示，给出了触发端子与上、下限压力调整环相配合的结构图，所示的下限压力调整环14和上限压力调整环15的内壁上均开设有两个环形卡槽27，触发端子18有两个电极构成，两个电极固定于绝缘块26上，绝缘块26上设置有与环形卡槽27相配合的卡块28，在装配的过程中，将上限压力调整环15、下限压力调整环14置于检测装置防护帽16上后，触发端子18穿过竖向槽22后卡入到环形卡槽27中，即可实现触发端子18在上、下限压力调整环上的活动固定。
[0031]本发明的消防栓在线监测定位系统的检测方法，通过以下步骤来实现:
a).系统初始化并自检，系统开启后，MCU控制器首先初始化并自检与其相连接的各个模块，无误后进入步骤b)；
b).系统进入休眠状态，在MCU控制器的控制作用下，整个系统进入休眠状态；
c).是否有压力超限中断信号输出，机械式压力超限检测传感器是否检测到消防栓中的水压达到上限值或下限值，如果达到上限值或下限值，则发出中断信号至MCU控制器，执行步骤d)；
d).产生水压超限报警信号，MCU控制器接收到上限或下限报警信号后，通过GPRS通信模块、以太网将报警信号发送至PC控制主机，PC控制主机通过短信报警模块将报警信号发送至工作人员的移动终端；如果为压力值超下限报警，则表明消防栓内的水压不足或缺水，如果为压力值超上限报警，则表明消防栓内的压力过高，应及时派人现场查看和维修；
该步骤中，MCU控制器发送的报警信号包括消防栓的地理位置信息以及超上限或超下限信息，
e).判断是否到定时周期，判断是否达到周期唤醒脉冲发生器的定时周期T，如果达至IJ，则MCU控制器唤醒电子水压传感器工作，对消防栓管内水压进行采集，执行步骤f)；
该步骤中，所述的定时周期T为8小时、12小时或24小时；
f).传送压力值信号，MCU控制器将采集的压力值信号通过GPRS通信模块、以太网发送至PC控制主机上，PC控制主机再将采集的消防栓水压信号发送至工作人员的移动终端上，以实现消防栓水压数值的测量。
[0032]8.根据权利要求7所述的消防栓在线监测定位系统的检测方法，其特征在于:步骤e)中。
【权利要求】
1.一种消防栓在线监测定位系统，包括MCU控制器(4)、GPRS通信模块(6)、PC控制主机(8)以及对消防栓进行定位的相位差分定位基站；其特征在于:所示MCU控制器的输入端连接有检测消防栓水压是否超上限和下限的机械式压力超限检测传感器(I)、对消防栓的水压数值进行检测的电子水压传感器(2)以及周期唤醒脉冲发生器(3)，机械式压力超限检测传感器和电子水压传感器均设置于消防栓管体(11)上；GPRS通信模块与MCU控制器的输出端相连接，用于将MCU控制器采集的报警信号、水压数值和该点的地理位置坐标信息通过以太网(7)发送至PC控制主机(8)，PC控制主机连接有用于向移动终端发送报警信息的短信报警模块(9)。
2.根据权利要求1所述的消防栓在线监测定位系统，其特征在于:包括接收和转发数据的中继站，所述MCU控制器(4)连接有ISM波段通信模块(5)，MCU控制器通过ISM波段通信模块将采集的数据发送至中继站，中继站将接收的收据通过GPRS通信模块进行发送。
3.根据权利要求1或2所述的消防栓在线监测定位系统，其特征在于:所述机械式压力超限检测传感器(I)包括固定套(12)、压力标定旋钮(13)、检测装置防护帽(16)以及压力传递杆(19)，固定套和压力标定旋钮的内部均为空腔；消防栓管体(11)上开设有与固定套相配合的螺纹孔，压力标定旋钮通过螺纹置于固定套的内部，检测装置防护帽固定于压力标定旋钮的顶端；压力传递杆的一端伸入至消防栓管体的内部空腔中，另一端设置有导电材质构成的触发游块(17)，压力标定旋钮与压力传递杆之间设置有压力转换弹簧(20)；所述检测装置防护帽(16)的外围由上至下依次设置有上限压力调整环(15)、下限压力调整环(14)，下限压力调整环和上限压力调整环的内壁上均活动设置有触发端子(18)，触发端子由两个间隔设置的电极构成，检测装置防护帽上开设有竖向槽(22)，触发端子置于竖向槽中；通过转动压力标定旋钮可改变压力转换弹簧的被压缩程度，进而调节消防栓管体中水压达到上限、下限时触发游块的位置；通过旋转下限压力调整环和下限压力调整环可调节其上触发端子的高度，进而调节输出报警信号时消防栓管体中水压的上限压力值和下限压力值。
4.根据权利要求1所述的消防栓在线监测定位系统，其特征在于:所述检测装置防护帽(16)与压力标定旋钮(13)通过螺纹相连接，所述下限压力调整环(14)和上限压力调整环(15)通过螺纹固定于检测装置防护帽(16)的外壁上。
5.根据权利要求1或2所述的消防栓在线监测定位系统，其特征在于:所述压力标定旋钮(13)内壁的下端设置有第一限位凸环(23)，压力传递杆(19)下端的外壁上设置有第二限位凸环(24)，压力转换弹簧(10)位于第一限位凸环与第二限位凸环之间；第二限位凸环下方的固定套上设置有第三限位凸环(25)，第三限位凸环的下方设置有对压力传递杆与固定套之间的缝隙进行密封的密封圈(21)。
6.根据权利要求1或2所述的消防栓在线监测定位系统，其特征在于:所述下限压力调整环(14)和上限压力调整环(15)的内壁上均开设有两环形卡槽(27)，触发端子(18)的两电极固定于绝缘块(26)上，绝缘块上设置有与环形卡槽相配合的两卡块(28)。
7.一种基于权利要求1所述的消防栓在线监测定位系统的检测方法，其特征在于，通过以下步骤来实现: a).系统初始化并自检，系统开启后，MCU控制器(4)首先初始化并自检与其相连接的各个模块，无误后进入步骤b)； b).系统进入休眠状态，在MCU控制器的控制作用下，整个系统进入休眠状态； c).是否有压力超限中断信号输出，机械式压力超限检测传感器是否检测到消防栓中的水压达到上限值或下限值，如果达到上限值或下限值，则发出中断信号唤醒MCU控制器，执行步骤d)； d).产生水压超限报警信号，MCU控制器接收到上限或下限报警信号后，通过GPRS通信模块、以太网将报警信号发送至PC控制主机，PC控制主机通过短信报警模块将报警信号发送至工作人员的移动终端；如果为压力值超下限报警，则表明消防栓内的水压不足或缺水，如果为压力值超上限报警，则表明消防栓内的压力过高，应及时派人现场查看和维修； e).判断是否到定时周期，判断是否达到周期唤醒脉冲发生器的定时周期T，如果达至IJ，则产生唤醒脉冲，唤醒MCU控制器通过电子水压传感器检测水压，对消防栓管内水压进行采集，执行步骤f)； f).传送压力值信号，MCU控制器将采集的压力值信号通过GPRS通信模块、以太网发送至PC控制主机上，PC控制主机再将采集的消防栓水压信号发送至工作人员的移动终端上，以实现消防栓水压数值的测量。
8.根据权利要求7所述的消防栓在线监测定位系统的检测方法，其特征在于:步骤d)中MCU控制器发送的报警信号包括消防栓的地理位置信息以及超上限或超下限信息，步骤e)中所述的定时周期T为8小时、12小时或24小时。
【文档编号】A62C37/50GK104368112SQ201410576578
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年10月24日 优先权日:2014年10月24日
【发明者】黄超, 王景春 申请人:滨州学院