一种LoRa星型网络结构的消火栓箱异动实时监控系统的制作方法

本发明涉及一种LoRa星型网络结构的消火栓箱异动实时监控系统，属于物联网领域。

背景技术：

在城市中，火灾是最经常、最普遍地威胁人身安全和社会安全的主要灾害之一。当火灾发生时，居民可以取用消火栓箱中的器材及时的进行自救，消火栓箱还可以为消防车提供用水，可见消火栓箱在火灾发生时的重要作用。而消火栓箱被偷盗、毁坏的情况时有发生，管理者也往往由于人力成本等原因疏忽对消防设备的监管，甚至有的直接用锁将消火栓箱锁起来，致使火灾发生时无法及时取用消火栓箱内的消火器材进行灭火，最后造成不必要人员伤亡和财产损失。特别是在我国农历新年假期时，虽然消防队组织检查消防设备的完好性，但由于消火栓箱众多且分布零散的特点，很难组织人力一一排查，所以怎样有效的、低成本的监管零散的消火栓箱的异动情况，成为预防火灾和减少火灾灾害程度很重要的一个方面。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种LoRa星型网络结构的消火栓箱异动实时监控系统，主要是解决监测小区、写字楼、商场等人员密集地方的零散分布、不易于人力监管的消火栓箱异动情况，并且注重超低成本和功耗。当有人打开消火栓箱时，就会将消火栓箱的位置信息通过无线方式通过基站和云端发送至附近的管理者和消防分局，以便及时采取措施进行检查和修复。

本发明采用的技术方案是：一种LoRa星型网络结构的消火栓箱异动实时监控系统，包括基于LoRa的智能消火栓箱锁、LoRa基站5、云端服务器4、终端系统，所述基于LoRa的智能消火栓箱锁包括电源模块1、消火栓箱开关触发模块2、STM32L15系列低功耗单片机模块3、LoRa通信模块6，所述电源模块1与STM32L15系列低功耗单片机模块3、LoRa通信模块6连接，消火栓箱开关触发模块2、LoRa通信模块6与STM32L15系列低功耗单片机模块3连接，STM32L15系列低功耗单片机模块3平常处于睡眠状态且存储有基于LoRa的智能消火栓箱锁唯一标识的ID号，消火栓箱开关触发模块2用于当锁被打开时对STM32L15系列低功耗单片机模块3进行中断触发，LoRa通信模块6与LoRa基站5无线连接，LoRa基站5与云端服务器4无线连接，云端服务器4与终端系统无线连接。

所述的消火栓箱开关触发模块2包括锁片9、带LoRa标志的锁仓门10、消火栓箱开关11、锁销17、弹性支撑18、绝缘垫片19、弹性导体柱20，锁片9与带LoRa标志的锁仓门10连接，电源模块1包括电池仓门14和电池13，电池13正极引出正极电池柱21，电池13负极引出负极电池柱22，正极电池柱21通过导线连接弹性导体柱20，弹性导体柱20和锁销17之间通过绝缘垫片19以绝缘的方式连接，弹性支承18连接在消火栓箱开关11后方，锁销17与弹性支承18连接且连接在带LoRa标志的锁仓门10中，当消火栓箱开关11被摁下时，弹性支承18收缩，锁销17从带LoRa标志的锁仓门10中脱出，从而带LoRa标志的锁仓门10被弹开，锁片9弹至垂直状态，消火栓箱被打开，当消火栓箱开关11被摁下的同时，弹性导体柱20和消火栓箱开关11以接触的方式连接，此时，电信号依次通过弹性导体柱20和消火栓箱开关11的内部导线，最后传入STM32L15系列低功耗单片机模块3的中断引脚， LoRa天线16接在LoRa通信模块6上，处于基于LoRa的智能消火栓箱锁的内腔。

所述STM32L15系列低功耗单片机模块3包括降压稳压电路、STM32L15系列单片机模块电路、LoRa通信模块电路、开关触发中断电路，其中降压稳压电路包括二极管D1、极性电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电感L1、降压稳压芯片SX2106，电池盒引出的电源正极连接二极管D1的正极，二极管D1的负极连接芯片SX2106的5号引脚，同时二极管D1的负极连接极性电容C6的正极、电容C7的一端和电阻R4的一端；极性电容C6的负极、C7的另一端连接电池盒引出的电源负极；电阻R4的另一端连接芯片SX2106的4号引脚；芯片SX2106的1号引脚连接电容C8的一端，电容C8的另一端和芯片SX2106的6号引脚接电感L1的一端，电感L1的另一端同时接电阻R5的一端和电容C9的一端，同时引出为3.3V电源正极，为单片机系统和各模块供电；电阻R5的另一端连接芯片SX2106的3号引脚和R6的一端，电阻R6的另一端和电容C9的另一端连接芯片SX2106的2号引脚，同时连接到电池盒的电源负极，并且引出为3.3V电源负极，作为单片机系统和各模块的电源回路。

所述的STM32L15系列单片机模块电路包括STM32L151C8T6单片机、晶振电路、复位电路、模式选择电路，晶振电路包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电阻R1、晶振Y1、晶振Y2；复位电路包括电容C5、电阻R2、轻触开关S1，模式选择电路包括电阻R3；在晶振电路中，电源负极同时接电容C1、电容C2、电容C3、电容C4的一端；电容C1的另一端接晶振Y1的一端和STM32L151C8T6单片机的引脚3；电容C2的另一端接晶振Y1的另一端和STM32L151C8T6单片机的引脚4；电容C3的另一端接晶振Y2的一端和电阻R1的一端，同时接STM32L151C8T6单片机的引脚5；电容C4的另一端接晶振Y2的另一端和电阻R1的另一端，同时接STM32L151C8T6单片机的引脚6；复位电路中，电阻R2的一端接3.3V电源正极；轻触开关S1的一端和电容C5的一端同时接3.3V电源的负极；电阻R2的另一端、开关S1的另一端和电容C5的另一端同时接STM32L151C8T6单片机的引脚7；模式选择电路中，电阻R3的一端接3.3V电源的负极，电阻R3的另一端接STM32L151C8T6单片机的引脚44；STM32L151C8T6单片机的引脚1、引脚9、引脚24、引脚35、引脚47连接3.3V电源的正极；STM32L151C8T6单片机的引脚8、引脚23、引脚36、引脚48连接3.3V电源的负极。

所述LoRa通信模块电路包括一个基于SX1208的LoRa模块、天线E1；开关触发中断电路包括消火栓箱锁开关S2、电容C10、电阻R7；LoRa模块的引脚1连接天线E1；LoRa模块的引脚4连接STM32L151C8T6单片机的引脚13；LoRa模块的引脚5连接STM32L151C8T6单片机的引脚11；LoRa模块的引脚15连接STM32L151C8T6单片机的引脚14；LoRa模块的引脚14连接STM32L151C8T6单片机的引脚17；LoRa模块的引脚13连接STM32L151C8T6单片机的引脚16；LoRa模块的引脚12连接STM32L151C8T6单片机的引脚15；另外，LoRa模块的引脚3连接3.3V电源的正极；LoRa模块的引脚2、引脚9、引脚16连接3.3V电源的负极。消火栓箱锁开关S2的一端和电容C10的一端连接3.3V电源的正极；电阻R7的一端连接3.3V电源的负极；消火栓箱锁开关S2的另一端、电容C10的另一端和电阻R7的另一端同时连接STM32L151C8T6单片机的引脚10，作为唤醒单片机的外部输入端。

所述的LoRa基站5基于SX1301芯片，可以将数据转换后，通过网口传入互联网，之后再通过MQTT协议将数据传输到云端服务器。

所述的终端系统为消防分区和/或小区物业等管理中心的终端设备。

所述的LoRa通信模块6和STM32L15系列低功耗单片机模块3集成在控制电路板12上，控制电路板12固定在基于LoRa的智能消火栓箱锁内部。

所述的智能消火栓箱锁通过固定螺丝15固定在消火栓箱上。

本发明的有益效果是：该发明可以实时监测分布在5km范围内所有的消火栓箱的异动情况，实现异动监测远程自动报警的功能。在分布广泛且众多的消火栓设备的使用环境下，能够有效的减少管理人员的巡检时间，以降低人力成本。该发明能够保证在火灾发生时，用户能够及时的取用到消防设备进行自救灭火，不用担心消防设备的偷盗和破坏情况。消防局能够实时监测到管辖区内的消火栓箱异动的情况，并及时的做出响应，如果是偷盗破坏，可以责令事发地的管理中心修复设备。如果是火灾发生，可以及时出警进行救援，能够提升工作效率、减少维护成本、保证消防安全。且价格低廉，方便改装和应用。

附图说明

图1是本发明的连接结构图；

图2是本发明的消火栓箱锁的结构图；

图3是本发明的电源模块的电路图；

图4是本发明的单片机系统电路图；

图5是本发明的LoRa模块的电路图；

图6是本发明的开关触发中断电路的电路图；

图7是本发明的系统连接图。

图中各标号：1-电源模块，2-消火栓箱开关触发模块，3-STM32L15系列低功耗单片机模块，4-云端服务器，5-LoRa基站，6-LoRa通信模块，7-消防分局终端，8-小区物业终端，9-锁片，10-带LoRa标志的锁仓门，11-消火栓箱锁开关，12-控制电路板，13-一节9V电池，14-电池仓门，15-固定螺丝，16-LoRa天线，17-锁销，18-弹性支撑，19-绝缘垫片，20-弹性导体柱，21-正极电池柱21，22-负极电池柱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。

实施例1：如图1-7所示，一种LoRa星型网络结构的消火栓箱异动实时监控系统，包括基于LoRa的智能消火栓箱锁、LoRa基站5、云端服务器4、终端系统，所述基于LoRa的智能消火栓箱锁包括电源模块1、消火栓箱开关触发模块2、STM32L15系列低功耗单片机模块3、LoRa通信模块6，所述电源模块1与STM32L15系列低功耗单片机模块3、LoRa通信模块6连接，消火栓箱开关触发模块2、LoRa通信模块6与STM32L15系列低功耗单片机模块3连接，STM32L15系列低功耗单片机模块3平常处于睡眠状态且存储有基于LoRa的智能消火栓箱锁唯一标识的ID号，消火栓箱开关触发模块2用于当锁被打开时对STM32L15系列低功耗单片机模块3进行中断触发，LoRa通信模块6与LoRa基站5无线连接，LoRa基站5与云端服务器4无线连接，云端服务器4与终端系统无线连接。

进一步地，所述的消火栓箱开关触发模块2包括锁片9、带LoRa标志的锁仓门10、消火栓箱开关11、锁销17、弹性支撑18、绝缘垫片19、弹性导体柱20，锁片9与带LoRa标志的锁仓门10连接，电源模块1包括电池仓门14和电池13，电池13正极引出正极电池柱21，电池13负极引出负极电池柱22，正极电池柱21通过导线连接弹性导体柱20，弹性导体柱20和锁销17之间通过绝缘垫片19以绝缘的方式连接，弹性支承18连接在消火栓箱开关11后方，锁销17与弹性支承18连接且连接在带LoRa标志的锁仓门10中，当消火栓箱开关11被摁下时，弹性支承18收缩，锁销17从带LoRa标志的锁仓门10中脱出，从而带LoRa标志的锁仓门10被弹开，锁片9弹至垂直状态，消火栓箱被打开，当消火栓箱开关11被摁下的同时，弹性导体柱20和消火栓箱开关11以接触的方式连接，此时，电信号依次通过弹性导体柱20和消火栓箱开关11的内部导线，最后传入STM32L15系列低功耗单片机模块3的中断引脚， LoRa天线16接在LoRa通信模块6上，处于基于LoRa的智能消火栓箱锁的内腔。

在工作流程上，消火栓箱锁开关11摁下时，弹性支撑18收紧，锁销17退出锁销扣，带LoRa标志的锁仓门10打开，同时锁片9弹至垂直状态，即消火栓箱锁处于打开状态，消火栓箱被打开。消火栓箱锁开关11摁下时，正极电池柱21通过电线连接弹性导体柱20接入开关内部导线，并通过导体弹簧和电线将电信号传入STM32L15系列低功耗单片机模块3，从而作为开关按下时信号传入端。消火栓箱锁开关11摁下时，电信号传入STM32L15系列低功耗单片机模块3，触发单片机中断，并将此消火栓门锁的ID号传给LoRa通信模块6，LoRa通信模块6通过LoRa天线16将已被打开门锁的ID号传向LoRa基站5。

所述电源模块1可支撑STM32L15系列低功耗单片机模块3、LoRa通信模块6一年半到两年的能耗。由于整个系统耗电极少，在不触发开关的情况下整个系统耗电不超过20us·h，一节300mA的电池理论上可以支撑该系统2年时间，所以该系统可以使用9V-300ma容量的9V电池13，需要更换电池时可以打开电池仓门（14）进行更换。

进一步地，所述STM32L15系列低功耗单片机模块3包括降压稳压电路、STM32L15系列单片机模块电路、LoRa通信模块电路、开关触发中断电路，其中降压稳压电路包括二极管D1、极性电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电感L1、降压稳压芯片SX2106，电池盒引出的电源正极连接二极管D1的正极，二极管D1的负极连接芯片SX2106的5号引脚，同时二极管D1的负极连接极性电容C6的正极、电容C7的一端和电阻R4的一端；极性电容C6的负极、C7的另一端连接电池盒引出的电源负极；电阻R4的另一端连接芯片SX2106的4号引脚；芯片SX2106的1号引脚连接电容C8的一端，电容C8的另一端和芯片SX2106的6号引脚接电感L1的一端，电感L1的另一端同时接电阻R5的一端和电容C9的一端，同时引出为3.3V电源正极，为单片机系统和各模块供电；电阻R5的另一端连接芯片SX2106的3号引脚和R6的一端，电阻R6的另一端和电容C9的另一端连接芯片SX2106的2号引脚，同时连接到电池盒的电源负极，并且引出为3.3V电源负极，作为单片机系统和各模块的电源回路。

进一步地，所述的STM32L15系列单片机模块电路包括STM32L151C8T6单片机、晶振电路、复位电路、模式选择电路，晶振电路包括电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电阻R1、晶振Y1、晶振Y2；复位电路包括电容C5、电阻R2、轻触开关S1，模式选择电路包括电阻R3；在晶振电路中，电源负极同时接电容C1、电容C2、电容C3、电容C4的一端；电容C1的另一端接晶振Y1的一端和STM32L151C8T6单片机的引脚3；电容C2的另一端接晶振Y1的另一端和STM32L151C8T6单片机的引脚4；电容C3的另一端接晶振Y2的一端和电阻R1的一端，同时接STM32L151C8T6单片机的引脚5；电容C4的另一端接晶振Y2的另一端和电阻R1的另一端，同时接STM32L151C8T6单片机的引脚6；复位电路中，电阻R2的一端接3.3V电源正极；轻触开关S1的一端和电容C5的一端同时接3.3V电源的负极；电阻R2的另一端、开关S1的另一端和电容C5的另一端同时接STM32L151C8T6单片机的引脚7；模式选择电路中，电阻R3的一端接3.3V电源的负极，电阻R3的另一端接STM32L151C8T6单片机的引脚44；STM32L151C8T6单片机的引脚1、引脚9、引脚24、引脚35、引脚47连接3.3V电源的正极；STM32L151C8T6单片机的引脚8、引脚23、引脚36、引脚48连接3.3V电源的负极。

进一步地，所述LoRa通信模块电路包括一个基于SX1208的LoRa模块、天线E1；开关触发中断电路包括消火栓箱锁开关S2、电容C10、电阻R7；LoRa模块的引脚1连接天线E1；LoRa模块的引脚4连接STM32L151C8T6单片机的引脚13；LoRa模块的引脚5连接STM32L151C8T6单片机的引脚11；LoRa模块的引脚15连接STM32L151C8T6单片机的引脚14；LoRa模块的引脚14连接STM32L151C8T6单片机的引脚17；LoRa模块的引脚13连接STM32L151C8T6单片机的引脚16；LoRa模块的引脚12连接STM32L151C8T6单片机的引脚15；另外，LoRa模块的引脚3连接3.3V电源的正极；LoRa模块的引脚2、引脚9、引脚16连接3.3V电源的负极。消火栓箱锁开关S2的一端和电容C10的一端连接3.3V电源的正极；电阻R7的一端连接3.3V电源的负极；消火栓箱锁开关S2的另一端、电容C10的另一端和电阻R7的另一端同时连接STM32L151C8T6单片机的引脚10，作为唤醒单片机的外部输入端。

进一步地，所述LoRa基站基于SX1301芯片，能够接收附近5km范围内的LoRa终端发来的数据，可以将数据转换后，通过网口传入互联网，之后再通过MQTT协议将数据传输到云端服务器4，所述云端服务器4可以将数据传送到消防分区和/或小区物业等管理中心的终端设备，从而将被打开的消火栓箱的位置信息告知管理者，警示消防设备异动，或者火灾的发生。

所述的终端系统为消防分区和/或小区物业等管理中心的终端设备。

所述的LoRa通信模块6和STM32L15系列低功耗单片机模块3集成在控制电路板12上，控制电路板12固定在基于LoRa的智能消火栓箱锁内部。

所述的智能消火栓箱锁通过固定螺丝15固定在消火栓箱上，结构简单，安装方便。

本发明的工作原理是：

在实际过程中，为了节省能耗，STM32L15系列低功耗单片机模块3、LoRa通信模块6平常处于睡眠状态，当消火栓箱的消火栓箱开关11被按下时，电源正极的电信号会通过消火栓箱开关11传入到STM32L15系列低功耗单片机模块3，唤醒STM32L15系列低功耗单片机模块3，STM32L15系列低功耗单片机模块3进而唤醒LoRa通信模块6，并将自己的ID号通过LoRa通信模块6发送到附近的LoRa基站5，LoRa基站5可以将数据通过MQTT协议将数据上传至云端服务器4，云端服务器4可以将数据传送到消防分区和/或小区物业等管理中心的终端设备，管理中心接收到监测信息，可以通过发送来的ID号定位异动的消火栓箱。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。