一种消防设施水压监测装置和监测系统的制作方法

[技术领域]

本发明涉及消防设施，尤其涉及一种消防设施水压监测装置和监测系统。

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背景技术：
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消防栓是重要的灭火装置，分室内型和室外型两种。消防栓需要定期进行检查，除了外观检查外，一个重要的项目就是水压检查。我国的消防法对室内和室外的消防栓水压都有明确的规定。检查消防栓的水压，需要人工查询，逐个检查，这样效率低下，检查的周期也比较长。

专利号申请号为cn201510750148.1的发明申请公开了一种智能消防栓云监测系统，包括：红外监测单元、水压监测单元、位置监测单元、无线通信网络热点单元和信息发送单元。该云监测系统能够根据对是否是工作时间的判断，智能地在工作时间利用wifi网络向该wifi网络范围内的工作人员提供报警信号，在非工作时间向专门的监控人员发出报警信号；能够通过功率调整、滤波以及干扰抑制，提高消防栓状态监测信号的信噪比，降低不必要的干扰信号的发射对电力的浪费。

专利号申请号为cn201510750148.1的发明申请公开了一种基于gprs的远程消防栓监测系统，包括web前端、远程服务器及消防栓组件，所述消防栓组件包括网关及结点，所述web前端与远程服务器混为连接，所述结点通过网关与远程服务器连接，所述网关内包括第一微控制器mcu模块、水流传感器、倾角传感器、第一电池模块、gprs模块及第一433mhz无线模块，所述水流传感器、倾角传感器及第一电池模块连接在第一微控制器mcu模块，所述第一微控制器mcu模块一端通过gprs模块与远程服务器互为连接，另一端则通过第一433mhz无线模块与结点互为连接，通过远程数据传输实时监测消防栓水压状态、倾倒状态及开关状态，有效的减少了人力物力资源，确保了消防栓状态的准确性，并保障了消防栓在火场中能起到有效作用。

上述两件发明申请的技术方案均采用介入式的方式来检测阀门状态，或者是在水管中或阀门处安装压力传感器。这种方式的实施成本较高，需要在水管中或阀门上安装设备，不能适用于室外和室内的多种型号消防栓。

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技术实现要素：
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本发明要解决的技术问题是提供一种实施方便，实施成本较低的消防设施水压监测装置。

本发明另一个要解决的技术问题是提供一种实施方便，实施成本较低的消防设施水压监测系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种消防设施水压监测装置，包括机壳、固定装置和安装在机壳中的监测电路，监测电路包括超声发射模块、超声接收模块、微控制器、电源和无线通信电路；超声发射模块、超声接收模块和无线通信电路分别接微控制器；固定装置将机壳固定到消防设施的水管外面。

以上所述的消防设施水压监测装置，所述的固定装置是抱箍。

以上所述的消防设施水压监测装置，超声发射模块包括超声发射电路和超声发射探头，超声接收模块包括超声接收探头和信号调理电路；超声发射电路和信号调理电路分别接微控制器，超声发射探头和超声接收探头布置在水管的轴截面上，沿水管的轴向分开。

以上所述的消防设施水压监测装置，无线通信电路为nb-iot无线模块或2g/3g/4g无线通信模块。

以上所述的消防设施水压监测装置，所述的消防设施是消防栓，所述的固定装置将机壳固定到消防栓靠近出口的水管外面

一种消防设施水压监测系统，包括云平台服务器、监控客户端和移动客户端和上述的消防设施水压监测装置，消防设施水压监测装置与云平台服务器无线通信连接，云平台服务器与监控客户端和移动客户端通过因特网连接。

以上所述的消防设施水压监测系统，微控制器控制超声发射模块，通过超声发射模块发射一组超声脉冲，超声脉冲通过水管内壁反射后达到超声接收模块，经过信号整形后，输入到微控制器，微控制器计算发送和接收的时间差，将时间差与标准值进行比较，如时间差与超出设定的范围，则认为水管中的水压过高或过低。

以上所述的消防设施水压监测系统，微控制器定时对水管中的水压进行检测，并将检测结果连同防栓监测装置自身的状态数据通过无线通信电路发送到云平台服务器。

以上所述的消防设施水压监测系统，云平台服务器收到检测结果后，进行统计和分析处理，并提供web页面展示；监控客户端以通过访问web页面查看当前区域内的所有消防栓节点状态；如果检测结果中数据存在异常，云平台服务器将警告信息推送到监控客户端和/或移动客户端。

本发明采用了非介入式的超声检测水压方式，不需要对现有的消防设施进行拆解或改装，使用抱箍即可安装，实施方便，实施成本较低。

[附图说明]

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例非介入式水压检测的消防栓云监测系统的结构示意图。

图2是本发明实施例非介入式水压监测装置的结构框图。

图3是本发明实施例非介入式水压监测装置的安装示意图。

图4是本发明实施例的微控制器电路的电路图。

图5是本发明实施例超声波发射电路的电路图。

图6是本发明实施例信号调理电路的电路图。

图7是本发明实施例nb-iot模块电路的电路图。

[具体实施方式]

本发明实施例的消防栓监测系统是一种基于非介入式水压检测的消防栓云监测系统，如图1所示，消防栓云监测系统包括非介入式水压监测装置、云平台服务器3、监控客户端4和移动客户端5。

如图2所示，非介入式水压监测装置包括机壳1、抱箍2和安装在机壳中的监测电路，监测电路包括超声发射模块、超声接收模块、微控制器(mcu)、电池、电源管理电路和无线通信电路。

如图3所示，非介入式水压检测装置的机壳通过安装抱箍于消防栓出口附近的水管上，不同型号的消防栓可以配不同长度的抱箍。

超声发射模块包括超声发射电路和超声发射探头，超声接收模块包括超声接收探头和信号调理电路；超声发射电路、和信号调理电路和无线通信电路分别接微控制器，超声发射探头和超声接收探头布置在水管的轴截面上，沿水管的轴向分开。

无线通信电路可以选用nb-iot无线模块或2g/3g/4g无线通信模块。

非介入式水压监测装置的工作原理如下：

液体的内部压强不一样时，超声波通过其中的速度也不相同，在一定温度下，超声波传播的速度随着压力的增高线性增加。根据超声波通过水管中的传输时间，可以衡量水管中水压的相对大小。

mcu控制超声发射电路，通过发射探头发射一组超声脉冲，超声脉冲通过水管内壁反射后达到接收探头，经过信号调理电路整形后，输入到mcu，mcu计算发送和接收的时间差。mcu将这个时间差和标准值进行比较，如果超出标准值一定范围，则认为水管中水压过高或过低。标准值通过正常水压时的校准获得，超出范围的阈值通过经验值获得。

mcu每天在设定的时间点或者按固定的时间间隔，对水管水压进行检测，并将检测结果连同自身的设备状态数据通过无线通信电路发送到云平台服务器。

云平台收到检测结果后，进行统计存储和分析处理，并提供web页面展示。监控客户端可以通过访问web页面查看当前区域内的所有消防栓节点状态。

消防栓水压一般在0.3mpa左右，最高不大于1mpa，在楼层小于100米时，最不利点最低水压不低于0.07mpa，在楼层高于100米时，最不利点水压不低于0.1mpa。

因此水压监测范围是0.07mpa至1mpa，并可以提供量化参考，后台根据部署点的不同可以分别进行预警。

如果数据存在异常，云平台将警告数据推送到监控者的移动监控客户端上，监控者再安排人员前往查看。

本实施例中，mcu选用低功耗微控制器nano103(u5)，其通过pwm引脚发送40k的方波信号脉冲。方波信号介入到由74ls04组成的超声发射电路，进行功率放大，然后接超声发送探头。超时脉冲被水管内壁反射回来后，被超时接收探头接收，然后进入由lm324组成的信号调理电路，进行信号放大，放大后的信号输入到mcu的引脚。mcu计算发送和接收的时间差，判断水管中的水压是否正常。

mcu判断水压正常的参考值通过校准来获得。在非介入式水压监测装置安装固定在水管后，水压正常的情况下，可对装置进行校准。此时mcu获得的超时发送和接收时间差做为参考值，不同型号的消防栓所获得的参考值不同。在超过参考值或低于参考值一定百分比时，判定水压过高或过低。超过或低于参考值的百分比门限由实验经验值获得。

在本实施例中，选用nb-iot的模块作为无线通信电路，mcu通过串口和nb-iot模块连接，通过at指令进行控制。在检测水压完成后，mcu控制nb-iot模块，将检测结果和自身工作状态发送到云平台服务器。发送成功后，mcu关闭超声电路和nb-iot电路，自身进入休眠状态，等待下一次检测时间点的到来。

非介入式水压监测装置通过一次性锂亚硫电池供电，由于装置多数时间处于休眠状态，电流小于5ua，以一天检测并发送一次水压来计算，可以使用5年以上。

非介入式水压监测装置使用全封闭式塑胶机壳，通过不锈钢抱箍安装于消防栓出水口附近的水管，不同消防栓配用不同的抱箍。

本发明的有益效果在于：

采用了非介入式的超声检测水压方式，不需要对现有的消防栓进行拆解或改装，使用抱箍即可安装；

使用电池供电和低功耗电源管理，电路只在检测和传输的固定时间点工作，其余时间休眠，电池可以使用3年以上；

云平台服务器提供实时监控数据统计，并将异常数据的节点信息推送到监控管理人员的移动端，随时随地可以进行信息接收，及时查验。