CN103400465A - 一种多功能高集成的消防安全预警应急系统装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种多功能高集成的消防安全预警应急系统装置，其特征在于：采用模块化设计，由中央监控单元（A）；通信单元（B）；节点监控单元（C）；终端检测单元（D）；能源保障单元（E）组成；单元内与单元之间又分别由烟雾传感器（D1）、火焰传感器（D2）、红外传感器（D3）等与控制处理器相结合，组成多功能集成化的不同模块及节点装置(4-1--4-n)，并通过各种软件单一或者复合运行，设计了监控界面模块（2），从而能够实现本系统装置消防安全预警报警及应急处理的多功能、高集成、即时化检测、过程化监管的应用效果。

Description

一种多功能高集成的消防安全预警应急系统装置

技术领域

本发明属于消防安全技术领域，涉及一种多功能高集成的消防安全预警应急系统装置。

背景技术

科技的快速发展给人们的生活提供了很大的便利，但社会生产力的发展，社会财富日益增加的同时，火灾的发生率以及损害程度也在呈现增大趋势。

2013年5月31日，中国储备粮管理总公司黑龙江分公司林甸直属库发生火灾，共有5.08万吨粮食受灾，造成的直接经济损失约307万元。2013年6月3日，中国吉林宝源丰禽业公司发生重大火灾事故，造成121人死亡，77人受伤，原因为电路短路，引燃可燃物，并导致大量液氨泄漏，介入燃烧。2013年7月1日，英国中西部的一个塑料回收场发生“史上最大火灾”，火势犹如火山喷发，经济损失达600万英镑，其导火索却是一个“不受控制，不受监管”的纸灯笼。短短的一个月内，世界各地发生多起火灾事故，给人们的生命、财产安全带来严重损失。

消防安全历来是各国政府和国际社会高度关注的公共安全课题。近年来，世界各国对消防安全的重视程度提高到了前所未有的高度，并从科学技术以及人力方面加大了监控力度。人力监控由于受人为因素干扰较大，监控范围存在较大盲区。在加强人员监控力度的同时，逐步出现了烟雾探测器、红外探测器等监控设备来代替工作人员进行监控，在一定程度上降低了火灾造成的损失，但这种监控方式大多只具备单一功能，依靠技术信息反馈功能单一的传感器不能实现多角度多范围多领域多空间的多功能集成化的探测和监控，因而误报和漏报的概率较高，并且仅能实现本地报警，不能实现全系统全时空全过程的系统统一监管和快速响应，信息化智能化程度较低，而且大部分仍是被动报警，即有灾害发生时才能发出警报，不能在第一时间预警报警，并进行应急灭火处理和消防过程监控。

发明内容

伴随着计算机控制技术、传感器技术、通信网络技术的快速发展，物联网技术正逐步在各个领域崭露头角并发挥优势。为弥补现有的消防安全预警测控技术功能单一、智能化集成化程度较低的不足，本发明将物联网技术与消防安全技术相互交叉，相互集成，形成了本发明的一种多功能高集成的消防安全预警应急系统装置，本系统装置采用了多种不同技术类型的传感器与控制器相互结合，通过多种软件运行来实现对环境中的各个地点各种空间各种参数进行数据采集、分析和处理，对阀值设定范围异常数据进行及时预警报警，并将监控数据传输到中央监控单元，为监控人员提供实时探测数据和过程的监控数据，并记录历史数据，为消防人员提供消防设备器材和现场人员位置及应急处理信息和预案的技术措施，以最大限度的降低火灾的发生率和火灾对人、财、物的损失。

本发明为一种多功能高集成的消防安全预警应急系统装置，其特征在于：系统装置主要由以下各个单元模块设备器件软件结构组成：

A、中央监控单元：包括中央监控主机模块1、监控界面模块2、监控界面模块2内部设置的监控界面A1；

B、通信单元：包括主通信模块3、节点通信模块4；节点装置(4-1--4-n)；

C、节点监控单元：包括节点控制器模块16、设置有温湿度传感器D4的内部温湿度检测模块13、看门狗模块6、时钟模块7、编程模块12、RS485信号转换模块11、模拟量输入模块17、数字量输入模块18、报警输出模块8、整流电路27、稳压电路28、无线接口电路5、接线端口23、视频接口26、预留端口36；

D、终端检测单元：包括设置有烟雾气体传感器D1的烟雾检测模块19、设置有火焰光学传感器D2的火焰检测模块20、设置有红外光谱传感器D3的红外检测模块21、设置有温湿度传感器D4的外部温湿度检测模块22、设置有电流互感器D5的电流检测模块24、设置有漏电检测器D6的漏电流检测模块25及摄像头D7；

E、能源保障单元：包括中央电源模块14、中央备用电源模块15、节点电源模块31、节点备用电源模块32、3.3V电源转换电路33、5V电源转换电路34、整流稳压模块35；

本系统装置采用模块化设计，主要由中央监控单元A；通信单元B；节点监控单元C；终端检测单元D；能源保障单元E组成；单元内与单元之间又分别主要由烟雾气体传感器D1、火焰光学传感器D2、红外光谱传感器D3、温湿度传感器D4、电流互感器D5漏电检测器D6及摄像头D7等与控制处理器相互结合，来组成多功能集成化的不同模块，并通过包括各种操作系统软件、高级编程语言C#、前台设计软件VB.net、实时数据库软件、GIS地图以及大数据分析和挖掘的各种软件的单一或者复合运行，设计了系统装置监控界面模块2内部设置的监控界面A1，系统装置除了能够实现对各检测数据进行远程实时在线查看之外，还能够实现对检测的数据进行记录、分析、深度挖掘、位置显示以及应急处理和过程管理的功能。一旦出现环境参数值异常时，系统便会自动发出预警报警信息，并结合GIS地图显示出存在火灾安全隐患的位置信息，以便工作人员能够在第一时间发现并应急处理排除火患。以使本系统装置形成一个功能复合高度集成的统一整体；

本系统装置的通信连接采用有线和无线相结合的方式：

其中终端检测单元D和节点监控单元C通过有线方式连接，节点监控单元C又与通信单元B中的节点通信模块4通过有线连接，三者相互连接相互作用于一套节点装置4-n中，而数个到数百个节点装置(4-1--4-n)之间由通信模块4进行彼此通信，形成一个子网，通信单元B中的主通信模块3通过有线方式与中央监控单元A连接，而主通信模块3和节点通信模块4之间的通信则通过无线和有线两种方式同时连接，以确保系统装置的平时技术可靠性和火灾时安全保障性，这亦是本发明的创新和集成特征之一。

本系统装置的终端检测单元的各个检测模块能够单独与系统其它单元配合运行，或者能够与其它检测模块并联同时运行，不同的检测模块能够采集不同的探测监控数据，从而实现本系统装置的多功能、高集成、即时化检测、过程化监管的应用效果。

按照本发明所述的系统装置，其特征在于：本系统装置涉及到的中央监控单元A，主要包括中央监控主机模块1和内部设置有监控界面A1的监控界面模块2，是整个系统的监控中心，主要实现接收节点监控单元C传送来的监控数据并在监控界面模块2上实时显示出来。同时中央监控单元A在操作系统软件下，利用高级编程语言C#、前台设计软件VB.net，还结合采用了实时数据库、GIS地图以及大数据分析和挖掘的技术软件，设计出监控界面模块2内部的多个功能的监控界面A1，主要包括实时监控界面，报警管理界面，数据管理界面，用户管理界面和系统管理界面几个部分。监控人员能够实时通过实时监控界面查看各个地点多种空间的环境参数值以及用户信息，还能够根据关键字词进行快速检索。报警管理界面主要显示历史报警的处理状态、报警类型、位置信息、商户信息等，能够为监控人员或消防人员对系统的分析提供依据。数据管理界面主要涉及数据查询和数据维护，其中数据查询能够根据输入关键字词快速查找有关数据信息，数据维护主要根据用户的实际情况及需求进行数据阀值的设置、修改、调整以及历史数据的可选择性删除。当用户信息需要及时更新时，用户管理界面则专门提供用户信息的增加、删除和修改等功能。系统管理界面主要设计有整个系统的通信串口选择和通信速率的设置、记录系统的历史操作记录，为整个系统装置的安全责任划分和测控监控区域分配提供一定程度的参考依据。最后，整个中央监控单元A的电源主要由能源保障单元E进行供应和保障。

按照本发明所述的系统装置，其特征在于：本系统装置涉及到的通信单元B，包括主通信模块3和节点通信模块4，其中主通信模块3与中央监控单元A的中央监控主机模块1通过有线方式连接，主要用于中央监控单元A与节点监控单元C之间的数据收发。节点通信模块4与节点监控单元C通过有线方式连接，负责将节点控制器模块16的处理数据发送给主通信模块3，并接收主通信模块3发来的数据。主通信模块3和节点通信模块4之间采用有线和无线两种方式进行通信连接，其中无线通信技术的主通信模块3和节点通信模块4均采用CC2530作为核心芯片的模块，根据通信单元B的软件通信协议，以及受传输距离的影响，节点装置4-n中的节点通信模块4均能够自动识别其它距离自己最近的节点装置4-n’（n’<n)中的节点通信模块4，然后加入到网络，形成一个子网，每个子网能够容纳从数个节点装置达到数百个节点装置（4-1--4-n），并且每个子网中需要有且只有一个主通信模块3，整个通信单元B的电源也主要由能源保障单元E提供3.3V直流电源。

按照本发明所述的系统装置，其特征在于：本系统装置涉及到的节点监控单元C，是整个系统的数据采集处理中心，采用模块化设计，主要包括节点控制器模块16、设置有温湿度传感器D4的内部温湿度检测模块13、看门狗模块6、时钟模块7、编程模块12、RS485信号转换模块11、模拟量输入模块17、数字量输入模块18、报警输出模块8、整流电路27、稳压电路28、无线接口电路5、接线端口23、视频接口26、预留端口36。节点控制器模块16主要采用AVR单片机芯片，根据节点监控单元C的软件机理，系统装置通过电流互感器D5和漏电流检测器D6采集的电力参数信号分别通过整流电路27、稳压电路28，经模拟量输入模块17传送到节点控制器模块16，温湿度传感器D4采集的温湿度信号也通过模拟量输入模块17传送到节点控制器模块16，而通过烟雾气体传感器D1采集的烟雾中有害气体CO、NO浓度信号、火焰光学传感器D2采集的火焰信号、红外光谱传感器D3采集的红外信号则主要通过数字量输入模块18送到节点控制器模块16，节点控制器模块16对所有采集的数据进行处理、分析、比较，每隔数秒向中央监控单元A发送探测监控数据，保证整个系统装置的实时在线监控，一旦发现数据超过系统软件设置的阀值范围时，将控制报警输出模块8发出声光预警信号，并将监控信号传送给通信单元B，进而传送到中央监控单元A；

所述的内部温湿度检测模块13采用温湿度传感器D4，以AM2321作为核心器件，主要用于检测节点监控单元C自身的工作温度，当检测到的温度接近或超过节点监控单元C正常工作温度范围时，将通过节点控制器模块16进行控制系统重新启动，以防温度过高而毁坏元器件。时钟模块7，以PCF8563为核心芯片，主要为系统提供精确稳定的时间。编程模块12主要实现软件程序的下载，看门狗模块6采用SP706T为核心芯片，主要检测系统的软件程序，防止系统出现“死机”现象。系统设计视频接口26，能够连接摄像头D7进行视频监控，还有预留端口36，能够与现有的内部或者外部消防系统相结合相联通，或者与有线无线电话相连接，在出现险情时自动拨打消防报警电话，通过事前录音存储，向内部或者外部消防人员进行报警，还能够实现与本地点各空间的原有消防设施相结合，包括与喷淋、泡沫、气体等消防装置连接，一旦出现火灾预警，通过软硬件相结合的协同动作，自动控制启动消防喷淋装置进行喷水消防或者泡沫、气体灭火；节点监控单元C的电源同样由能源保障单元E提供稳定的5V直流电。

按照本发明所述的系统装置，其特征在于：本系统装置涉及到的终端检测单元D包括；设置有烟雾气体传感器D1的烟雾检测模块19、设置有火焰光学传感器D2的火焰检测模块20、设置有红外光谱传感器D3的红外检测模块21、设置有温湿度传感器D4的外部温湿度检测模块22、设置有电流互感器D5的电流检测模块24、设置有漏电检测器D6的漏电流检测模块25及摄像头D7；其中设置有温湿度传感器D4的外部温湿度检测模块22，是针对节点监控单元C而言，主要用于检测针对监控对象空间环境内部的温湿度值；前述的终端检测单元D的各个模块与节点控制器模块16通过有线的方式进行连接，能够根据不同地点不同室内空间或者室外空间的具体情况进行安装，实现对多种环境参数的同时检测，其中电流检测模块24和漏电流检测模块25主要安装在系统装置用户的电箱内部，在不改变系统装置用户原有线路的基础上，将电流检测模块24和漏电流检测模块25套接在系统装置用户进线的干路上，用于实时检测用户的耗电情况，系统装置将检测到的所有参数信号通过有线的方式传送到节点监控单元C；终端检测单元D的各检测模块的电源也主要由能源保障单元E提供稳定的12V、或5V直流电源。

按照本发明所述的系统装置，其特征在于：本系统装置涉及到的能源保障单元E，主要包括中央电源模块14、中央备用电源模块15、节点电源模块31、节点备用电源模块32、5V电源转换电路34、3.3V电源转换电路33、整流稳压模块35。其中5V电源转换电路34，采用LM1117IMP-5为核心芯片，3.3V电源转换电路33的核心芯片为LM1117IMP-3.3。中央电源模块14主要给中央监控单元A的中央监控主机模块1和监控界面模块2提供220V电源交流电。中央备用电源模块主要利用市电、燃油发电、风能发电、光能发电或者风光互补发电为中央监控单元A提供220V备用电源，以保证在市电突然断电或者火灾断电的情况下，中央监控单元A仍能够正常运行，节点电源模块(31)则是将输入的市电或其他电源的220V交流电经过整流稳压模块35处理之后，输出12V稳压直流电，然后经过3.3V电源转换电路33给通信单元B提供电能，经过5V电源转换电路34之后，给节点监控单元C提供电能，还能够为终端检测单元D的各个检测模块提供12V或5V工作用电，节点备用电源模块32主要采用蓄电池和超级电容，经过各电源转换电路为通信单元B、节点监控单元C、终端检测单元D供电，当系统装置中一旦出现市电断电或者火灾断电的情况下，将自动启动各备用电源以保障供电。

按照本发明所述的系统装置，其特征在于：本系统装置的应用用途；包括所有陆地、水上、海上、高空等固定或移动的建筑设施、车船飞机、室内室外、人员住所活动空间及无人值守储物空间等。

附图说明

图1为本发明一种多功能高集成的消防安全预警应急系统装置的主体结构示意图：

其中：A-中央监控单元，B-通信单元，C-节点监控单元，D-终端检测单元，E-能源保障单元，包括：1-中央监控主机模块；2-监控界面模块；3-主通信模块；4-节点通信模块；14-中央电源模块；15-中央备用电源模块；31-节点电源模块；32-节点备用电源模块；35-整流稳压模块；16-节点控制器模块；13-内部温湿度检测模块；6-看门狗模块；7-时钟模块；12-编程模块；11-RS485信号转换模块；17-模拟量输入模块；18-数字量输入模块；19-烟雾检测模块；20-火焰检测模块；21红外检测模块；22-外部温湿度检测模块；24-电流检测模块；25-漏电流检测模块；8-报警输出模块；27-整流电路；28-稳压电路；33-3.3V电源转换电路；34-5V电源转换电路；5-无线接口电路；23-接线端口；26-视频接口；36-预留端口；D1-烟雾气体传感器；D2-火焰光学传感器；D3-红外光谱传感器；D4-温湿度传感器；D5-电流互感器；D6-漏电检测器；D7-摄像头；A1-监控界面模块2内部设置的监控界面。

图2为节点监控单元C的主体结构示意图：

其中C-节点监控单元，包括：16-节点控制器模块；13-内部温湿度检测模块；6-看门狗模块；7-时钟模块；12-编程模块；11-RS485信号转换模块；17-模拟量输入模块；18-数字量输入模块；8-报警输出模块；27-整流电路；28-稳压电路；5-无线接口电路；23-接线端口；26-视频接口；36-预留端口；D4-温湿度传感器。

图3为系统的组网方式示意图

其中A-中央监控单元，B-通信单元，包括：1-中央监控主机模块；2-监控界面模块；3-主通信模块；4-节点通信模块；A1-监控界面模块2内部设置的监控界面；4-1--4-n为节点装置。

具体实施方式

下面结合附图，对本系统装置的实施方式进行具体说明。

实施例1、

如图1、图2、图3所示，需要监控的为某商场的各个商品储物空间，该商场安装的本发明多功能高集成的消防安全预警应急系统装置主要有以下各个单元模块设备器件结构组成：

A、中央监控单元：包括中央监控主机模块1、监控界面模块2、监控界面模块2内部设置的监控界面A1;

B、通信单元：主通信模块3、节点通信模块4；节点装置(4-1--4-n)；

C、节点监控单元：节点控制器模块16、设置有温湿度传感器D4的内部温湿度检测模块13、看门狗模块6、时钟模块7、编程模块12、RS485信号转换模块11、模拟量输入模块17、数字量输入模块18、报警输出模块8、整流电路27、稳压电路28、无线接口电路5、接线端口23、视频接口26、预留端口36；

D、终端检测单元：设置有烟雾气体传感器D1的烟雾检测模块19、设置有火焰光学传感器D2的火焰检测模块20、设置有红外光谱传感器D3的红外检测模块21、设置有温湿度传感器D4的外部温湿度检测模块22、设置有电流互感器D5的电流检测模块24、设置有漏电检测器D6的漏电流检测模块25及摄像头D7;

E、能源保障单元：中央电源模块14、中央备用电源模块15、节点电源模块31、节点备用电源模块32、3.3V电源转换电路33、5V电源转换电路34、整流稳压模块35；

该商场系统装置按照模块化设计要求，主要由中央监控单元A；通信单元B；节点监控单元C；终端检测单元D；能源保障单元E组成；单元内与单元之间又分别主要由烟雾气体传感器D1、火焰光学传感器D2、红外光谱传感器D3、温湿度传感器D4、电流互感器D5漏电检测器D6及摄像头D7等与控制处理器相互结合，来组成多功能集成化的不同模块，并通过包括操作系统软件、高级编程语言C#、前台设计软件VB.net、实时数据库、GIS地图以及大数据分析和挖掘的各种软件的单一或者复合运行，设计了系统装置的各个监控界面模块2及监控界面模块2内部设置的监控界面A1，除了能够实现对各检测数据进行远程实时在线查看之外，还能够实现对检测的数据进行记录、分析、深度挖掘、位置显示以及应急处理和过程管理的功能。一旦出现环境参数值异常时，系统便会自动发出预警报警信息，并结合GIS地图显示出存在商场内各个储物空间火灾安全隐患的位置信息，以便工作人员能够在第一时间发现并应急处理排除火患。以使该商场本系统装置形成一个功能复合高度集成的统一整体；

该商场本系统装置的通信连接采用有线和无线相结合的方式：

其中终端检测单元D和节点监控单元C通过有线方式连接；

节点监控单元C又与通信单元B中的节点通信模块4通过有线连接，三者相互连接相互作用于一套节点装置4-n中，而数个到数百个节点装置（4-1--4-n）之间由通信模块4进行彼此通信，形成一个子网；

通信单元B中的主通信模块3通过有线方式与中央监控单元A连接，而主通信模块3和节点通信模块4之间的通信则通过无线和有线两种方式同时连接，以确保系统装置的平时技术可靠性和火灾时安全保障性。

该商场本系统装置的终端检测单元的各个检测模块能够单独与系统其它单元配合运行，或者能够与其它检测模块并联同时运行，不同的检测模块能够采集不同的探测监控数据，从而实现本系统装置的多功能、高集成、即时化检测、过程化监管的应用效果。

该商场的每个储物仓库及柜台后商品储库安装一套节点装置，由多个节点装置进行组网，形成一个子网，其中每个子网容量可达到数个节点装置到数百个节点装置（4-1--4-n）的不同范围，并且每个子网中有且只有一个主通信模块3，与中央监控主机模块2进行有线连接。商场的商品储物空间范围大，数量多，需要组建多个子网，商场每层可以有一个到数个子网，从而实现中央监控单元A对整个商场的统一探测监控。

商场储物空间环境参数处于正常状态的情况下，中央监控单元A的监控人员通过监控界面模块2内部设置的监控界面A1对商场储物空间的检测数据进行实时查询，同时监控中心具有数据统计和数据挖掘的功能，能够对监控数据进行曲线分析，并打印报表，还能够根据实际需求增加、删除、修改参数的阀值和商户信息，但这些操作都将会被记录在系统的系统日志中。同时监控中心还结合GIS地图，将商场储物空间的位置信息以及附近的消防设备信息以地图的方式显现在监控界面模块2内部设置的监控界面A1上。

一天该商场A座2层205柜台后商品储库人员，一时大意将未熄灭的烟头掉在废包装纸箱堆内，一段时间之后，烟头的中心温度引燃废纸堆，该商场设置的本系统装置中的A-2-205节点装置(即相当附图3的节点装置4-n)的火焰检测模块20中的火焰光学传感器D2首先检测到火焰，将采集到的火焰信号通过有线方式经过数字量输入模块18传送到节点监控单元C中的节点控制器模块16，同时系统通过烟雾检测模块19中的烟雾气体传感器D1检测到烟雾中的有毒气体CO、NO信号以及外部温湿度检测模块22中的温湿度传感器D4检测到储库内温度上升信号，则系统判定该A座2层205储物空间内有火灾发生，节点监控单元C中的节点控制器模块16控制报警输出模块8发出本地火焰、烟雾有毒气体、温度声光报警，同时将报警信号通过通信单元B发送到中央监控单元A中，并在监控界面模块2的监控界面A1上实时显示报警信息，报警信息并以地图的形式显示，其中包括发生火灾的具体地点，附近可用的消防设备，负责该区域的巡检人员的姓名，对讲机号码，柜台户主的姓名，联系电话等信息。同时还附加紧急应急方案，监控人员及时发现险情后快速做出人员疏散，安排工作人员灭火，根据红外光谱传感器D3检测到的人员信息组织救援，向消防部门报警等应急响应。监控人员同时通过打开摄像头D7直接监控火灾发生情况，系统通过预留端口36，与本地的消防设备连接，自动控制原已设置的消防喷淋装置对该205柜台储物空间起火处启动喷水消防及泡沫灭火，很快消除了火患。

另一天，该商场A座1层103号小型无人值守储物仓库内的用户电路因年久失修，线路老化，出现漏电情况，该商场本系统节点装置A-1-103(即相当另一节点装置4-n’，n’<n)中节点监控单元C中的节点控制器模块16，通过对漏电流检测器D6采集的漏电流信号，电流互感器D5采集的电流信号进行分析，发现存在漏电和超负荷的用电情况，系统装置中的节点监控单元C中的节点控制器模块16让报警输出模块8发出本地漏电、过负荷声光报警，并通过通信单元B向中央监控单元A发送电路漏电和超负荷的报警信息，并以地图的形式在监控界面模块2内部设置的监控界面A1上显示出报警的地点，以及商户信息，预警通知安保人员和商户急赴现场进行线路的断电检修或减少用电设备负荷。

实施例2、

如图1、图2、图3所示，需要监控的为住宅小区整座楼宇及家庭空间，由整座楼宇或每户家庭内安装有本发明多功能高集成的消防安全预警应急系统装置，其主体结构及安装情况同于实施例1。但中央监控单元可以是住宅整座楼宇或者不同家庭住户的集中监控中心。其中5单元302房间主人忘记关闭煤气阀门，该系统装置的5-302-C厨房节点装置(即相当节点装置4-n)中烟雾检测模块19中的烟雾气体传感器D1采集到厨房的有毒气体CO、NO信号，有毒气体采集信号通过数字量输入模块18传送到节点监控单元C的节点控制器模块16，节点控制器模块16通过对数据进行处理分析，发现超出软件设置的阀值范围，控制报警输出模块8发出本地烟雾有毒气体声光报警，并通过通信单元B的节点通信模块4向通信单元B的主通信模块3发送预警信息，然后发送给中央监控单元A,同时在监控界面模块2内部设置的监控界面A1上显示发送预警所在的楼宇地点位置信息或者家庭户主信息，并通知5单元302房间户主接警后迅速关掉了厨房的煤气阀门，避免了火灾的发生。而如果户主无人在家时，监控中心此时则可以快速联系户主以及煤气公司或物业人员以快速切断该用户的煤气供应管路开关阀门，同时通过预留端口36与当地消防中心连接，可根据情势动态以有线或无线电话向消防人员发送报警信息。

实施例3、

如图1、图2、图3所示，需要监控的为企业某工厂车间及露天成品场地，安装有同实施例1的本发明多功能高集成的消防安全预警应急系统装置，漏电流检测模块25与节点监控单元C的接线端口23相连接，漏电流检测模块25中的漏电流检测器D6检测到某工厂一号车间的配电箱的出线端的漏电流信号，采集的漏电流信号通过模拟量输入模块17传送到节点监控单元C中的节点控制器模块16，节点控制器模块16对采集的漏电流信号进行处理和分析，判断出用户线路中的漏电情况，使报警输出模块8发出本地漏电声光报警，并通过通信单元B向中央监控单元A发出报警信息，在监控界面模块2内部设置的监控界面A1上显示出报警的类型，地点信息，监控人员通过报警信息迅速安排电工技术人员到报警地点进行线路检测和维修，排除了隐患。

实施例4、

如图1、图2、图3所示，需要监控的为海上运行的大型滚装轮船，安装有同实施例1的本发明多功能高集成的消防安全预警应急系统装置，其中，将中央监控单元A设置在滚装轮船的主监控室，其余各单元各模块通过数百个节点装置(即节点装置4-1--4-n)分别设置安装于滚装轮船的各下层车货舱、轮机舱及各上层的客房舱船员舱，通过各个节点装置的电流检测模块24、漏电流检测模块25、烟雾检测模块19、火焰检测模块20、红外检测模块21、外部温湿度检测模块22与节点监控单元C的接线端口23相连接，实时监测各层车货舱轮机舱内及各层客房舱船员舱等的电路安全情况和环境参数，将采集的数据分别由模拟量输入模块17、数字量输入模块18、传送到节点控制器模块16，节点控制器模块16对采集的数据进行分析处理，实现对各舱室内的用电、烟雾浓度、火焰情况、以及人员情况进行实时监控。

滚装船上的能源保障单元E中的中央电源模块14的能源主要来自船内燃油发电机供电，同时还设有中央备用电源模块15，可来自风、光互补发电30，系统出现中央电源模块14供电中断时，迅速启用中央备用电源模块15，为整个系统装置提供可靠的稳压电源，保证系统装置能够进行平时的正常监控或者灭火时的过程监管，并且能够与中央监控单元A保持进行数据通信。

中央监控单元A还结合GIS地图软件技术，运用实时数据库，将各个舱位地点位置信息等进行存储，监控人员在监控界面模块2内部设置的监控界面A1上，以地图形式直接查看各个舱位监控点的平时现况或者火患现况及人员现况、就近消防设备器具现况等，以应急处理灭火、组织人员疏散。

一天深夜，该轮船的负二层货车舱一辆旧汽车电气短路燃烧，造成汽车自燃并发生爆炸，还击穿引燃了负一层货物舱的衣服行李类舱位，安装在负二层的本系统装置的节点装置(相当于附图3的4-n)，其中火焰检测模块20中的火焰光学传感器D2首先检测到火焰信号，负一层节点装置(相当于4-n’；n’<n)中的烟雾检测模块19中的烟雾气体传感器D1采集到烟雾中的有毒气体CO、NO信号，接着所对应的一层客舱节点装置(相当于4-n’’；n’’<n)其中的外部温湿度检测模块22中的温湿度传感器D4检测到客舱内的温度上升信号，这些模块分别将采集到的信号传送到所在节点装置的节点监控单元C中的节点控制器模块16，各节点控制器16对采集的火焰光学信号和有毒气体采集信号、温湿度采集信号分别进行处理分析，判断出爆炸和火灾的发生，迅即均通过通信单元B向中央监控单元A发送火焰报警信号，中央监控单元A通过监控界面模块2内部设置的监控界面A1的不同界面显示，发现各层各处火灾情况，及时进行应急响应，组织负二层和负一层进行人员救灾和消防联动，主要是中央监控单元A启动消防水泵，打压海水，组织由消防水龙对负一层进行喷淋灭火，并组织船员用移动式及管路式泡沫、气体、干粉灭火器对负二层爆炸汽车各火点进行灭火，而一层对应客舱则进行了所住舱客的紧急疏散。很快就扑灭了火灾，使得轮船得以继续安全行驶。

以上实施例也同时验证了本系统装置的应用用途；确实适用于包括所有陆地、水上、海上、高空等固定或移动的建筑设施、车船飞机、室内室外、人员住所活动空间及无人值守储物空间等各个领域。均可实现本系统装置的多功能、高集成、即时化检测、过程化监管的消防安全预警报警及应急处理的应用效果。

Claims (7)

1.一种多功能高集成的消防安全预警应急系统装置，其特征在于：系统装置主要由以下各个单元模块设备器件软件结构组成：

(A)、中央监控单元：包括中央监控主机模块（1）、监控界面模块（2）、监控界面模块（2）内部设置的监控界面（A1）；

(B)、通信单元：包括主通信模块（3）、节点通信模块（4）；节点装置(4-1--4-n)；

(C)、节点监控单元：包括节点控制器模块（16）、设置有温湿度传感器（D4）的内部温湿度检测模块（13）、看门狗模块（6）、时钟模块（7）、编程模块（12）、RS485信号转换模块（11）、模拟量输入模块（17）、数字量输入模块（18）、报警输出模块（8）、整流电路（27）、稳压电路（28）、无线接口电路（5）、接线端口（23）、视频接口（26）、预留端口（36）；

(D)、终端检测单元：包括设置有烟雾气体传感器（D1）的烟雾检测模块（19）、设置有火焰光学传感器（D2）的火焰检测模块（20）、设置有红外光谱传感器（D3）的红外检测模块（21）、设置有温湿度传感器（D4）的外部温湿度检测模块（22）、设置有电流互感器（D5）的电流检测模块（24）、设置有漏电检测器（D6）的漏电流检测模块（25）及摄像头（D7）；

(E)、能源保障单元：包括中央电源模块（14）、中央备用电源模块（15）、节点电源模块（31）、节点备用电源模块（32）、3.3V电源转换电路（33）、5V电源转换电路（34）、整流稳压模块（35）；

本系统装置采用模块化设计，主要由中央监控单元（A）；通信单元（B）；节点监控单元（C）；终端检测单元（D）；能源保障单元（E）组成；单元内与单元之间又分别主要由烟雾气体传感器（D1）、火焰光学传感器（D2）、红外光谱传感器（D3）、温湿度传感器（D4）、电流互感器（D5）漏电检测器（D6）及摄像头（D7）与控制处理器相互结合，来组成多功能集成化的不同模块，并通过包括各种操作系统软件、高级编程语言、前台设计软件、实时数据库软件、GIS地图以及大数据分析和挖掘的各种软件的单一或者复合运行，设计了本系统装置监控界面模块（2）及其内部设置的监控界面（A1），系统装置除了能够实现对各检测数据进行远程实时在线查看之外，还能够实现对检测的数据进行记录、分析、深度挖掘、位置显示以及应急处理和过程管理的功能，一旦出现环境参数值异常时，系统便会自动发出预警报警信息，并结合GIS地图显示出存在火灾安全隐患的位置信息，以便监控人员能够在第一时间发现并应急处理排除火患，以使本系统装置形成一个功能复合高度集成的统一整体；

本系统装置的通信连接采用有线和无线相结合的方式：

其中终端检测单元（D）和节点监控单元（C）通过有线方式连接，而节点监控单元（C）又与通信单元（B）中的节点通信模块（4）通过有线连接，三者相互连接相互作用于一套节点装置（4-n)中，而数个到数百个节点装置(4-1--4-n)之间通过节点通信模块（4）进行彼此通信，形成一个子网，通信单元（B）中的主通信模块（3）通过有线方式与中央监控单元（A）连接，而主通信模块（3）和节点通信模块（4）之间的通信则通过无线和有线两种方式同时连接，以确保系统装置的平时技术可靠性和火灾时安全保障性；

本系统装置的终端检测单元的各个检测模块能够单独与系统其它单元配合运行，或者能够与其它检测模块并联同时运行，不同的检测模块能够采集不同的探测监控数据，从而实现本系统装置的多功能、高集成、即时化检测、过程化监管的应用效果。

2.按照权利要求1所述的系统装置，其特征在于：本系统装置涉及到的中央监控单元（A）：主要包括中央监控主机模块（1）和内部设置有监控界面（A1）的监控界面模块（2），是整个系统的监控中心，主要实现接收节点监控单元（C）传送来的监控数据并在监控界面模块（2）内部设置的监控界面（A1）上实时显示出来，同时中央监控单元（A）在操作系统软件下，利用高级编程语言、前台设计软件，还结合采用了实时数据库、GIS地图以及大数据分析和挖掘的技术软件，设计出监控界面模块（2）内部设置的多个功能的监控界面（A1），主要包括实时监控界面，报警管理界面，数据管理界面，用户管理界面和系统管理界面；

监控人员能够实时通过实时监控界面查看各个地点多种空间的环境参数值以及用户信息，还能够根据关键字词进行快速检索；

报警管理界面主要显示历史报警的处理状态、报警类型、位置信息、商户信息，能够为监控人员或消防人员对系统的分析提供依据；

数据管理界面主要涉及数据查询和数据维护，其中数据查询能够根据输入关键字词快速查找有关数据信息，数据维护主要根据用户的实际情况及需求进行数据阀值的设置、修改、调整以及历史数据的可选择性删除；

当用户信息需要及时更新时，用户管理界面则专门提供用户信息的增加、删除和修改功能；

系统管理界面主要设计有整个系统的通信串口选择和通信速率的设置、记录系统的历史操作记录，为整个系统装置的安全责任划分和测控监控区域分配提供一定程度的参考依据；

最后，整个中央监控单元（A）的电源主要由能源保障单元（E）进行供应和保障。

3.按照权利要求1所述的系统装置，其特征在于：本系统装置涉及到的通信单元（B），包括主通信模块(3)和节点通信模块(4)，其中主通信模块(3)与中央监控单元(A)的中央监控主机模块(1)通过有线方式连接，主要用于中央监控单元（A）与节点监控单元(C)之间的数据收发；节点通信模块(4)与节点监控单元(C)通过有线方式连接，负责将节点控制器模块(16)的处理数据发送给主通信模块(3)，并接收主通信模块(3)发来的数据；主通信模块(3)和节点通信模块(4)之间采用有线和无线两种方式进行通信连接；

根据通信单元（B）的软件通信协议，以及受传输距离的影响，每个节点装置(4-n)中的节点通信模块(4)均能够自动识别距离自己最近的其它节点装置(4-n’;n’<n)中的节点通信模块(4)，然后加入到网络，形成一个子网，每个子网能够容纳数个到数百个节点装置(4-1--4-n)，并且每个子网中有且只有一个主通信模块(3)；

整个通信单元(B)的电源也主要由能源保障单元(E)提供3.3V直流电源。

4.按照权利要求1所述的系统装置，其特征在于：本系统装置涉及到的节点监控单元（C），是整个系统的数据采集处理中心，采用模块化设计，主要包括节点控制器模块(16)、设置有温湿度传感器(D4)的内部温湿度检测模块(13)、看门狗模块(6)、时钟模块(7)、编程模块(12)、RS485信号转换模块(11)、模拟量输入模块(17)、数字量输入模块(18)、报警输出模块(8)、整流电路(27)、稳压电路(28)、无线接口电路(5)、接线端口(23)、视频接口(26)、预留端口(36)；节点控制器模块(16)根据节点监控单元（C）的软件机理，系统装置通过电流互感器（D5）和漏电流检测器（D6）采集的电力参数信号分别通过整流电路(27)、稳压电路(28)，经模拟量输入模块(17)传送到节点控制器模块(16)，温湿度传感器(D4)采集的温湿度信号也通过模拟量输入模块(17)传送到节点控制器模块(16)，而通过烟雾气体传感器(D1)采集的烟雾中有害气体CO、NO浓度信号、火焰光学传感器(D2)采集的火焰信号、红外光谱传感器(D3)采集的红外信号则主要通过数字量输入模块(18)送到节点控制器模块(16)，节点控制器模块(16)对所有采集的数据进行处理、分析、比较，每隔数秒向中央监控单元（A）发送探测监控数据，保证整个系统装置的实时在线监控，一旦发现数据超过系统软件设置的阀值范围时，将让控制报警输出模块(8)发出声光预警信号，并将监控信号传送给通信单元B，进而传送到中央监控单元（A）；

所述的内部温湿度检测模块(13)采用温湿度传感器(D4)，主要用于检测节点监控单元(C)自身的工作温度，当检测到的温度接近或超过节点监控单元(C)正常工作温度范围时，将通过节点控制器模块(16)进行控制系统重新启动，以防温度过高而毁坏元器件；时钟模块(7)，主要为系统提供精确稳定的时间；编程模块(12)主要实现软件程序的下载，看门狗模块(6)主要检测系统的软件程序，防止系统出现“死机”现象；系统设计视频接口(26)，能够连接摄像头（D7）进行视频监控，还有预留端口(36)，能够与现有的内部或者外部消防系统相结合相联通，或者与有线无线电话相连接，在出现险情时自动拨打消防报警电话，通过事前录音存储，向内部或者外部消防人员进行报警，还能够实现与本地点各空间的原有消防设施相结合，包括与喷淋、泡沫、气体消防装置连接，一旦出现火灾预警，通过软硬件相结合的协同动作，自动控制启动消防喷淋装置进行喷水消防或者泡沫、气体灭火；

节点监控单元（C）的电源同样由能源保障单元(E)提供稳定的5V直流电。

5.按照本发明所述的系统装置，其特征在于：本系统装置涉及到的终端检测单元（D）包括；设置有烟雾气体传感器（D1）的烟雾检测模块（19）、设置有火焰光学传感器（D2）的火焰检测模块（20）、设置有红外光谱传感器（D3）的红外检测模块（21）、设置有温湿度传感器（D4）的外部温湿度检测模块（22）、设置有电流互感器（D5）的电流检测模块(24)、设置有漏电检测器(D6)的漏电流检测模块（25）及摄像头(D7)；其中设置有温湿度传感器（D4）的外部温湿度检测模块（22），是针对节点监控单元（C)而言，主要用于检测针对监控对象空间环境内部的温湿度值；前述的终端检测单元（D）的各个模块与节点控制器模块(16)通过有线的方式进行连接，能够根据不同地点不同室内空间或者室外空间的具体情况进行安装，实现对多种环境参数的同时检测，其中电流检测模块(24)和漏电流检测模块（25）主要安装在系统装置用户的电箱内部，在不改变系统装置用户原有线路的基础上，将电流检测模块(24)和漏电流检测模块（25）套接在系统装置用户进线的干路上，用于实时检测用户的耗电情况，系统装置将检测到的所有参数信号通过有线的方式传送到节点监控单元(C)；终端检测单元(D)的各检测模块的电源也主要由能源保障单元（E）提供稳定的12V、或5V直流电源。

6.按照权利要求1所述的系统装置，其特征在于：本系统装置涉及到的能源保障单元（E），主要包括中央电源模块（14）、中央备用电源模块（15）、节点电源模块（31）、节点备用电源模块(32)、5V电源转换电路（34）、3.3V电源转换电路（33）、整流稳压模块（35）；中央电源模块(14)主要给中央监控单元（A）的中央监控主机模块(1)和监控界面模块(2)提供220V电源交流电；中央备用电源模块（15）主要利用市电、燃油发电、风能发电、光能发电或者风光互补发电为中央监控单元（A）提供220V备用电源，以保证在市电突然断电或者火灾断电的情况下，中央监控单元（A）仍能够正常运行，节点电源模块(31)则是将输入的市电或其他电源的220V交流电经过整流稳压模块（35）处理之后，输出12V稳压直流电，然后经过3.3V电源转换电路（33）给通信单元(B)提供电能，经过5V电源转换电路（34）之后，给节点监控单元（C）提供电能，还能够为终端检测单元（D）的各个检测模块提供12V或5V工作用电，节点备用电源模块(32)主要采用蓄电池和超级电容，经过各电源转换电路为通信单元(B)、节点监控单元(C)、终端检测单元(D)供电，当系统装置中一旦出现市电断电或者火灾断电的情况下，将自动启动各备用电源以保障供电。

7.按照权利要求1所述的系统装置，其特征在于：本系统装置的应用用途；包括所有陆地、水上、海上、高空等固定或移动的建筑设施、车船飞机、室内室外、人员住所活动空间及无人值守储物空间。

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