一种消防实时监测系统的制作方法

本发明涉及安全监测及数据传输技术领域，具体涉及一种消防实时监测系统。

背景技术：

在现代社会，消防和安防产品是普遍需求的设备，而且安装的数量非常巨大。以独立式感烟火灾探测报警器为例，由于烟雾扩散易受墙壁或隔间的阻碍，所以必须每一间安装至少一个，才能满足消防安全要求。

目前大量使用的消防用实时监测设备是独立式感烟火灾探测报警器。其它的消防用实时监测设备则包括易燃气体(煤气、天然气等)探测器，有害气体(一氧化碳、二氧化碳等)探测器，温度探测器等。以国标GB-20517-2006独立式感烟火灾探测报警器为例：它的主要功能是在探测到烟雾以后，以闪光和蜂鸣器警告在其覆盖范围内的人，可能有火灾发生，应提高警觉，予以适当处理。

在上述独立式感烟火灾探测报警器的基础上，有厂家进一步开发具备单频无线通讯功能的设备，这种设备通常采用单工设计，主要功能当某一独立式感烟火灾探测报警器侦测到火警时，除了本身发出声光报警信号外，还可以用无线信号，单向通知附近的同类设备，同时发出声光报警信号，以扩大声光报警信号可以达到的范围。但这种设备尚不具备与互联网全功能连接的能力，还无法在探测到火警时，实时向消防、救难单位自动报警求援，在平时也无法完成数据采集、定期自检回报及升级等功能。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷以及实际应用的需要，本本发明实施例的目的在于提供一种能够克服上述问题或者至少能够部分地解决上述问题的一种消防实时监测系统。

为实现上述目的，本发明实施例中采用的技术方案如下：

一种消防实时监测系统，包括传感模组和数据收集器，所述传感模组用于环境监测和数据采集，并将监测结果和采集到的数据发送到数据收集器，还用于接收并执行数据收集器发送的指令；

所述传感模组包括第一微控制单元MCU、传感器模块、第一数据传输模块和用于为传感模组供电的第一电源模块，传感器模块和第一数据传输模块分别与第一微控制单元MCU连接，第一微控制单元MCU、传感器模块和第一数据传输模块分别与第一电源模块连接；

所述数据收集器包括第二微控制单元MCU、第二数据传输模块和用于为数据收集器供电的第二电源模块，第二数据传输模块分别与第二微控制单元MCU和第二电源模块连接，第二微控制单元MCU与第二电源模块连接；

所述传感模组和数据收集器通过所述第一数据传输模块和第二数据传输模块通信连接。

优选的，如上所述的一种消防实时监测系统，所述传感模组的数量为M个，所述数据收集器的数量为N个，一个数据收集器分别与T个传感模组连接，M≥1，N≥1，T≥1。

优选的，如上所述的一种消防实时监测系统，所述第一数据传输模块和第二数据传输模块为无线通信模块。

优选的，如上所述的一种消防实时监测系统，所述无线通信模块包括通信频段不同的第一无线通信模块和第二无线通信模块。

优选的，如上所述的一种消防实时监测系统，所述第一无线通信模块为WIFI模块，所述第二无线通信模块为免申请频段的的无线通信模块。

优选的，如上所述的一种消防实时监测系统，所述免申请频段的无线通信模块包括ISM频段通信模块和/或HAM频段通信模块。

优选的，如上所述的一种消防实时监测系统，该系统还包括与数据收集器连接的上层服务器，数据收集器用于将传感模组上传的数据发送到上层服务器，还用于接收上层服务器的指令并发送到传感模组。

优选的，如上所述的一种消防实时监测系统，所述第一微控制单元MCU包括：

数据传输控制单元，用于将符合第一预设条件的第一数据通过第一无线通信模块发送到数据收集器，将符合第二预设条件的第二数据通过第二无线通信模块发送到数据收集器；

传输自适应处理单元，用于在一个无线通信模块故障时，将第一数据和第二数据均通过另一个无线通信模块发送到数据收集器。

优选的，如上所述的一种消防实时监测系统，所述第一数据包括传感器模块的报警信息；所述第二数据包括传感模组的设备状态信息；

第一微控制单元MCU按照第一预设间隔向数据收集器发送传感模组的各设备的设备状态信息；所述数据收集器在连续m次未接收到传感模组上传的设备状态信息时，提示设备故障。

优选的，如上所述的一种消防实时监测系统，所述第一预设间隔为30秒，所述m＝3。

优选的，如上所述的一种消防实时监测系统，所述第一微控制单元MCU还包括：

传感器状态控制单元，用于控制传感器模块的指定传感器的状态，所述指定传感器的状态包括睡眠状态和唤醒状态，所述指定传感器的默认状态为睡眠状态，当检测到所述指定传感器的唤醒信号时，唤醒所述指定传感器。

优选的，如上所述的一种消防实时监测系统，所述第一电源模块包括第一电源和与第一电源连接的、用于将第一电源的电压转换为传感模组各模块的工作电压的第一电压转换单元，第一微控制单元MCU、传感器模块和第一数据传输模块分别与第一电压转换单元连接；

所述第二电源模块包括第二电源和与第二电源连接的、用于将第二电源的电压转换为数据收集器各模块的工作电压的第二电压转换单元；第二微控制单元MCU和第二数据传输模块分别与第二电压转换单元连接。

本发明的有益效果在于：本发明实施例中所提供的消防实时监测系统，能够对需要进行消防监测的建筑物或特定区域进行实时环境参数的监测，并在灾情发生时，传感模组在发出报警信号，同时传感模组将报警信号实时上传到数据收集器，数据收集器在接收到一个传感模组上传的报警信号时，可以根据实际情况，向其它传感模组发送报警指令，以通知与报警信号来源关联的区域内的传感模组进行快速反应报警，以警示民众。

此外，本发明另一个实施例中，传感模组与数据收集器之间可以通过双频无线传输功能，可有效解决布线困难的问题，且双频传输的方案，即可保证数据的传输，又可以实现系统节电。

在实际应用中，本发明实施例所提供的监测系统，还可以根据不同传感模组报警的顺序，知晓灾情的扩散方向，以更好实施消防营救方案，为消防人员提供数据基础支持，更好的保障消防人员的生命安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，附图仅限于示出优选实施方式的目的，而并不认为是本发明的限制，且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获得其他的附图。

图1为本发明的一个实施例中一种消防实时监测系统的结构示意图；

图2为本发明的一个实施例中一种消防实时监测系统的结构示意图；

图3为本发明的一个实施例中第一微控制单元的结构示意图；

图4为本发明的一个实施例中一种消防实时监测系统的结构示意图；

图5为实施例中的消防实时监测系统的结构示意图；

图6为实施例中的一个传感模组的结构示意图；

图7为实施例中的一个数据收集器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。

图1示出了本发明的一个实施例中提供的一种消防实时监测系统的结构示意图，由图中可以看出，该监测系统主要包括传感模组100和数据收集器200两个大部分，其中，所述传感模组100用于通过其传感器模块120环境监测和数据采集，并将监测结果和采集到的数据发送到数据收集器200，还用于接收并执行数据收集器200发送的指令。

本实施例中，所述传感模组100包括第一微控制单元MCU 110(即主控芯片)、传感器模块120、第一数据传输模块130和用于为传感模组供电的第一电源模块140，传感器模块120和第一数据传输模块130分别与第一微控制单元MCU110连接，第一微控制单元MCU 110、传感器模块120和第一数据传输模块130分别与第一电源模块140连接；

所述数据收集器200包括第二微控制单元MCU 210、第二数据传输模块220和用于为数据收集器供电的第二电源模块230，第二数据传输模块220分别与第二微控制单元MCU 210和第二电源模块230连接，第二微控制单元MCU 210与第二电源模块230连接；

其中，传感模组100和数据收集器200通过所述第一数据传输模块130和第二数据传输模块220进行通信。

其中，所述传感器模块120用于对安装消防实时监测系统的建筑物或区域内的环境参数进行检测，在本发明的一个实施例中，所述传感器模块120包括以下传感器中的至少一种：

烟雾传感器、气体传感器、温度传感器、湿度传感器、生物传感器、辐射传感器等。

在实际应用中，可以依据实际需要配合多种不用的环境参数配置不同的传感器模块120，包括但不限于上述所列举的一种或多种触感器。当然，上述所列举的每一种传感器根据实际需求也可以是一个或多个类型，每种类型也可以是一个或多个，如，所述气体传感器，可以根据所需要监测的气体的不同而进行选择，如可以是易燃气体(煤气、天然气等)探测器、有害气体(一氧化碳、二氧化碳等)探测器、毒气(光气等)探测器等等，每种传感器的数量可以根据所需要监测空间的大小和传感器的实际监测范围来确定，传感模组100所监测的具体内容及具体采集数据由其传感器模块120的构成决定。

在本发明的一个实施例中，所述传感模组100的数量为M个，所述数据收集器200的数量为N个，一个数据收集器200分别与T个传感模组100连接，其中，M≥1，N≥1，T≥1。

在实际应用中，根据需要进行监测的空间大小以及一个传感模组的可监测覆盖范围，确定需要的传感模组100的数量，可以根据传感模组100与数据收集器200之间的通信覆盖范围，确定数据收集器200的数量，一般的，一个数据收集器可以对应多个传感模组100，通过该方式，保证了传感模块100的监测范围能够覆盖到全部的空间，以保障整个空间的安全。

第一电源模块140用于为传感模组100的各设备提供电源，第二电源模块230用于为数据收集器200的各设备提供电源。为了保证供电的安全性，本发明的一个实施例中，如图2所示，所述第一电源模块140包括第一电源141和与第一电源141连接的、用于将第一电源141的电压转换为传感模组各模块的工作电压的第一电压转换单元142，第一微控制单元MCU110、传感器模块120和第一数据传输模块130分别与第一电压转换单元142连接；

所述第二电源模块230包括第二电源231和与第二电源231连接的、用于将第二电源231的电压转换为数据收集器各模块的工作电压的第二电压转换单元232；第二微控制单元MCU210和第二数据传输模块220分别与第二电压转换单元232连接。

在本发明的一个实施例中，所述第一电源141可以为电池组；所述第二电源142可以为标准网络电源POE或市电。

在监测系统的实际安装过程中，或者基于装饰美观的考虑，或者建筑物本身老旧，或者由于古文物保护等种种理由，使得在某些建筑物中，不太适合拉线安装，针对该问题，本发明的一个实施例中，所述第一数据传输模块130和第二数据传输模块220均优选为无线通信模块，传感模组100与数据收集器200通过无线方式实现通信连接。

在实际应用中，当一个建筑物内需要安装的传感模组数量较多时，如一个房间内需要安装十个传感模组和一个数据收集器，十个个传感模组分别通过无线通信方式与数据收集器连接，以实现数据传输，且无需进行复杂的布线，更好了满足了实际应用需求。

在本发明的一个实施例中，所述无线通信模块包括通信频段不同的第一无线通信模块和第二无线通信模块。其中，所述第一无线通信模块可以为WIFI模块，所述第二无线通信模块可以为免申请频段的的无线通信模块，所述免申请频段的无线通信模块包括ISM频段(Industrial Scientific Medical Band)通信模块和/或HAM频段(业余无线电通信频段)通信模块等，优选ISM频段通信模块。

WIFI是一种允许电子设备连接到无线局域网的技术，通常使用2.4G UHF或5.0G SHF ISM射频频段，WIFI通信频道频率高、容许流量大、通信协议完善，可靠性高，可以用来传输大流量数据，但是维持这种高性能的同时，会造成电源模块耗电量大。因此，考虑到数据的传输需求以及电源模块的耗电量问题，通过采用通信频段不同的第一无线通信模块和第二无线通信模块来共同实现无线通信功能。优选的，第二无线通信模块的传输功率小于第二无线通信模块的传输功率。

通过采用两种不同的无线传输模块，在实际应用中，可以根据所需要传输的数据的类型，由第一微控制单元MCU110来控制由哪个无线通信模块进行数据的传输。

在本发明的一个实施例中，所述第一微控制单元MCU110还包括数据传输控制单元111和传输自适应处理单元112，如图3所示。其中：

数据传输控制单元111，用于将符合第一预设条件的第一数据通过第一无线通信模块发送到数据收集器200，将符合第二预设条件的第二数据通过第二无线通信模块发送到数据收集器200；

传输自适应处理单元112，用于在一个无线通信模块故障时，将第一数据和第二数据均通过另一个无线通信模块发送到数据收集器200。

传感模组100在正常状态(无线通信模块无故障)下，通过数据传输控制单元111，控制不同的无线通信模块完成不同数据的传输，从而在保证数据正常传输的情况下，达到节省耗电量的目的。其中，所述第一预设条件和第二预设条件可以根据实际应用场景进行设置。

在实际应用中，所述第一数据一般是指优先级较高(根据实际情况进行设置)或者数据量较大的数据，所述第二数据一般是指传输频率较高的数据。对于消防系统而言，所述第一数据可以包括传感器模块120的报警信息等时效性要求高、传输可靠性要求高的数据，所述第二数据可以包括传感模组100的设备状态信息(设备健康信息)等。

本实施例中，所述第一微控制单元MCU110按照第一预设间隔向数据收集器发送传感模组100的各设备的设备状态信息；所述数据收集器200在连续m次未接收到传感模组100上传的设备状态信息时，则提示设备故障。

在实际应用中，根据欧盟EN-54(火灾探测和火灾报警系统)标准，任何传感器或线路发生故障或电源(电池)枯竭等状态，管理和维护单位必须在100秒内接到报告。同时考虑到无线传输的可靠性和欧盟标准的要求，本发明的一个实施例中，所述第一预设间隔可以为30秒，所述m＝3，即数据收集器200在90秒未收到传感模组100上报的设备状态信息时，则提示设备故障，如果数据收集器还存在上一级管理层，则向上一层管理层提出故障报告，需要派工作人员去现场检修。

需要说明的是，在实际应用中，所述无线通信模块除了包括所述的通信频段不同的第一无线通信模块和第二无线通信模块，还可以包括一个或多个备用的冗余无线通信模块，当所述第一无线通信模块和第二无线通信模块均出现故障时，由微控制单元MCU来控制冗余无线通信模块进行工作，为系统的安全运行提高进一步的保障。

为了进一步实现节电功能，本发明的一个实施例中，所述第一微控制单元MCU110还可以包括传感器状态控制模块113，如图3所示。

其中，传感器状态控制模块113，用于控制传感器模块的指定传感器的状态，所述传感器的状态包括睡眠状态和唤醒状态，所述指定传感器的默认状态为睡眠状态，当检测到所述指定传感器的唤醒信号时，唤醒所述指定传感器。

在本发明的另一个实施例中，所述消防实时监测系统还可以包括与数据收集器200连接的上层服务器300，如图4所示，数据收集器200用于将传感模组100上传的数据发送到上层服务器300，还用于接收上层服务器300的指令并发送到传感模组100。

其中，数据收集器200与所述上层服务器300的连接方式可以根据实际需要选择，数据收集器200可以依据实际需要通过内网、以太网、互联网、电话网络等一切目前已经使用的，以及将来可能应用的公用、私有或特殊网路，将信号传送到上层服务器300。上层服务器300接收到数据收集器200上传的传感器模块100采集到的信息，另一方面可以通过数据收集器200向传感模组100发送指令。

例如，上层服务器300向数据收集器200发送一个声光报警的指令(信号中包括传感模组100的唯一标识)，数据收集器200接收到该数据后，立即与对应的传感模组100通信，向传感模组100发送报警指令，传感模组100接收到该指令后，立即发出声光报警信号，警示民众，采取逃生的行动。

本发明实施例中所提供的消防实时监测系统，能够对需要进行消防监测的建筑物或特定区域进行实时环境参数的监测，并在传感模组的传感器模块的传感器发出报警信号时，可将报警信号实时上传到数据收集器，数据收集器在接收到一个传感模组上传的报警信号时，可以根据实际情况，向其它传感模组发送报警指令，以通知与报警信号来源关联的区域内的传感模组进行快速反应报警，以警示民众。

此外，本发明实施例中所提供的系统，传感模组与数据收集器之间可以通过双频无线传输功能，可有效解决布线困难的问题，且双频传输的方案，即可保证数据的传输，又可以实现系统节电。

更进一步，在实际应用中，该监测系统还可以根据不同传感模组报警的顺序，知晓灾情的扩散方向，以更好实施消防营救方案，为消防人员提供数据基础支持，更好的保障消防人员的生命安全。

为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例对本发明进行进一步说明。

实施例

本实施例中，传感模组的数量为多个，数据收集器为一个，多个传感模组分别与数据收集器通过无线通信模块连接，数据收集器与上层服务器连接，如图5所示，图中传感模组未全部示出。

图6为一个传感模组的结构示意图，它的构成模块包括电池11、电压转换单元12、WiFi模块13、MCU 14、ISM频段模块15及传感器模块16。图7为数据收集器的结构示意图，它的构成模块包括电压转换单元22、WiFi模块23、MCU24、ISM频段模块25及网路模块26，其中，电压转换单元22可以自POE电源(网路电源标准)取电，也可以自交流电源取电。实际应用中，如果考虑急难时可能断电，也可以增进设计自备电池，在急难时供电。需要说明的是，为了描述方便，本实施例中为对传感模组和数据收集器中名称相同的组件进行区分，只是通过不同的附图标记进行了区分，如MCU，传感模组的MCU为MCU14，数据收集器的MCU为MCU24。

由图6和图7中可以看出，本实施例中，传感模组和数据收集器中均设有WIFI通信模块和免申请频段的ISM频段模块，具体的，ISM频段模块可以为433MHZ无线通信模块。

为了描述方便，本实施例中，将传感模组和数据收集器之间通过WIFI模块进行无线通信的通道记为第一频道，通过433MHZ无线通信模块进行无线通信的通道记为第二频道，如图5所示。

在实际操作中，将传感模组和数据收集器根据建筑物的实际空间布局，将各个传感模组和数据收集器布置在建筑物不同的位置。

本实施例中，为了配合消防要求，所述传感器模块16中的传感器采用符合国标GB-20517-2006的烟感探测头及芯片，当它们探测到足够浓度的烟雾时，就会向MCU14输出感烟报警信号，MCU14收到此报警信号，就向数据收集器报告。

在实际工作过程中，电池11为整个传感模组提供所需的能源，为了配合操作性能及替换电池不能过于频繁，可以采用5号碱性电池，标准电压为直流1.5伏，容量为1500毫安时，共采用6个。电压转换单元12自电池101取电，通过开关电源，高效率转换成为其它模块个别所需的电压，在电池11的电压低至某一预定值时，表示电池11的能源即将耗尽，此时电压转换单元12将会发信号通知MCU14，MCU14则可以向数据收集器发送电池电量低的报告。在实际应用中，考虑到实际应用需求，传感模组中还可以设置一用于提示电量低的报警器，在电池11的电量低于设定阈值时，MCU14则控制该报警器报警，以提示用户更换电池。

WIFI模块13是依据IEEE802.11的标准所构建的模块,它受MCU14的控制，以TCP/IP及其衍生的通信协议与数据收集器WIFI模块23建立联系。

MCU14是传感模组的控制中心，它一种功能是从传感器模块16接收所发出的报警信号或采集的数据，经过处理后通过WIFI模块13或ISM频段模块15，传送给数据收集器做后续处理。它的另一功能是接收数据收集器通过WIFI模块13或ISM频段模块15发送的警报命令，指示传感器模块16发出本身的报警信号，警示在覆盖范围内的民众，采取逃生的行动。MCU14还承担向数据收集器定时报告健康信息(即设备状态信息)，本实施例中，目前采用每30秒定期报告，数据收集器连续3次，即90秒，未能接获报告，则向上一管理层提出故障报告。MCU14的另一个重要工作是节能管理。各个模块在平时按需要停止供电或处于极度省电的深度睡眠状态，只有在绝对必要时，才唤醒对应的模块，进行操作。

ISM频段模块15是第二个通讯频道。它的调制、编码、速率、通信协议等可以根据需要自行定义，不但能够满足所需的功能，而且兼顾节能的要求。例如调制可采用OOK或者FSK以节省成本；速率可采用1200Baud Rate，以增加通讯距离及可靠性等。

MCU24是数据收集器的控制中心，它一种功能是通过网路模块206和上层服务器进行通讯，一方面是把从传感模组收集到的信息传送给上层服务器；另一方面是接收上层服务器的指令，转发给传感模组执行。ISM频段模块25是第二个通讯频道，它的一切功能以与ISM频段模块15配合为主。网路模块206配合网路要求，以TCP/IP通信协议为基础，完成消防云的最底层设备。该网络模块包括但不限于，内网、以太网、互联网、电话网络等一切目前已经使用的，以及将来可能应用的公用、私有或特殊网路。

在建筑物中完成本实施例的监测系统的布置后，各传感模组的MCU14每30秒通过ISM频段模块15向数据收集器上传一次模组中各部件的健康状态，当某一部件出现故障时，为了保证传输的可靠性，MCU14可以通过WIFI模块14将对应的设备故障信息上传到数据收集器，数据收集器接收到该故障信息后，可以将该信息传送到上层服务器，管理人员根据上层服务器接收到的故障信息排维修人员对对应的传感模组进行检修。另外，数据收集器如果在90秒内未收到某一传感模组上报的设备状态信息时，也向上层服务器发送故障报告。

当某一传感模组的烟雾探测头探测到浓度烟雾大于设定的报警阈值时，就会向MCU14输出感烟报警信号，MCU14收到此报警信号后，控制传感模组发出报警信号，同时向数据收集器报告，数据收集器将接收到的信息上传到上层服务器，上层服务器可根据报警信号所来源的传感模组的位置信息，通过数据收集器向距离该传感模组设定范围内的其它传感模组发送报警指令，以警示覆盖范围内的民众采取逃生的行动。另外，上层服务器在接收到多个传感模组上传的报警信号时，可以根据传感模组上传报警信号的时间顺序，知晓灾情扩散方向，以指导消防人员进行消防工作。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本领域普通技术人员可以理解实现上述装置实施方式中各部分的全部或部分可以以硬件实现，或者以在一个或多个硬件上运行的软件模块来实现，方法实施方式中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成。本领域技术人员应该明白，本发明所述的方法和装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，上面的具体描述只是为了解释本发明的目的，并非用于限制本发明。本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围，本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。