基于NB-IOT网络的室内消防栓信息采集系统的制作方法

本实用新型涉及无线通讯的技术领域，特别涉及一种基于NB-IOT网络的室内消防栓信息采集系统。

背景技术：

室内消防栓是城市防火的重要组成部分，在近些年的一些火灾中，时常会遇到，消防栓水压低，无法满足消防作业，甚至消防栓无水，消防栓被破坏等现象。作为重要的民生公物，消防栓一直有着监控难，检查耗时，维护不方便的特点。具有远程监控功能的消防栓信息采集设备，作为解决这一问题的终端载体，开始陆续出现。

当前市面上，出现的消防栓信息采集设备，均是基于2G信号的GPRS网络，采用大容量干电池供电的消防栓信息采集设备，该类型设备将水压信号通过传感器进行采集，并通过2G信号的GPRS网络将水压信号传送到监控中心。

然而，由于GPRS模块在数据发送过程中本身比较耗电，导致每半年设备需要更换电池，运维成本高。同时由于技术跟新的原因，各地开始逐渐对GPRS 网络放弃维护，甚至取消2G网络的GPRS功能，所以传统意义的消防栓信息采集设备适用面越来越窄。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本实用新型的主要目的是提供一种基于 NB-IOT网络的室内消防栓信息采集系统，其既能实现水压监测、撞击监测、远程数据传输，且运维成本低。

为实现上述目的，本实用新型提出的基于NB-IOT网络的室内消防栓信息采集系统，包括：用于检测消防栓的状态信息的检测模块，用于接收并根据检测模块采集的检测数据来生成报警信号的信息处理模块，用于供电的电源模块以及电压转换模块。检测模块包括用于检测消防栓水压的水压检测模块，用于检测消防栓是否受撞击的撞击检测模块以及用于检测消防栓是否倾斜的倾斜检测模块。信息处理模块通过NB-IOT通讯模块与远程监控中心无线连接。水压检测模块的输出端与信息处理模块的第一输入端连接，撞击检测模块的输出端与信息处理模块的第二输入端连接，倾斜检测模块的三轴数据输出端与信息处理模块的第三输入端连接。水压检测模块的电压输入端、撞击检测模块的电压输入端、倾斜检测模块的电压输入端、信息处理模块的电压输入端以及NB-IOT通讯模块的电压输入端均通过电压转换模块与电源模块连接。

优选地，撞击检测模块包括反相器74HC1G14与振动传感器SW-420，振动传感器SW-420的第一端与反相器74HC1G14的GND引脚连接并接地，其第二端与反相器74HC1G14的A引脚连接，并通过电阻R9与电压转换模块连接。

反相器74HC1G14的Y引脚与电阻R11的第一端、电阻R10的第一端连接，电阻R11的第二端与信息处理模块的第二输入端连接，电阻R10的第二端分别与反相器74HC1G14的VCC引脚、电压转换模块连接。

优选地，倾斜检测模块设置在消防栓的采集设备上，其包括三轴加速传感器ADXL335，其两VSS引脚通过电阻R5与电压转换模块连接，其X-OUT引脚、Y-OUT引脚、Z-OUT引脚分别通过电阻R8、电阻R7、电阻R6与信息处理模块的第三输入端连接，且其X-OUT引脚、Y-OUT引脚、Z-OUT引脚还分别通过电容C4、电容C3、电容C2接地。

优选地，信息处理模块包括型号为STM32F103R8T6的控制芯片，该控制芯片的PA0引脚作为信息处理模块的第一输入端并与水压检测模块的输出端连接。控制芯片的PA1引脚、PA2引脚、PA3引脚均作为信息处理模块的第三输入端，其PA1引脚、PA2引脚、PA3引脚与倾斜检测模块的三轴数据输出端连接。控制芯片的PB15引脚作为信息处理模块的第二输入端并与撞击检测模块的输出端连接。控制芯片的PB10引脚与PB11引脚分别作为信息处理模块的数据发送端与数据接收端，其PB10引脚通过电阻R12与NB-IOT通讯模块的数据发送端连接，其PB11引脚通过电阻R13与NB-IOT通讯模块的数据接收端连接。控制芯片的VBAT引脚作为信息处理模块的电压输入端并与电压转换模块连接。控制芯片的PC3作为信息处理模块的第一使能端，与电压转换模块连接。控制芯片的PA12作为信息处理模块的第二使能端，与电压转换模块连接。控制芯片的PA11作为信息处理模块的第三使能端，与电压转换模块连接。

优选地，NB-IOT通讯模块为上海移远通信技术股份有限公司的BC95模块。

优选地，电压转换模块包括第一转换电路、第二转换电路、第三转换电路以及第四转换电路。

第一转换电路包括稳压器LDO1，该稳压器LDO1的VIN引脚与电源模块连接，并通过电容C5接地。稳压器LDO1的VOUT引脚输出3.3V电压，并通过电容C6与电容C7构成的并联电路接地。稳压器LDO1的VSS引脚接地。

第二转换电路包括P型MOS管Q1，该P型MOS管Q1的栅极与信息处理模块的第一使能端、电阻R14的第一端连接。P型MOS管Q1的源极接3.3V电压，并与电阻R14的第二端连接。P型MOS管Q1的漏极与撞击检测模块的电压输入端连接，并通过电容C8、二极管D1构成的并联电路接地。

第三转换电路包括稳压器LDO2，该稳压器LDO2的VIN引脚与电源模块连接，并通过电容C9接地。稳压器LDO2的CE引脚与信息处理模块的第二使能端，并通过电阻R15接地。稳压器LDO2的VOUT引脚与倾斜检测模块的电压输入端连接，并通过电容C10、电容C11、电阻R16构成的并联电路接地。稳压器LDO2的VSS引脚接地。

第四转换电路包括P型MOS管Q2、P型MOS管Q3以及三极管T1。P型MOS 管Q2的栅极与P型MOS管Q3的栅极、电阻R18的第一端、电阻R19的第一端连接，其源极与P型MOS管Q3的源极、电阻R17的第一端、电阻R18的第二端连接，电阻R17的第二端与电源模块连接。P型MOS管Q2的漏极与P型MOS管Q3 的漏极、NB-IOT通讯模块的电压输入端连接，并通过电容C12、二极管D2、二极管D3构成的并联电路接地。三极管T1的基极通过电阻R20与信息处理模块的第三使能端连接，其集电极与电阻R19的第二端连接，其发射极接地。

本实用新型的技术方案通过采用覆盖广、连接多、低功耗的NB-IOT通讯模块进行数据的发送和接收，大大降低了采集系统的耗电量，且可有效实现消防栓相关状态的数据采集，远程传输，监控报警灯功能，适应当前室内消防栓使用的绝大多数场景。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本实用新型基于NB-IOT网络的室内消防栓信息采集系统一实施例的系统框图；

图2为检测模块的撞击检测模块的电路示意图；

图3为检测模块的倾斜检测模块的电路示意图；

图4信息处理模块的电路示意图；

图5为NB-IOT通讯模块的电路示意图；

图6为电压转换模块的第一转换电路的示意图；

图7为电压转换模块的第二转换电路的示意图；

图8为电压转换模块的第三转换电路的示意图；

图9为电压转换模块的第四转换电路的示意图；

本实用新型目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

本实用新型提出一种基于NB-IOT网络的室内消防栓信息采集系统。

参照图1，图1为本实用新型基于NB-IOT网络的室内消防栓信息采集系统一实施例的系统框图。

如图1所示，在本实用新型实施例中，该基于NB-IOT网络的室内消防栓信息采集系统，其包括检测模块100、信息处理模块200、电源模块300以及电压转换模块400。检测模块100用于检测消防栓的状态信息，包括用于检测消防栓水压的水压检测模块，用于检测消防栓是否受撞击的撞击检测模块以及用于检测消防栓是否倾斜的倾斜检测模块。信息处理模块200用于接收并根据检测模块100采集的检测数据来生成报警信号，其通过NB-IOT通讯模块500与远程监控中心无线连接。水压检测模块的输出端与信息处理模块200的第一输入端连接，撞击检测模块的输出端与信息处理模块200的第二输入端连接，倾斜检测模块的三轴数据输出端与信息处理模块200的第三输入端连接。水压检测模块的电压输入端、撞击检测模块的电压输入端、倾斜检测模块的电压输入端、信息处理模块200的电压输入端以及NB-IOT通讯模块500的电压输入端均通过电压转换模块400与电源模块300连接。

在本实施例中，电源模块300为3.6V-4.2V的大容量不可充电电池，可满足长时间的工作场景。

在本实施例中，水压检测模块可采用现有的水压传感器，其设置在消防栓的出水口处，以检测消防栓的水压是否处于正常范围内。当水压数据超过规定的正常范围时，则信息处理模块200将报警信号，并通过NB-IOT通讯模块 500传送到远程监控中心，以便工作人员在远程接收报警信号，及时派遣工作人员进行检修。

如图2所示，在本实施例中，撞击检测模块包括反相器74HC1G14与振动传感器SW-420，振动传感器SW-420的第一端与反相器74HC1G14的GND引脚连接并接地，其第二端与反相器74HC1G14的A引脚连接，并通过电阻R9与电压转换模块400连接。反相器74HC1G14的Y引脚与电阻R11的第一端、电阻R10 的第一端连接，电阻R10的第二端与信息处理模块200的第二输入端连接，电阻R11的第二端分别与反相器74HC1G14的VCC引脚、电压转换模块400连接。振动传感器SW-420是一种采用新型高灵敏度传感膜而设计的全向振动传感器，具有全向检测、灵敏度可调、高抗干扰能力，能够准确检测消防栓当前的振动情况。

如图3所示，在本实施例中，倾斜检测模块设置在消防栓的采集设备上，其包括三轴加速传感器ADXL335，其两VSS引脚通过电阻R5与电压转换模块 400连接，其X-OUT引脚、Y-OUT引脚、Z-OUT引脚分别通过电阻R8、电阻 R7、电阻R6与信息处理模块200的第三输入端连接，且其X-OUT引脚、Y-OUT 引脚、Z-OUT引脚还分别通过电容C4、电容C3、电容C2接地。当信息处理设备读取振动传感器发出的振动数据时，其会结合三轴加速传感器ADXL335发出的三轴数据，判定当前震动情况，从而判定当前消防栓是否为处于被撞击状态，若判定结果为被撞击状态，则信息处理模块200将立刻产生报警信号。通过设置振动传感器SW-420与三轴加速传感器ADXL335共同判断消防栓的震动情况，可防止信息处理模块200的误触发，提高信息处理模块200判断准确率。

如图4所示，在本实施例中，信息处理模块200包括型号为STM32F103R8T6 的控制芯片，该控制芯片的PA0引脚作为信息处理模块200的第一输入端，并与电阻R11的第二端连接。控制芯片的PA1引脚、PA2引脚、PA3引脚均作为信息处理模块200的第三输入端，其PA1引脚与通过电阻R8的第二端连接，其PA2 引脚与通过电阻R7的第二端连接，其PA5引脚与通过电阻R6的第二端连接。控制芯片的PB15引脚作为信息处理模块200的第二输入端，并与电阻R11的第二端连接。控制芯片的PB10引脚与PB11引脚分别作为信息处理模块200的数据发送端与数据接收端，其PB10引脚通过电阻R12与NB-IOT通讯模块500的数据发送端连接，其PB11引脚通过电阻R13与NB-IOT通讯模块500的数据接收端连接。控制芯片的VBAT引脚作为信息处理模块200的电压输入端并与电压转换模块400连接。控制芯片的PC3作为信息处理模块200的第一使能端，与电压转换模块400连接。控制芯片的PA12作为信息处理模块200的第二使能端，与电压转换模块400连接。控制芯片的PA11作为信息处理模块200的第三使能端，与电压转换模块400连接。STM32F103R8T6芯片的功耗低，其待机电流可以控制在3uA。

如图5所示，在实施例中，NB-IOT通讯模块500为上海移远通信技术股份有限公司的BC95模块，其具有覆盖广、连接多、速率快、成本低、功耗低、架构优等特点。

在本实施例中，电压转换模块400包括第一转换电路、第二转换电路、第三转换电路以及第四转换电路。

如图6所示，第一转换电路包括稳压器LDO1，该稳压器LDO1的型号为 XC6204，其VIN引脚与电源模块300连接，并通过电容C5接地。稳压器LDO1 的VOUT引脚输出3.3V电压，并与水压检测模块的电压输入端、控制芯片的 VBAT引脚连接，同时还通过电容C6与电容C7构成的并联电路接地。稳压器 LDO1的VSS引脚接地。

如图7所示，第二转换电路包括P型MOS管Q1，该P型MOS管Q1的栅极与信息处理模块200的第一使能端、电阻R14的第一端连接。P型MOS管Q1的源极与稳压器LDO1的VOUT引脚连接，并与电阻R14的第二端连接。P型MOS 管Q1的漏极与反相器74HC1G14的VCC引脚、电阻R9的第二端、电阻R10的第二端连接，并通过电容C8、二极管D1构成的并联电路接地。

如图8所示，第三转换电路包括稳压器LDO2，该稳压器LDO2的型号为 XC6204，其VIN引脚与电源模块300连接，并通过电容C9接地。稳压器LDO2 的CE引脚与信息处理模块200的第二使能端，并通过电阻R15接地。稳压器 LDO2的VOUT引脚与电阻R5的第二端连接，并通过电容C10、电容C11、电阻 R16构成的并联电路接地。稳压器LDO2的VSS引脚接地。

如图9所示，第四转换电路包括P型MOS管Q2、P型MOS管Q3以及三极管 T1。P型MOS管Q2的栅极与P型MOS管Q3的栅极、电阻R18的第一端、电阻R19 的第一端连接，其源极与P型MOS管Q3的源极、电阻R17的第一端、电阻R18 的第二端连接，电阻R17的第二端与电源模块300连接。P型MOS管Q2的漏极与P型MOS管Q3的漏极、NB-IOT通讯模块500的两VBAT引脚，并通过电容C12、二极管D2、二极管D3构成的并联电路接地。三极管T1的基极通过电阻 R20与信息处理模块200的第三使能端连接，其集电极与电阻R19的第二端连接，其发射极接地。

在本实施例中，电源模块300提供的电压范围在3.6V-4.2V，控制芯片与水压传感器的供电电压进行降压转换，通过采用可控的低压型的稳压器LDO1进行降压，可有效保证对控制芯片与水压传感器的正常供电。三轴加速传感器 ADXL335的工作电压通过稳压器LDO2进行转换。NB-IOT通讯模块500与振动传感器SW-420的电压需要可控，通过采用P沟道MOS管控制，在实现控制功能的同时，又能保证为后续模块提供较大电流。

本实用新型对消防栓的状态信息的采集过程如下：

(1)水压传感器检测当前消防栓的水压数据并发送到控制芯片，控制芯片判断该水压数据是否超过设定的正常范围。当水压数据超过正常范围时，则控制芯片产生报警信号，并通过NB-IOT通讯模块500发送给远程监控中心；

(2)振动传感器SW-420与三轴加速传感器ADXL335检测当前消防栓的振动和倾斜情况，以判断当前消防栓是否处于被撞击状态。若处于被撞击状态，则控制芯片产生报警信号，并通过NB-IOT通讯模块500发送给远程监控中心；

(3)当控制芯片发送水压数据、振动数据、以及三轴数据时，等待远程监控中心回应，若控制芯片收到回应数据，则关闭NB-IOT通讯模块500的通讯功能，进入省电模式；若控制芯片未收到回应数据，则持续发送，每次发送间隔30S，连续10次，若依旧未能接收到回应数据，则将消防栓的检测数据存入控制芯片内部的FLASH，作为盲区数据保存。盲区数据每6小时发送一次，发送完成之后删除盲区数据，发送未完成，则持续记录。

本实用新型的技术方案通过采用覆盖广、连接多、低功耗的NB-IOT通讯模块500进行数据的发送和接收，大大降低了采集系统的耗电量，延长电池的使用时间，降低了运维成本，且可有效实现消防栓相关状态的数据采集，远程传输，监控报警等功能，适应当前室内消防栓使用的绝大多数场景；通过设置电压转换电路，有效控制了系统的电压输出，通过对不同模块采用单独的转换电路，即保证了对各模块的正常供电，；又提高了电压转换的效率，减小了不必要的功耗损失；采用STM32F103R8T6芯片进行数据处理，其性能高，功耗低，进一步减小了系统的耗电量。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的实用新型构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。