CN103940545A - 基于wsn的消防栓水压状态监测系统及方法 - Google Patents

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张荣标
张凤
李文胜
孙晓军
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Abstract

本发明公开一种基于WSN的消防栓水压监测系统及监测方法,栓壁内设有一个向上倾斜且延伸至水压检测外部壳件内的小孔,小孔内装有一个外壁紧贴小孔内壁的活塞和一个下端固接活塞、上端压靠在小孔底壁上的水压检测弹簧;在水压检测外部壳件中的小孔外壁上紧贴一对相对小孔的中心对称的霍尔元件,在消防栓中水压处于预设的正常值时,活塞正好位于一对霍尔元件处;当水压低于正常值,弹簧伸长,活塞向斜下方方向移动,远离一对霍尔元件,出现一个转换信号,该转换信号通过控制模块进行信号分析转换,由无线传感发送模块将分析转换后的信号发送到中央管理平台集中管理,不需要时刻去现场,节约了人力、物力,灵敏度、精确度高。

Description

基于WSN的消防栓水压状态监测系统及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及灭火器件消防栓,具体是对消防栓中的水压进行监测的系统与方法。背景技术
[0002] 消防栓在日常生活中被普遍使用,是一种灭火器件,为灭火及时提供了水资源。消防栓放置长期不用,会出现水压不足的情况,在火灾发生时就会影响灭火的效率,对人的生命、财产以及环境造成了严重的影响。因此对消防栓的时时检测显得尤为重要。
[0003] 常用消防栓的结构为栓盖位于整个消防栓的最顶部,出水口与栓体相连,出水口盖在出水口的外侧,在使用消防栓时拧下出水口盖以便将水管接在出水口上灭火,进水口通过法兰与栓体相连,位于整个消防栓栓体下部用于与下水管相连,为整个消防栓提供水。
[0004] 现有的消防栓水压检测常规方法有:(I)在每个消防栓的栓体和进水口之间设有压力监测装置并在消防栓的外部接有水压显示表以检测水压;(2)检测人员随身携带压力检测仪对各个消防栓依次进行检测;这两种方法虽然都能检测消防栓中的水压,但是却要去现场观测,这样不仅浪费人力、物力而且不能时刻得知所有消防栓中的水压情况,因此依然不能从根本上解决问题。
发明内容
[0005] 本发明的目的是为了解决现有防栓水压检测存在的问题,提出一种基于WSN的消防栓水压监测系统及方法,运用霍尔原理和弹性形变原理来对消防栓水压状态进行检测,并运用无线传感网络将信号发送到中央管理平台,无需现场观测就可时刻得知所有消防栓中的水压情况,节省了人力和物力。
[0006] 本发明一种基于WSN的消防栓水压监测系统所采用的技术方案是:消防栓栓体下部外侧壁上固接水压检测外部壳件,栓体上部固接无线传感节点,无线传感节点包括无线传感发送模块、电源转换模块和控制模块;栓体的栓壁内设有一个向上倾斜且延伸至水压检测外部壳件内的小孔,小孔内装有一个外壁紧贴小孔内壁的活塞和一个下端固接活塞、上端压靠在小孔底壁上的水压检测弹簧;在水压检测外部壳件中的小孔外壁上紧贴一对相对小孔的中心对称的霍尔元件,在消防栓中水压处于预设的正常值时,活塞正好位于一对霍尔元件处;控制模块20连接无线传感发送模块和一对霍尔元件。
[0007] 本发明一种基于WSN的消防栓水压监测系统的消防栓水压监测方法所采用的技术方案是:当消防栓中的水压低于正常值,水压检测弹簧所受压力减小,弹性伸长,活塞向斜下方方向移动,远离一对霍尔元件,出现一个转换信号,该转换信号通过无线传感节点中的控制模块进行信号分析转换,再无线传感发送模块将分析转换后的信号通过发送到中央管理平台集中管理。
[0008] 本发明的有益效果为:
1、本发明利用弹簧形变判别消防栓中水压是否达到正常值,不需要专门的水压测量仪器,降低工程成本。[0009] 2、本发明采用无线传感网络将分析所得到的消防栓中水压信号传送到中央管理平台进行观测,不需要时刻去现场,节约了人力、物力。如果压力达不到正常值则中央管理平台会发出警告,工作人员则去现场检测维修。
[0010] 3、本发明采用霍尔原理通过MCU控制系统进行控制,一旦消防栓中水压低于正常值,则霍尔元件会立即感应,从而中央管理平台会发出报警信号,此方法灵敏度、精确度高。
[0011] 4、本发明耗电小,利用太阳能为系统提供电能,解决了野外供电不方便的问题。
[0012] 5、本发明利用无线传感网络和太阳能电池板,不需要复杂的布线,简化了设计。
附图说明
[0013] 以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
[0014] 图1是本发明基于WSN的消防栓水压状态监测系统安装在消防栓上的外型结构示意图;
图2是图1中栓体9和水压监测外部壳体10的内部结构放大示意图;
图3是图1中无线传感节点3的内部结构以及与太阳能电池板2的连接结构放大图; 图4是本发明基于WSN的消防栓水压状态监测系统的监测方法流程图。
[0015] 图中的各部分序号及名称:1.栓盖;2.太阳能电池板;3无线传感节点;4.固定螺丝;5a、5b.消防栓出水口 ;6a、6b.快速接头出口 ;7a、7b.消防栓出水口盖;8.导线;9.消防栓体;10.水压监测外部壳体;11.弯管;12a、12b.法兰;13.消防栓壁;14a、14b.活塞挡板;15.水压检测弹簧;16.活塞;17a、17b.霍尔元件;18.无线传感发送模块;19.电源转换模块;20.控制模块。
具体实施方式
[0016] 参见图1,消防栓的结构包括栓盖I和栓体9,栓盖I位于整个消防栓的顶部,栓盖I下紧连着消防栓体9,栓体9上部固设无线传感节点3和太阳能电池板2。栓体9上部侧壁上连有2个出水口 5a、5b,2个出水口 5a、5b相对于栓体9的中心对称,每个出水口 5a、5b —侧接在栓体9的侧壁上部,另一侧接有快速接头出口 6a、6b,即出水口 5a的另一侧接有快速接头出口 6a,出水口 5b的另一侧接有快速接头出口 6b。快速接头出口 6a、6b的另一侧对应地接有出水口盖7a、7b。栓体9的底口通过法兰12a连接弯管11上端,弯管11下端通过法兰兰12b与进水管相连。
[0017] 在消防栓栓体9下部外侧壁上通过固定螺丝4固定水压检测外部壳件10,水压检测外部壳件10靠近栓体9的底口处,即靠近法兰12a处。由于消防栓上部平时不充水,只有到发生火灾时打开水阀才会充水,所以将水压检测外部壳件10安装在栓体9下部即接近法兰12a处以检测消防栓中水压是否达到正常水压。可以在其中一个消防栓出水口例如消防栓出水口 5b的上壁外侧通过另一个固定螺丝4以固定连接无线传感节点3,无线传感节点3的上方固定安装太阳能电池板2。
[0018] 再参见图2,在栓体9的栓壁13内设计一个向上倾斜的小孔,小孔延伸至水压检测外部壳件10内部,小孔深度比栓壁13厚度大。由此,小孔的位置也靠近栓体9的底口。在小孔内装有一个活塞16和一个水压检测弹簧15,活塞16的外壁紧贴小孔的内壁,水压检测弹簧15的外径小于小孔内径,可在小孔内压缩。水压检测弹簧15下端斜朝下方且固定连接活塞16,水压检测弹簧15上端斜朝上方且压靠在水压检测外部装置10中的小孔的底壁上。活塞16采用医用硅胶活塞,保证其能够紧贴小孔内壁,保持水压检测弹簧15所在空间内不会有水进入,具有好的密封性。在水压检测外部壳件10中的小孔外壁上紧贴一对霍尔元件17a、17b,一对霍尔元件17a、17b相对小孔的中心对称。一对霍尔元件17a、17b安装好后,水压正常值提前设定,当消防栓中水压处于正常值时,活塞16应正好位于霍尔元件17a、17b处,这样根据水压检测弹簧15的形变量便可以计算出所需水压检测弹簧15的弹性系数的大小,由此可以选择合适的水压检测弹簧15。一对霍尔元件17a、17b最好安装在靠近栓壁13位置处,大约在整个小孔深度方向的中部。一对霍尔元件17a、17b通过导线8向上连接上部的无线传感节点3,在导线8外套有导线管,通过导线8对霍尔元件17a、17b进行供电,以保证系统正常运行。
[0019] 由于本发明只检测水压过低的情况,因此在小孔内壁上装有活塞挡板14a、14b,活塞挡板14a、14b位于活塞16的斜上方,用来阻挡活塞16向斜上方移动,限制其移动量。
[0020] 参见图1和图3,无线传感节点3是本发明基于WSN的消防栓水压状态监测系统的控制中心,包括无线传感发送模块18、电源转换模块19和控制模块20。通过固定螺丝4固定在一个出水口的外壁上侧,无线传感节点3上部接有太阳能电池板2,太阳能电池板2水平安装在无线传感节点3上部,用来获取尽量多的太阳能。太阳能电池板2连接电源转换模块19,通过电源转换模块19使太阳能转换为电能,再由电源转换模块19给系统各个模块供电。控制模块20分别连接无线传感发送模块18和一对霍尔元件17a、17b,将一对霍尔元件17a、17b得到的信号进行分析转换,由无线传感发送模块18将所分析转换后的信号传送到中央管理平台进行观测。
[0021] 如图4所示,本发明所述的基于WSN的消防栓水压状态监测系统在监测时,因为只有达到一定水压时,消防栓在发生火灾时才能正常使用,所以存在一个正常值,正常值提前设定。首先由工作人员设定水压正常值,然后系统进行自检,看是否正常,如果不正常的话WSN向中央管理平台发送警报,由工作人员来检修,待系统检测正常后整个消防栓系统开始运行。太阳能电池板2获取太阳能由电源转换模块19转换为电能,为系统各个模块如无线传感发送模块18、控制模块20等进行供电。霍尔元件17是一种磁敏元件,霍尔元件17a、17b检测水压是否达到正常值,并产生一个信号,这个信号输入到控制模块20。若活塞16阻挡了一对霍尔元件17a、17b之间的信号,开关检测面上的霍尔元件17a、17b因产生霍尔效应使开关内部电路状态发生变化,由此识别活塞16的存在,进而控制信号的通或断。当消防栓中有水时,活塞16由于受到水压的作用,水压检测弹簧15被迫缩短一个长度,活塞16被迫向斜上方方向移动。当水压处于预设的正常时,活塞16位于霍尔元件17a、17b处。由于本发明只考虑水压低的情况,所以当水压高于正常值时,活塞16由于一对活塞挡板14a、14b的作用依然位于一对霍尔元件17a、17b处,若水压低于正常值,弹簧15所受压力减小,弹簧弹性形变变小,那么水压检测弹簧15伸长,活塞16便会向斜下方方向移动,此时活塞16便远离霍尔元件17a、17b,霍尔元件17a、17b之间阻挡物消失,两个对称的霍尔元件17a、17b之间便没有了阻挡物,此时信号输出便会出现一个上升沿,出现一个高低电平的转换信号,该信号通过无线传感节点3中的控制模块20进行信号分析转换,再由无线传感发送模块18将转换后的信号通过无线传感网络WSN发送到中央管理平台进行集中管理。一旦发现信号出现不正常的情况,中央管理平台会及时发现,发出警告,然后派人去对应的地方去检测维修。

Claims (7)

1.一种基于WSN的消防栓水压状态监测系统,其特征是:消防栓栓体(9)下部外侧壁上固接水压检测外部壳件(10),栓体(9)上部固接无线传感节点(3),无线传感节点(3)包括无线传感发送模块(18)、电源转换模块(19)和控制模块(20);栓体的栓壁(13)内设有一个向上倾斜且延伸至水压检测外部壳件(10)内的小孔,小孔内装有一个外壁紧贴小孔内壁的活塞(16)和一个下端固接活塞(16)、上端压靠在小孔底壁上的水压检测弹簧(15);在水压检测外部壳件(10)中的小孔外壁上紧贴一对相对小孔的中心对称的霍尔元件,在消防栓中水压处于预设的正常值时,活塞(16)正好位于一对霍尔元件处;控制模块(20)连接无线传感发送模块(18)和一对霍尔兀件。
2.根据权利要求1所述消防栓水压状态监测系统,其特征是:小孔内壁上装有活塞挡板,活塞挡板位于活塞(16)的斜上方。
3.根据权利要求1所述消防栓水压状态监测系统,其特征是:无线传感节点(3)固定设在消防栓的一个出水口的上壁外侧,无线传感节点(3)的上方固接太阳能电池板(2),太阳能电池板(2 )连接电源转换模块(19 )。
4.根据权利要求1所述消防栓水压状态监测系统,其特征是:所述小孔的位置靠近栓体(9)的底口,一对霍尔元件设在靠近栓壁(13)位置处。
5.一种如权利要求1所述消防栓水压状态监测系统的监测方法,其特征是:当消防栓中的水压低于正常值,水压检测弹簧(15)所受压力减小,弹性伸长,活塞(16)向斜下方方向移动,远离一对霍尔元件,出现一个转换信号,该转换信号通过无线传感节点(3)中的控制模块(20)进行信号分析转换,再无线传感发送模块(18)将分析转换后的信号通过发送到中央管理平台集中管理。
6.根据权利要求5所述的监测方法,其特征是:当消防栓中的水压高于正常值,活塞(16)被活塞挡板限制位于一对霍尔元件处。
7.根据权利要求5所述的监测方法,其特征是:太阳能电池板(2)获取太阳能由电源转换模块(19)转换为电能,为无线传感发送模块(18)、控制模块(20)和霍尔元件(17)供电。
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