一种基于NB-IoT技术的城市消防火栓监测设备的制作方法

本发明属于城市消防火栓监测技术领域。

背景技术：

近年来，因为自然或者人为原因，在城市范围内的居民住宅区、餐饮店铺、公园、行驶车辆发生火灾的新闻层出不穷，在上述多种情况下，当事人或目击者大多采取拨打火警电话求救的方式。但消防警察到达现场需要消耗一定的出警时间，并且因为消防车的体积较大、移动不便等原因，在一些地势受限制的地方，展开灭火行动还需要浪费一定的时间，这期间造成的人力物力财力的损失不可估计。

目前，在很多城市进行规划时，在群众居住、生活、出行较为密集的地点，都规划安装了室内或室外消防火栓，主要目的是应对突发的火灾。但在实际情况中，群众对放置在室内室外的消防火栓并不知情，不知道其具体位置，即使相关物业和基层管理组织进行了相关的介绍讲解，但多数抱着侥幸心理的人根本不放在心上，而真正碰到危险时又不能正确使用这类消防火栓，使之形同虚设。放置在室外的消防火栓一般设置在灌木丛或者路旁草丛等不明显位置，随着植物的成长，更容易掩盖其位置，在遇到危险时，群众很难发现其位置。并且，对消防火栓的维护仍旧停留在人工监测状态，因为其位置分散和隐蔽，很难做到及时全面的维护，工人进行维护时带来很大的困难，同时因为火灾发生可能性较小，对消防火栓的监测随着时间的推移，其重要性也在逐渐下降，好多消防火栓发生损坏或者断开供水等问题，也不能得到及时的处理，存在极大的安全隐患。

技术实现要素：

本发明是为了解决现有消防火栓位置隐蔽不易被发现，且由于疏于管理而导致使用性下降的问题，现提供一种基于nb-iot技术的城市消防火栓监测设备。

一种基于nb-iot技术的城市消防火栓监测设备，包括至少一个监测终端、远程监测管理平台和移动终端，监测终端位于被监测消防火栓内；

监测终端包括：控制器、超声波测距模块、测压模块、北斗定位模块、adc模块和电源模块；

超声波测距模块用于采集被监测消防火栓内部水位、并将水位发送给控制器，测压模块用于采集被监测消防火栓内部水压、并将水压发送给控制器，北斗定位模块用于对所在被监测消防火栓进行定位、并将位置信息发送给控制器，电源模块用于为控制器、超声波测距模块、测压模块、北斗定位模块和adc模块供电，adc模块用于采集电源模块的供电电压、并将该供电电压转换为数字信号再发送给控制器；

控制器内嵌有标准的水位标准阈值、水压标准阈值和电压标准阈值，控制器内部还有以下单元：

将采集到的水位水压和电压分别与水位标准阈值、水压标准阈值和电压标准阈值进行比较，当任一信号超出标准阈值后，均发出报警信号的单元，

将水位、水压、电压、位置信息和报警信号通过nb-iot网络发送给远程监测管理平台的单元；

远程监测管理平台用于将报警信息和位置信息通过internet网和gprs网络发送至移动终端。

远程监测管理平台还通过nb-iot网络向控制器发送设定时间间隔，控制器根据设定时间间隔、每相隔一段时间采集一次超声波测距模块、测压模块和北斗定位模块获得的信号。

本发明设计一种基于nb-iot技术的城市消防火栓监测设备，能够实现自主充电与供电，根据设定的时间间隔采集消防火栓的水位、水压、位置等信息，通过nb-iot低功耗低带宽的通信方式将上述采集的信息发送至远程监管端；当采集的信息发生异常时，能够实现及时的远程预警；当自身发生掉电、漏电时，能够实现自检报警。保证了监管人员能够及时发现问题，并根据位置信息进行现场处理。本发明通过北斗定位模块获取消防火栓的位置信息，并个性化的提供导航规划的服务，解决了人工作业下难以寻找的问题。

同时，远程监管端通过下放相关的权限，实现区域范围内消防火栓管理人员或者维护人员有针对性的、及时的维护、管理与使用，大大提高了城市消防火栓的使用价值，很大程度上保障了城市居民的人身与财产安全。

附图说明

图1为一种基于nb-iot技术的城市消防火栓监测设备的功能架构图；

图2为监测终端的结构框图。

具体实施方式

nb-iot技术，即窄带物联网(narrowbandinternetofthings)技术，是目前构成万物互联网络一个重要的分支，是最近两年在物联网领域一个新兴的通信技术。nb-iot来源于蜂窝网络，由于其大约只需消耗180khz左右的带宽，所以nb-iot目前主要占用2g网络信道进行数据传输，也可以直接部署于gsm网络、umts网络或lte网络，能够实现低部署成本、平滑升级。nb-iot支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接，相关测试表明。在极端条件下nb-iot设备电池可以供其使用时间长达10年，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖，是物联网技术在智慧城市领域最热门的技术之一。

本发明将上述技术应用到消防火栓的监测技术中，从而实现对消防火栓的监管，具体如以下实施方式所述。

具体实施方式一：参照图1和图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于nb-iot技术的城市消防火栓监测设备，包括至少一个监测终端、远程监测管理平台和移动终端，监测终端位于被监测消防火栓内，监测终端包括：控制器、超声波测距模块、测压模块、北斗定位模块、adc模块和电源模块。

超声波测距模块用于采集被监测消防火栓内部水位、并将水位发送给控制器；所述超声波测距模块采用超声波传感器、固定在消防火栓内部的某一高度，可以测量出其距离水面的距离，根据模块放置的固定高度以及测量的距离，从而获得消防火栓的水位信息。

测压模块用于采集被监测消防火栓内部水压、并将水压发送给控制器；具体为气压传感器放置于消防火栓内，采集气压信息等同于水压信息。

北斗定位模块用于对所在被监测消防火栓进行定位、并将位置信息发送给控制器；在北斗定位模块返回信息包中，包括维度、经度、高度、磁场强度等信息，采用相关的算法即可得到精准的位置信息。

电源模块用于为控制器、超声波测距模块、测压模块、北斗定位模块和adc模块供电。

adc模块用于采集电源模块的供电电压、并将电源端的模拟电压转换为可以量化的数字值再发送给控制器，控制器进行实时比较预警，在出现掉电漏电时及时向远程监测管理平台进行报警。

本实施方式中，监测终端采集的消防火栓相关参数信息包含但不限于水位信息、水压信息，还可包括消防火栓其他重要的参数信息，可后续移植相关参数采集传感器与控制器相连，以实现所需功能。

控制器(stm32系列芯片)内嵌有标准的水位标准阈值、水压标准阈值和电压标准阈值，控制器内部还有以下单元：

将采集到的水位水压和电压分别与水位标准阈值、水压标准阈值和电压标准阈值进行比较，当任一信号超出标准阈值后，均发出报警信号的单元；

将水位、水压、电压、位置信息和报警信号通过nb-iot网络发送给远程监测管理平台的单元。

具体的，所述远程监测管理平台适于设置监测终端进行参数采集的时间间隔值。在实际应用时通过nb-iot网络与远程监测管理平台实现双向数据通信，远程监测管理平台能够将平台设置的监测时间间隔信息通过nb-iot网络发送至监测终端，监测终端接收存储后根据设定时间间隔、每相隔一段时间采集一次超声波测距模块、测压模块和北斗定位模块获得的信号；监测终端能够将固定时间内采集消防火栓的水位信息、水压信息以及位置信息，发送至远程监测管理平台，在参数监测异常以及自身存在掉电漏电时，能够及时进行远程报警。监测终端在两次信号采集之间处于休眠状态，即暂停控制器所要执行的所有动作，在计满时间间隔后再进行参数采集或信息发送，以及参数异常报警，其他时间处于休眠低功耗状态，以节省电量，保证使用时长。

在管理平台的软件界面上，通过数值的方式显示监测终端采集的消防火栓的水位信息以及水压信息。远程监测管理平台内部存储有离线地图，在软件地图界面中，通过调用离线地图包以及解析监测终端的位置信息，打点显示监测终端的具体位置。

远程监测管理平台的人员为区域的监管人员，远程监测管理平台设置管理员登录验证功能，监管人员通过登录才能对远程监测管理平台进行控制，从而将报警信息和位置信息通过internet网和gprs网络发送至移动终端。

通过选择指定区域并进行授权，远程监测管理平台的监管人员监管的区域默认为城市的大范围区域，根据地理位置或人口密度，该大范围区域可进一步划分为若干小区域进行管理或维护，远程监测管理平台通过验证各个区域的管理员身份，授权将其范围内若干消防火栓监测终端的位置信息以及采集的参数信息下发，各个区域管理人员可以通过android移动终端进行相关信息的查看。

所述android移动终端适于验证使用者的身份信息，适于通过因特网与远程监测管理平台建立通信连接，接收来自远程监测管理平台的授权信息；授权小区域监管人员身份后，将区域范围内的所有监测终端采集的参数信息以及位置信息发送至android移动终端，android移动终端软件界面上，通过数值的方式显示该区域范围内监测终端采集的消防火栓的水位信息以及水压信息；移动终端内部存储有离线地图，在软件地图界面中，通过调用离线地图包以及解析监测终端的位置信息，打点显示该区域范围内监测终端的具体位置，提供使用者位置信息与指定监测终端之间的路径规划与自主导航功能。

本实施方式适于在参数检测发生异常时实现及时预警，向远程监测管理平台发送报警信息，进一步报警信息可到达该监测终端所在小区域范围监管人员端，进行消防火栓的维修；适于在监测终端本身发生掉电、漏电现象时及时预警，进一步预警信息到达所在小区域范围监管人员端，后续进行设备维修或更换；适于在监测终端本身网络状态不好或即将断网时发送最后一条报警信息，进一步报警信息可到达该监测终端所在小区域范围监管人员端，进行网络状态的查看。

本实施方式通过传感器技术定时检测消防火栓的作业状态，发生异常时及时预警，解决了人工作业时存在的人力物力财力浪费的问题，解决了人工作业目标不明确、盲目检测的问题；通过采用太阳能板、避雷针以及nb-iot的通信方式，进一步提高本发明装置的自主性和实际可操作性，考虑到了极端天气以及正常使用状况，保留对自身掉电漏电、断网情况下的自检以及报警功能，使得信息化技术在智能城市领域的应用更加紧密；通过设定大区域范围的监管人员以及下放小区域范围的监管人员的模式，更好的有助于城市消防火栓的管理，使其社会效益最大化。同时，本实施方式系统集成度高，可移植性强，可以对接第三方管理平台，进行数据的交流等。

对于消防火栓的监测也摆脱了传统上人工作业的方式，采用信息时代下传感器技术进行定时监测，采集的相关参数信息异常时及时预警和反馈，使得监管人员对消防火栓的维护与管理更加便捷高效。同时，监测设备自带充电、供电与缺电漏电自检功能，且采用低功耗低带宽的通信方式，保证整个监测设备的自动化程度高、自主性强，保证了在人为不干预情况下的长时间使用。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于nb-iot技术的城市消防火栓监测设备的进一步说明，本实施方式中，

监测终端还包括太阳能板模块，太阳能板模块用于将太阳能转化为电能、并通过预留接口给为电源模块充电。

太阳能板模块上设有避雷针，在雷暴天气下保证监测终端的用电安全。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一和二所述的一种基于nb-iot技术的城市消防火栓监测设备的进一步说明，本实施方式中，所述远程监测管理平台为能够与因特网连接、操作系统为windows的pc电脑。

操作系统下可运行服务器软件，软件获取相关权限。远程监测管理平台适于设置监测终端进行参数采集的时间间隔值，将设定值输入平台软件文本框内点击确定按钮，即通过nb-iot网路发送至监测终端存储执行；适于通过nb-iot网络接收监测终端发送的参数采集信息以及位置信息，通过具体数值以及调用地图的方式进行显示，在管理平台软件界面上，通过数值的方式显示监测终端采集的消防火栓的水位信息以及水压信息，在软件地图界面中，通过调用离线地图包以及解析监测终端的精准位置信息，打点显示监测终端的具体位置；适于通过因特网的方式与android移动终端建立数据通信连接，通过选择地图范围内指定区域，将该区域内接收的参数以及位置信息进一步授权下发至该区域的管理或维护人员，同时接收到的报警信息进一步下发至区域监管人员，由其进行后续管理与维护。服务器软件包括但不限于基于c#语言开发；离线地图包包括但不限于百度地图包。远程监测管理平台设置管理员登录验证功能，进一步的，使用远程监测管理平台的人员默认为区域的监管人员。所述通过选择指定区域进行授权信息下发，远程监测管理平台的监管人员监管的区域默认为城市的大范围区域，根据地理位置或人口密度，该大范围区域可进一步划分为若干小区域进行小范围管理或维护，远程监测管理平台通过验证各个区域的管理员身份，授权将其范围内若干消防火栓监测终端的位置信息以及采集的参数信息下发，各个区域管理人员可以通过android移动终端进行相关信息的查看。

具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一、二和三所述的一种基于nb-iot技术的城市消防火栓监测设备的进一步说明，本实施方式中，所述android移动终端为能够与因特网连接、操作系统为android的pc手机。

操作系统下可运行app软件，软件获取相关权限。android移动终端软件适于验证使用者的身份信息，以确认其监管身份以及授权范围；适于通过因特网与远程监测管理平台建立通信连接，接收来自远程监测管理平台授权范围内的相关信息，通过具体数值以及调用地图的方式进行信息显示，所述授权范围内的相关信息，即远程监测管理平台在验证监管人员身份后，将该区域范围内的所有监测终端采集的参数信息以及位置信息下发至监管人员android移动终端软件，在软件界面上通过数值的方式显示该区域范围内监测终端采集的消防火栓的水位信息以及水压信息，在软件地图界面中，通过调用离线地图包以及解析监测终端的位置信息，打点显示该区域范围内监测终端的具体位置，同时，相关信息包含报警信息，同样显示在android移动终端软件界面上；适于确定监管人员当前的位置信息，并提供监管人员当前位置与指定监测终端之间的路径规划与自主导航功能。

上述android移动终端软件提供当前位置与指定位置之间的路径规划功能，小区域范围内的监管人员通过点击地图范围内监测终端的打点图标，android移动终端软件默认其为获取路径规划请求，并及时给出从当前位置前往指定地点的路径，监管人员在显示界面点击确认后即可提供导航服务。路径规划的算法包括但不限于a*算法或弗洛伊德动态规划算法。