一种消防管道防冻监测系统的制作方法

本发明为一种消防管道防冻监测系统，特别涉及一种基于监测消防管道液体电导率的防冻监测系统，属于远程监控技术领域。

背景技术：

消防管道主要用于连接消防设备、器材，输送消防灭火用水，是城市安全的重要防线。冬季受极端低温天气影响，消防管道屡遭冻住、冻坏，上冻了的消防管道无法及时投用，给城市的防火安全造成极大威胁。

我国城市消防管道管网线路分布范围广，基于人工手段排查的方式，效率较低，不能满足抢险需求。现有消防管道冻裂监测一般是基于温度传感器或压力传感器、声波探测去排查，是一种事后判断，当抢修人员到达现场时，消防管道已经发生断裂，大量消防用水已经渗透到地下，不仅造成水资源浪费，还可能导致消防救援用不上水，使救火工作无法顺利进行。

我国消防管道内一般为自来水，自来水在液态、固液混合态、固态下均具有导电性质。其在液态状态下，电导率随温度降低而减小；固液混合状态下，电导率随温度降低而升高；在固态状态下，电导率会随温度降低而减小。因此，可以通过监测液体电导率与温度相结合的方式，来判断消防管道液体所处状态，实现消防管道防冻监测。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述现有技术中，消防管道冻结监测滞后、人工排查效率低的缺陷，提供了一种消防管道防冻监测系统，远程低功耗监测液体电导率与温度，实现对消防管道冻裂的事前预警，降低资源损失，保障消防用水。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种消防管道防冻监测系统，包括消防管道防冻监测终端、网关、云服务器、监控平台。

所述消防管道防冻监测终端包括MCU微控制器、传感测量单元、通信模块、天线、继电器输出模块、液晶显示屏、编码器按钮、RS485转化模块、定时复位看门狗模块、供电模块。

所述MCU微控制器，内置存储空间，根据预设的采样周期，定时唤醒传感测量单元，并对传感测量单元采集的数据进行逻辑判断，下发指令唤醒通信模块、继电器输出模块工作。

所述传感测量单元，包括电导率采集模块和温度采集模块，与所述MCU微处理器连接，用以采集消防管道液体电导率和温度。

所述电导率采集模块包括激励电压发生电路、电流采集电路、电极。

进一步地，所述激励电压发生电路产生精确的方波电压，作为电极的激励电压U。

进一步地，所述电流采集电流可以采集在该激励电压下电导率测量回路电流值I。

进一步地，所述电极采用316不锈钢，采用双电极形式，电极大小A及两电极间距L为特定值。

进一步地，根据公式：R=U/I，R=ρL/A，σ=1/ρ，其中R为电阻，电阻率为ρ，L为电极间距，A为电极大小，电导率为σ，推导出电导率σ=IL/UA，以此采集消防管道液体电导率值。

所述温度采集模块用以采集消防管道液体温度，作为防冻监测的辅助参考指标。

所述通信模块，与所述MCU微处理通过SPI接口连接，进行数据交互，并通过外置天线实现数据收发，与所述网关基于LoRaWAN协议通信。

所述继电器输出模块接收MCU微控制器的指令，与所述MCU微控制器连接，用于驱动外部电辅热电路、报警电路。

所述液晶显示屏与所述MCU微控制器连接，用以显示电导率、温度、电流值及管道液体状态。

所述编码器按钮与所述MCU微控制器连接，用以设置结冰电导率预警值、结冰电导率报警值、低温预警值、低温报警值、采样周期。

所述RS485转化模块与所述MCU微控制器连接，是预留的通讯接口，用以本地参数设置、系统升级。

所述定时复位看门狗模块与所述MCU微控制器连接，可对MCU微控制器进行定时复位，防止因MCU微控制器死机而影响电导率、温度监测任务。

所述供电模块，包括外部供电和可充电锂电池，用以给所述消防管道防冻监测终端供电。

进一步地，当外部电源中断时自动切换至锂电池供电，并将断电信号传给MCU微控制器。

所述网关接收所述消防管道防冻监测终端上发的数据包，并将数据通过3G/4G通信模块或有线网络形式，连接云服务器。

所述云服务器对网关发送的数据进行存储和处理。

所述监控平台基于Internet远程访问云服务器，对原始采集数据进行滤波，绘制电导率和温度波形图，对监测点的电导率和温度设置预警门限值和报警值，当监测点监测数据超过预警门限值时，平台发出预警信号。

进一步地，所述监控平台可查看各点位消防管道防冻监测终端的断电情况，保障监控效果。

进一步地，所述监控平台可根据需要，下发临时采集指令，唤醒所述消防管道防冻监测终端工作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是提供一种消防管道防冻监测系统，可远程低功耗采集消防管道内液体电导率与温度，通过对消防管道内液体液态、固液混合态、固态三种形态的远程监测，对潜在的消防管道冻结提前预警和自动处理，降低消防管道冻坏风险，减少资源浪费，为消防救火正常用水提供保障。

附图说明

图1是一种消防管道防冻监测系统结构示意图。

图2是消防管道防冻监测终端结构示意图。

图3是消防管道防冻监测终端中电导率采集模块结构示意图。

附图标记说明：消防管道防冻监测终端1，网关2，云服务器3，监控平台4；电导率采集模块中：激励电压放大模块101、电流采集电路102、电极103、电导池1031。

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，但不作为对本发明的限定。

如图1所示，一种消防管道防冻监测系统，包括消防管道防冻监测终端1、网关2、云服务器3、监控平台4。

所述消防管道防冻监测终端1安装在消防管网监测点位，用以定时采集消防管道内自来水的电导率和温度，可以理解的是，所述消防管道防冻监测终端1根据监控点位分布情况，数量N是大于1的整数。

如图2所示，所述消防管道防冻监测终端1，包括MCU微控制器、传感测量单元、通信模块、天线、继电器输出模块、液晶显示屏、编码器按钮、RS485转化模块、定时复位看门狗模块、供电模块。

所述供电模块，包括外部供电和可充电锂电池供电补充供电，用以给所述消防管道防冻监测终端供电。

进一步地，当外部电源中断时自动切换至锂电池供电，并将断电信号传给MCU微控制器。

所述定时复位看门狗模块与所述MCU微控制器连接，可对MCU微控制器进行定时复位，防止因MCU微控制器死机而影响电导率、温度监测任务。

所述编码器按钮与所述MCU微控制器连接，用以设置结冰电导率预警值、结冰电导率报警值、低温预警值、低温报警值、采样周期。

进一步地，设定温度的预警值为持续h1小时温度低于0℃，电导率预警值为σ1，当温度和电导率值均超过预警值时，所述MCU微控制器逻辑判断，发出预警信号。

进一步地，设定温度的报警值为持续h2小时温度低于0℃，电导率报警值为σ2，当温度和电导率值均超过报警值时，所述MCU微控制器逻辑判断，发出报警信号。

所述MCU微控制器，内置存储空间，根据预设的采样周期，定时唤醒传感测量单元，并对传感测量单元采集的数据进行逻辑判断，下发指令唤醒通信模块、继电器输出模块工作。

所述传感测量单元，包括电导率采集模块和温度采集模块，与所述MCU微处理器连接，接收MCU微处理器连接的采集指令，用以采集消防管道液体电导率和温度。

所述电导率采集模块包括激励电压发生电路、电流采集电路、电极。

如图3所示，所述MCU微处理器通过数模转换器DAC输出模拟电压信号，启动唤醒指令。

进一步地，所述模拟电压信号经过电压放大模块，激励方波发生模块产生精确的方波电压U，作为电导池的激励电压，所述电极和电极周围的液体构成了电导池。

优选地，所述电极采用316不锈钢，采用双电极形式，电极大小A及两电极间距L为特定值。

进一步地，对电导池施加激励电压产生电流I，电流信号经过电流-电压转换模块、差分放大模块、采样保持模块、降压滤波模块转化为电压信号，通过所述MCU的模数转化器ADC采集。

进一步地，根据公式：R=U/I，R=ρL/A，σ=1/ρ，其中R为电阻，电阻率为ρ，L为电极间距，A为电极大小，电导率为σ，推导出电导率σ= IL/UA，以此采集消防管道液体电导率值。

所述温度采集模块用以采集消防管道液体温度，作为防冻监测的辅助参考指标。

所述继电器输出模块与所述MCU微控制器连接，接收MCU微控制器指令，驱动外部电辅热电路、报警电路工作。

所述液晶显示屏与所述MCU微控制器连接，用以显示电导率、温度、电流值及管道液体状态。

所述RS485转化模块与所述MCU微控制器连接，是预留的通讯接口，用以本地参数设置、系统升级。

所述MCU微控制器将传感测量单元的采集数据定时或根据用户临时采集需求，通过SPI接口与所述通讯模块进行数据交互，并通过外置天线实现数据收发。

优选地，所述通信模块采用LoRa射频模块。

所述网关2基于LoRaWAN协议与各点位的消防管道防冻监测终端1通信，接收消防管道防冻监测终端1发送的数据包，通过3G/4G或有线网络形式连接云服务器，实现数据收发。

所述云服务器3对网关2发送的数据进行存储和处理。

所述监控平台4基于Internet远程访问云服务器3，对原始采集数据进行滤波，绘制电导率和温度波形图，对监测点的电导率和温度设置预警门限值和报警值，当监测点监测数据超过预警门限值时，平台发出预警信号。

进一步地，所述监控平台可查看各点位消防管道防冻监测终端的断电情况，保障监控效果。

进一步地，所述监控平台可根据需要，下发临时采集指令，唤醒所述消防管道防冻监测终端工作。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。