一种消防水池液位检测系统及方法与流程

本发明涉及消防物联网技术领域，更具体地，涉及一种消防水池液位检测系统及方法。

背景技术：

为了能够在突发情况下保证消防用水足够，需要对消防水系统中的消防水池的需水量进行检测，从而避免由于消防水池内水量不足导致影响消防部门的灭火工作。消防水池一般设置在高层建筑，目前对消防水池的水位检测普遍采用人工检测，因此消防水池的水位检测工作需要耗费大量的时间和人力等资源，且一旦检测工作没有及时开展，或者检测工作出现疏漏，将危机人们的生命财产安全。

技术实现要素：

本发明为克服上述现有技术所述的不能及时对消防水池的水位进行检测等至少一种缺陷，提供一种消防水池液位检测系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种消防水池液位检测系统，包括液位传感器、用于获取并处理液位传感器检测得到的液位数据的MCU、用于将完成处理的液位数据上报到云服务器的通信模块，其中MCU与液位传感器进行数据传输，MCU的输出端与通信模块的输入端连接，且消防水池液位检测系统采用外接电池进行供电。

在具体使用过程中，消防水池液位检测系统上电后，MCU进行初始化，MCU配置与液位传感器的通信协议后，通过通信模块连接到云服务器，完成启动工作；MCU定时唤醒并通过与液位传感器通信获取当前时刻的液位数据，MCU判断当前时刻的液位数据是否超出预设的报警值，若是，则MCU通过通信模块将当前时刻的液位数据上报到云服务器中，然后进入低功耗模式；若否，则先判断距离上次上报液位数据的时间间隔是否大于10min，若是则MCU将当前时刻的液位数据上报到云服务器平台后再进入低功耗模式，否则MCU直接进入低功耗模式。

本技术方案中，MCU与液位传感器进行数据传输，使MCU和通信模块可集成安装在建筑内部阴暗位置，有效避免太阳直射导致系统损坏；消防水池液位检测系统由外接电池进行供电，能够降低整体成本且缩小整体体积，安装更加方便；消防水池液位检测系统中的MCU和通信模块设置为定时唤醒工作，在不需要工作时进入低功耗模式，有效降低整个系统的功耗，延长电池使用寿命；消防水池液位检测系统实现了消防水池液位的实时测量，通过通信模块定时将检测得到的液位数据上报到云服务器，或当液位数据低于预设的报警值时将检测得到的液位数据上报到云服务器中，工作人员可通过调取云服务器中定时更新的液位数据，实现消防水池液位状况的实时检测，避免没有及时开展消防水池的液位检测工作导致危及人们的生命财产安全。

优选地，通信模块为NB-IoT模组通信电路，其中NB-IoT模组通信电路包括NB-IoT模组芯片U3、天线、SIM卡座和设置在SIM卡座上的SIM卡；NB-IoT模组芯片U3通过天线接口J1与天线连接，NB-IoT模组芯片U3通过USIM卡接口与设置在SIM卡座上的SIM卡电连接。本优选方案中，选择低功耗的NB-IoT模组通信电路作为通信模块，有效降低MCU向外手法数据时所需要消耗的通信功耗。

优选地，NB-IoT模组通信电路还包括贴片电阻R20、R22、R23，其中NB-IoT模组芯片U3的USIM_RESET端通过贴片电阻R20与SIM卡的RST端电连接，NB-IoT模组芯片U3的USIM_CLK端通过贴片电阻R22与SIM卡的CLK端电连接，NB-IoT模组芯片U3的USIM_DATA端通过贴片电阻R23与SIM卡的I/O端电连接。本优选方案中的贴片电阻R20、R22、R23用于改善抗静电放电性能。

优选地，NB-IoT模组通信电路还包括TVS二极管U4、贴片电容C25、C26、C27，其中贴片电阻R20、R22、R23的一端分别与NB-IoT模组芯片U3电连接，贴片电阻R20、R22、R23的另一端分别与TVS二极管U4电连接；贴片电阻R20的另一端与贴片电容C25的一端电连接，贴片电容C25的另一端接地；贴片电阻R22的另一端与贴片电容C26的一端电连接，贴片电容C26的另一端接地；贴片电阻R23的另一端与贴片电容C27的一端电连接，贴片电容C27的另一端接地。本优选方案中的二极管采用TVS二极管，能够对NB-IoT模组通信电路有效地进行静电放电防护；贴片电容C25、C26、C27用于对电信号进行滤波处理，提高电路的稳定性。

优选地，装置还包括开机电路、唤醒电路和复位电路；

所述开机电路包括三级管Q1、贴片电容C21、贴片电阻R13和R15，其中MCU的MCU_PWR端与电阻R13的一端电连接，电阻R13的另一端与三极管Q1的基极电连接，三极管Q1的集电极与NB-IoT模组芯片U3的NB_PWR端电连接，三极管Q1的发射极接地；电阻R13的另一端与电阻R15的一端电连接，电阻R15的另一端接地；NB-IoT模组芯片U3的NB_PWR端与电容C21的一端电连接，电容C21的另一端接地；

所述唤醒电路包括三极管Q2、贴片电容C22、贴片电阻R14、R16、R17、R18，其中MCU中的MCU_PWR端与电阻R16的一端电连接，电阻R16的另一端与三极管Q2的基极电连接，三级管Q2的发射极与NB-IoT模组芯片U3的NB_WAKEUP端电连接；NB-IoT模组芯片U3的NB_WAKEUP端与电容C22的一端电连接，电容C22的另一端接地；三极管Q2的发射极与电阻R18的一端电连接，电阻R18的另一端接地；电阻R16的另一端与电阻R17的一端电连接，电阻R17的另一端接地；三极管Q2的集电极与电阻R14的一端电连接，电阻R14的另一端与外接电池的输出端电连接；

所述复位电路包括三极管Q3、贴片电容C24、贴片电阻R21、R24，其中MCU中的MCU_RST端与电阻R21的一端电连接，电阻R21的另一端与三极管Q3的基极电连接，三级管Q3的发射极接地；电阻R21的另一端与电阻R24的一端电连接，电阻R24的另一端接地；三极管Q3的集电极与NB-IoT模组芯片U3的NB_RST端电连接，NB-IoT模组芯片U3的NB_RST端与电容C24的一端电连接，电容C24的另一端接地。

本优选方案中，当MCU_PWR端为高电平时，NB-IoT模组芯片U3的NB_PWR端与GND导通，当NB_PWR处于低电平的持续时间大于1.2秒，NB-IoT模组芯片U3完成开机工作；当MCU_WAKEUP端为高电平时，三极管Q2导通，此时NB_WAKEUP端为高电平，当NB_WAKEUP端处于高电平的持续时间大于1秒时，NB-IoT模组芯片U3从低功耗模式中唤醒，进入正常工作状态；当MCU_RST端为高电平时，三极管Q3导通，NB-IoT模组芯片U3的NB_RST端为低电平，当NB_RST端处于低电平的持续时间大于1秒时，NB-IoT模组芯片U3执行复位工作。

优选地，通信模块设置有485有线接口，用于当无线信号较弱时MCU通过485串行总线标准向云服务器进行数据通信。

优选地，装置还包括电源稳压电路，电源稳压电路的输入端与外接电池的输出端电连接，所述电源稳压电路包括低压差线性稳压芯片U2、电容C3、C4、C5，其中稳压芯片U2的输入端作为电源稳压电路的输入端与外接电池的输出端电连接，稳压芯片U2的输出端与MCU的供电端电连接，稳压芯片U2的输出端与通信模块的供电端电连接；稳压芯片U2的输入端与电容C3的一端电连接，电容C3的另一端接地；稳压芯片U2的输出端与电容C4的一端电连接，电容C4的另一端接地；稳压芯片U2的输出端与电容C5的一端电连接，电容C5的另一端接地。本优选方案中，采用电源稳压电路对外接电池输出的电源进行采集和稳压处理，通过低压差线性稳压芯片U2转换为适用于MCU和通信模块所使用的电压，再通过稳压芯片U2两端的贴片电容C3、C4、C5进行滤波处理，最终获得稳定的直流输出。

优选地，液位检测装置还包括LCD液晶显示屏，所述LCD液晶显示屏与MCU的LCD驱动端电连接，MCU通过驱动LCD液晶显示屏显示当前液位传感器所检测的液位数据。

优选地，液位检测装置还包括功能按键模块，功能按键模块与MCU连接，功能按键模块包括贴片电阻R10、R11、R12，贴片电容C16、C17、C18，轻触开关S2、S3、S4，其中电阻R10的一端与外接电池电连接，电阻R10的另一端与MCU中的KEY1端电连接；电阻R10的另一端与电容C16的一端电连接，电容C16的另一端接地；电阻R10的另一端与开关S2的一端电连接，开关S2的另一端接地；

电阻R11的一端与外接电池电连接，电阻R11的另一端与MCU中的KEY2端电连接；电阻R11的另一端与电容C17的一端电连接，电容C17的另一端接地；电阻R11的另一端与开关S3的一端电连接，开关S3的另一端接地；

电阻R12的一端与外接电池电连接，电阻R12的另一端与MCU中的KEY3端电连接；电阻R12的另一端与电容C18的一端电连接，电容C18的另一端接地；电阻R12的另一端与开关S4的一端电连接，开关S4的另一端接地。

本优选方案中，MCU通过检测按键模块中各按键电路的电平高低变化判断是否有按键动作。

本发明还提出一种消防水池液位检测方法，应用上述消防水池液位检测系统，包括以下步骤：

S1：消防水池液位检测系统上电，MCU初始化并完成与液位传感器的通信协议配置，通信模块初始化并注册连接到云服务器，然后MCU和通信模块进入低功耗模式；

S2：MCU定时唤醒，然后向液位传感器发送检测信号，液位传感器将当前时刻的消防水池液位数据通过IIC通信发送到MCU中进行处理分析：

若当前时刻的消防水池液位数据高于预设的报警值，MCU控制通信模块唤醒，通信模块将当前时刻的消防水池液位数据上报云服务器后，MCU和通信模块进入低功耗模式；

若当前时刻的消防水池液位数据正常，MCU判断距离上次上报消防水池液位数据的时间间隔是否大于10min，若是，则MCU控制通信模块唤醒，通信模块将当前时刻的消防水池液位数据上报云服务器后，MCU和通信模块进入低功耗模式；若否，则MCU进入低功耗模式。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：能够定时获取当前时刻的消防水池液位数据，并上传到云服务器中，工作人员通过调用云服务器中的液位数据实现远程监控，有效避免因消防水池水位检测工作不及时导致影响人们生命和财产安全；通过定时唤醒系统的设计降低了系统整体的功耗，有效延长了电池的使用寿命，且适用于各种复杂的使用环境。

附图说明

图1为本实施例的消防水池液位检测系统的结构示意图。

图2为本实施例的MCU的引脚图。

图3为本实施例的NB-IoT模组通信电路的电路图。

图4为本实施例的MCU控制NB-IoT模组的开机、唤醒、复位的电路图。

图5为本实施例的电源稳压电路的电路图。

图6为本实施例的消防水池液位检测方法流程图。

图7为本实施例的LCD液晶显示屏和功能按键模块电路图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，为本实施例的消防水池液位检测系统的结构示意图。

本实施例的一种消防水池液位检测装置包括液位传感器1、MCU2、通信模块3、外接电池4，其中MCU2与液位传感器1进行数据传输，MCU2的输出端与通信模块3的输入端连接。

本实施例中的MCU2采用STM32超低功耗微控制器芯片STM32L053R8T6，主要用于获取并处理液位传感器1所检测得到的液位数据，并通过通信模块3将液位数据上报到云服务器5中。

如图2所示，为本实施例的MCU2的引脚图。

本实施例中，MCU2通过P1端口与液位传感器1进行IIC通信获取液位传感器1检测的液位数据。

本实施例中的通信模块3为NB-IoT模组通信电路，如图3所示，为本实施例的NB-IoT模组通信电路的电路图。

其中NB-IoT模组通信电路包括NB-IoT模组芯片U3、天线、SIM卡座和设置在SIM卡座上的SIM卡，NB-IoT模组芯片U3通过天线接口J1与天线连接，NB-IoT模组芯片U3通过USIM卡接口与设置在SIM卡座上的SIM卡电连接。

NB-IoT模组通信电路还包括贴片电阻R20、R22、R23、TVS二极管U4、贴片电容C25、C26、C27，其中NB-IoT模组芯片U3的USIM_RESET端与贴片电阻R20的一端电连接，贴片电阻R20的另一端与SIM卡的RST端电连接；NB-IoT模组芯片U3的USIM_CLK端与贴片电阻R22的一端电连接，贴片电阻R22的另一端与SIM卡的CLK端电连接；NB-IoT模组芯片U3的USIM_DATA端与贴片电阻R23的一端电连接，贴片电阻R23的另一端与SIM卡的I/O端电连接；

贴片电阻R20的另一端与TVS二极管U4的K3端电连接，贴片电阻R22的另一端与TVS二极管U4的K5端电连接，贴片电阻R23的另一端与TVS二极管U4的K1端电连接；

贴片电阻R20的另一端与贴片电容C25的一端电连接，贴片电容C25的另一端接地；贴片电阻R22的另一端与贴片电容C26的一端电连接，贴片电容C26的另一端接地；贴片电阻R23的另一端与贴片电容C27的一端电连接，贴片电容C27的另一端接地。

本实施例中，消防水池液位检测装置还包括开机电路、唤醒电路和复位电路。如图4所示，为本实施例的开机电路、唤醒电路和复位电路的电路图。

其中，开机电路包括NPN三级管Q1、贴片电容C21、贴片电阻R13和R15，其中所述MCU2的MCU_PWR端与电阻R13的一端电连接，电阻R13的另一端与三极管Q1的基极电连接，三极管Q1的集电极与NB-IoT模组芯片U3的NB_PWR端电连接，三极管Q1的发射极接地；电阻R13的另一端与电阻R15的一端电连接，电阻R15的另一端接地NB-IoT模组芯片U3的NB_PWR端与电容C21的一端电连接，电容C21的另一端接地；

唤醒电路包括NPN三极管Q2、贴片电容C22、贴片电阻R14、R16、R17、R18，其中所述MCU2的MCU_PWR端与电阻R16的一端电连接，电阻R16的另一端与三极管Q2的基极电连接，三级管Q2的发射极与NB-IoT模组芯片U3的NB_WAKEUP端电连接；NB-IoT模组芯片U3的NB_WAKEUP端与电容C22的一端电连接，电容C22的另一端接地；三极管Q2的发射极与电阻R18的一端电连接，电阻R18的另一端接地；电阻R16的另一端与电阻R17的一端电连接，电阻R17的另一端接地；三极管Q2的集电极与电阻R14的一端电连接，电阻R14的另一端与外接电池4的输出端电连接；

复位电路包括NPN三极管Q3、贴片电容C24、贴片电阻R21、R24，其中MCU2的MCU_RST端与电阻R21的一端电连接，电阻R21的另一端与三极管Q3的基极电连接，三级管Q3的发射极接地；电阻R21的另一端与电阻R24的一端电连接，电阻R24的另一端接地；三极管Q3的集电极与NB-IoT模组芯片U3的NB_RST端电连接，NB-IoT模组芯片U3的NB_RST端与电容C24的一端电连接，电容C24的另一端接地。

当MCU_PWR端为高电平时，NB-IoT模组芯片U3的NB_PWR端与GND导通，当NB_PWR处于低电平的持续时间大于1.2秒，NB-IoT模组芯片U3完成开机工作；当MCU_WAKEUP端为高电平时，三极管Q2导通，此时NB_WAKEUP端为高电平，当NB_WAKEUP端处于高电平的持续时间大于1秒时，NB-IoT模组芯片U3从低功耗模式中唤醒，进入正常工作状态；当MCU_RST端为高电平时，三极管Q3导通，NB-IoT模组芯片U3的NB_RST端为低电平，当NB_RST端处于低电平的持续时间大于1秒时，NB-IoT模组芯片U3执行复位工作。

本实施例中，通信模块3还设置有485有线接口，用于当无线信号较弱时MCU2通过485串行总线标准向云服务器5进行数据通信。

本实施例中，消防水池液位检测装置装置还包括电源稳压电路，如图5所示，为本实施例的电源稳压电路的电路图。

本实施例中的电源稳压电路包括低压差线性稳压芯片U2、电容C3、C4、C5，其中稳压芯片U2的输入端作为电源稳压电路的输入端与外接电池的输出端电连接，稳压芯片U2的输出端与MCU2的供电端电连接，稳压芯片U2的输出端与NB-IoT模组芯片U3的供电端电连接；稳压芯片U2的输入端与电容C3的一端电连接，电容C3的另一端接地；稳压芯片U2的输出端与电容C4的一端电连接，电容C4的另一端接地；稳压芯片U2的输出端与电容C5的一端电连接，电容C5的另一端接地。

本实施例中的低压差线性稳压芯片U2所采用的芯片型号为XC6206P302MR。

本实施例中的外接电池4的电压为3.6V。

在具体实施过程中，先对消防水池液位检测系统上电，MCU2初始化，MCU2配置与液位传感器1的IIC通信协议，MCU2通过NB-IoT模组通信电路与云服务器5建立连接，即完成消防水池液位检测系统启动工作；MCU2每10秒唤醒并通过与液位传感器1通信，获取当前时刻消防水池的液位数据，MCU2判断当前时刻消防水池的液位数据是否超出预设的报警值，若是，则MCU2通过NB-IoT模组通信电路将当前时刻消防水池的液位数据上报到云服务器5中，然后进入低功耗模式；若否，则先判断距离上次上报液位数据的时间间隔是否大于10min，若是，则MCU2将当前时刻消防水池的液位数据上报到云服务器5平台后再进入低功耗模式，否则MCU2直接进入低功耗模式。

本实施例的消防水池液位检测系统实现了消防水池液位的实时测量，将检测得到的液位数据定时上报到云服务器5，或当液位数据低于预设的报警值时将检测得到的液位数据上报到云服务器5中，工作人员可通过调取云服务器5中定时更新的液位数据，实现消防水池液位状况的实时检测，从而避免因没有及时开展消防水池的液位检测工作导致危及人们的生命财产安全。

本实施例还涉及一种消防水池液位检测方法，应用上述消防水池液位检测系统。如图6所示，为本实施例消防水池液位检测方法的流程图。

本实施例的消防水池液位检测方法包括以下步骤：

S1：消防水池液位检测系统上电，MCU2初始化并完成与液位传感器1的IIC通信协议配置，通信模块3初始化并注册连接到云服务器5，然后MCU2和通信模块3进入低功耗模式；

S2：MCU2定时唤醒，然后向液位传感器1发送检测信号，液位传感器1将当前时刻的消防水池液位数据通过IIC通信发送到MCU2中进行处理分析：

若当前时刻的消防水池液位数据高于预设的报警值，MCU2控制通信模块3唤醒，通信模块3将当前时刻的消防水池液位数据上报云服务器5后，MCU2和通信模块3进入低功耗模式；

若当前时刻的消防水池液位数据正常，MCU2判断距离上次上报消防水池液位数据的时间间隔是否大于10min，若是，则MCU2控制通信模块3唤醒，通信模块3将当前时刻的消防水池液位数据上报云服务器5后，MCU2和通信模块3进入低功耗模式；若否，则MCU2进入低功耗模式。

本实施例中，采用低功耗的STM32L053R8T6微控制器芯片作为MCU2，且采用定时唤醒的待机模式进行工作，同时液位传感器1在工作模式下仅需花费毫秒级别的时间即可获取当前时刻的消防水池的液位数据，且系统中的所有模块在完成工作后重新进入低功耗模式，等待下一次定时唤醒，从而有效降低整个电路系统的功耗，使用外接电池即可提供整个系统的用电，同时能够有效延长电池的使用寿命。

本实施例还采用NB-IoT模组通信电路作为本实施例的通信模块，因此液位传感器不需要升级固件程序，只需要更换运营商的物联网卡即可介入对应运营商的服务网络，即可将获取的消防水池的液位数据发送到统一的IoT平台，再由IoT平台推送到云服务器5中，有效解决了施工场信号差的问题，且能够及时将消防水池的液位数据上传到云服务器5中供工作人员监控，有效避免了因消防水池水位检测工作不及时导致影响人们生命和财产安全。

实施例2

本实施例的一种消防水池液位检测系统在实施例1的基础上增设了LCD液晶显示屏，其中LCD液晶显示屏的输入端与MCU2的LCD驱动端电连接。

本实施例所增设的功能按键模块与MCU2的KEY1、KEY2、KEY3端电连接。

如图7所示，为本实施例的LCD液晶显示屏和功能按键模块电路图。

本实施例中的LCD液晶显示屏采用13段4COM的LCD液晶屏，由于本实施例采用STM32L053R8T6作为MCU2，STM32L053R8T6内部自带LCD驱动功能，即MCU2可通过LCD1端连接驱动LCD液晶显示屏。

本实施例中的功能按键模块包括贴片电阻R10、R11、R12，贴片电容C16、C17、C18，轻触开关S2、S3、S4，其中电阻R10的一端与外接电池4电连接，电阻R10的另一端与MCU2中的KEY1端电连接；电阻R10的另一端与电容C16的一端电连接，电容C16的另一端接地；电阻R10的另一端与开关S2的一端电连接，开关S2的另一端接地；

电阻R11的一端与外接电池4电连接，电阻R11的另一端与MCU2中的KEY2端电连接；电阻R11的另一端与电容C17的一端电连接，电容C17的另一端接地；电阻R11的另一端与开关S3的一端电连接，开关S3的另一端接地；

电阻R12的一端与外接电池4电连接，电阻R12的另一端与MCU2中的KEY3端电连接；电阻R12的另一端与电容C18的一端电连接，电容C18的另一端接地；电阻R12的另一端与开关S4的一端电连接，开关S4的另一端接地。

在具体实施过程中，轻触开关S2、S3、S4默认为弹起状态，此时KEY1、KEY2、KEY3端为高电平，当轻触开关S2、S3、S4闭合，即按键被按下，此时对应的KEY1、KEY2、KEY3端从高电平转换为低电平，MCU2通过检测KEY1、KEY2、KEY3端电平的高低变化来判断是否有按键动作。假设开关S2按键按下，此时KEY1端从高电平转换为低电平，MCU2检测到KEY1端的电平发生了变化，判断KEY1端有按键动作。

MCU2定时唤醒，MCU2通过液位传感器1获取当前时刻的消防水池液位数据，然后通过驱动LCD液晶显示屏将当前时刻的消防水池液位数据进行实时显示，且当无外部按键操作时，LCD液晶显示屏始终保持关闭状态。

本实施例的MCU2与所增设的LCD液晶显示屏和功能按键模块配合使用，当有按键操作时LCD液晶显示屏启动并显示按键操作内容和最近一次获取的消防水池的液位数据。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。