CN107644502A - 一种智慧消防物联网系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智慧消防物联网系统，其包括LoRa通信网络、NB‑IoT通信网络和服务器，所述LoRa通信网络中，设置的终端设备包括无线火灾报警控制器、传感设备、报警设备、输入/输出模块及中继器；所述NB‑IoT通信网络中，设置的终端设备包括传感设备、报警设备及输入/输出模块，所述传感设备、所述报警设备及所述输入/输出模块设置在所述LoRa通信网络覆盖不到的盲区；所述服务器，通过所述NB‑IoT通信网络与所述NB‑IoT通信网络中的传感设备、报警设备及输入/输出模块相连接，通过以太网与所述无线火灾报警控制器相连接。本发明的智慧消防物联网系统具有覆盖面积广及可靠性高的优点。

Description

一种智慧消防物联网系统

技术领域

本发明涉及消防领域，尤其涉及一种智慧消防物联网系统。

背景技术

从消防报警系统行业背景分析，现有的无线火灾报警系统，多采用Zigbee、GFSK调制等短距离无线通信技术进行火灾传感设备网络的组建。目前基于短距离无线通信技术的火灾报警系统已趋于成熟，然而系统在建筑物的布局和使用，由于墙体材质和建筑设计结构的不同，对信号的衰减影响不一，在复杂的楼内布局无线系统除了传感设备外，由于通信距离短，需要较多的无线信号中继设备来延长通信距离。这使得整个无线网络复杂度变高，降低了网络的鲁棒性，因此目前采用短距离无线通信技术的无线报警系统故障发生率普遍较高。

另外高层建筑或大型建筑物群具有监控点多，分布广，现场环境复杂的特点，在这种应用场景中，单一的无线火灾报警系统在容量上难以满足要求。目前工程上多采用布局多个无线系统，互相之间采用现场总线技术进行联网通信，但数据不能够汇总集中进行处理。在遇到重大事件和需要突发的应急措施时难以在第一时间通知到相关的人员。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术存在的缺陷，提供一种智慧消防物联网系统，其可以提高无线火灾报警系统的覆盖面积及可靠性，另外，还可以将多个无线火灾报警网络进行数据汇总，并集中处理数据。

本发明实施例中，提供了一种智慧消防物联网系统，其包括LoRa通信网络、NB-IoT通信网络和服务器，

所述LoRa通信网络中，设置的终端设备包括无线火灾报警控制器、传感设备、报警设备、输入/输出模块及中继器，所述无线火灾报警控制器通过一个或多个中继器与所述传感设备、所述报警设备及所述输入/输出模块相连接；

所述NB-IoT通信网络中，设置的终端设备包括传感设备、报警设备及输入/输出模块，所述传感设备、所述报警设备及所述输入/输出模块设置在所述LoRa通信网络覆盖不到的盲区；

所述服务器，通过所述NB-IoT通信网络与所述NB-IoT通信网络中的传感设备、报警设备及输入/输出模块相连接，通过以太网与所述无线火灾报警控制器相连接，用于对所述LoRa通信网络中的终端设备数据和所述NB-IoT通信网络中的终端设备数据进行汇总和处理。

本发明实施例中，所述智慧消防物联网系统还包括设置于所述服务器和所述无线无线火灾报警控制器之间的智能网关。

本发明实施例中，所述智能网关通过RS232接口与所述无线火灾报警控制器相连接。

本发明实施例中，所述智能网关通过以太网与所述服务器相连接。

本发明实施例中，所述传感设备包括烟雾探测器、温度探测器、剩余电源传感器和可燃气体探测器。

本发明实施例中，所述报警设备包括手动报警按钮和声光警报器。

本发明实施例中，所述智慧消防物联网系统还包括多个与所述服务器通过移动通信网络相连接的移动终端，所述服务器将汇总和处理后的数据信息推送给所述移动终端。

与现有技术相比，本发明的智慧消防物联网系统有以下有益效果:

1、采用LoRa通信网络和NB-IoT通信网络相结合，可以扩大系统的应用场景和范围；

2、可监控多种传感设备的信息，相对与目前传统无线火灾报警系统，本发明的智慧消防物联网系统加入了针对电气火灾监控的剩余电流和温度的监测功能。对于建筑物内的燃气泄露情况通过可燃气体探测器进行监测。通过布局和监控不同功能的传感设备可以全方位多角度的对建筑物内的消防隐患进行监控；

3、具备消防联动功能，本发明的智慧消防物联网系统通过构建火灾报警与智能疏散相结合的无线网络，借助于建筑物所布置的声光警报器来提供火灾发生后的紧急疏散警报信号，在火灾发生时，无线报警系统准确地定位火灾发生的位置信息和区域环境信息，继而按照预先确定的疏散策略确定相应的疏散警报通道指示逃生路线，能更快地起到疏散逃生作用；

4、服务器通过智能网关将多个火灾报警控制器的数据进行汇总，形成消防大数据；

5、采用专用的服务器，可以实时推送信息到移动终端，系统可以实时的探测火灾并发出警报，信息同步的发送到消防服务器，有服务器同步推送通知到物业管理员，消防网格员，监护人员和个人用户的手机上。

附图说明

图1是本发明的智慧消防物联网系统的体系结构图；

图2是本发明的智慧消防物联网系统的LoRa网络的信息交互示意图；

图3是本发明的智慧消防物联网系统的NB-IoT网络的信息交互示意图；

图4是本发明的智慧消防物联网系统火灾报警控制器到移动终端设备间信息交互示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对发明进行详细的说明。

如图1所示，本发明实施例中，提供了一种智慧消防物联网系统，其包括LoRa通信网络、NB-IoT通信网络、智能网关、服务器和移动终端，

所述LoRa通信网络中，设置的终端设备包括无线火灾报警控制器、传感设备、报警设备、输入/输出模块及中继器，所述无线火灾报警控制器通过一个或多个中继器与所述传感设备、所述报警设备及所述输入/输出模块相连接；

所述NB-IoT通信网络中，设置的终端设备包括传感设备、报警设备及输入/输出模块，所述传感设备、所述报警设备及所述输入/输出模块设置在所述LoRa通信网络覆盖不到的盲区；

所述服务器，通过所述NB-IoT通信网络与所述NB-IoT通信网络中的传感设备、报警设备及输入/输出模块相连接，通过以太网与所述无线火灾报警控制器相连接，用于对所述LoRa通信网络中的终端设备数据和所述NB-IoT通信网络中的终端设备数据进行汇总和处理，并将汇总和处理后的数据信息推送给所述移动终端。

所述智能网关，设置于所述无线火灾报警控制器和所述服务器相连接之间。所述智能网关通过RS232接口与所述无线火灾报警控制器相连接，所述智能网关通过以太网与所述服务器相连接。

所述传感设备包括烟雾探测器、温度探测器、剩余电源传感器和可燃气体探测器。所述报警设备包括手动报警按钮和声光警报器。进一步地，所述智慧消防物联网系统中，还包括多个与所述服务器相连接的移动终端，所述多个移动终端通过移动通信网络与所述服务器相连接。所述输入/输出模块用于与第三方的设备（比如风机，水泵，电梯）相连接，从而实现通过所述智慧消防物联网系统对第三方设备的控制。

所述LoRa通信网络中，所述烟雾探测器、温度探测器、剩余电流传感器、可燃气体探测器、声光警报器、输入/输出模块、手动报警按钮都是基于LoRa通信的终端设备。所述无线火灾报警控制器、传感设备、报警设备及中继器都带有LoRa通信模块，通过LoRa通信技术进行无线通信。LoRa的相关技术具有功耗低，连接数量大，时延低，网络覆盖广等特点，可以解决目前无线产品的在距离、中继、控制器的瓶颈。根据建筑物的结构和规模，预先在其内部不同区域布置合适数目的终端设备，终端设备实时采集其所监测区域的环境信息并做相应的判断处理，将其所在区域的警情信息或工作情况通过中继器实时传送到控制器，控制器通过对内部不同区域探测器节点状况进行分析处理，实现对整个建筑物的火警及工作情况进行完整监控，在发生火灾时按照预定的疏散策略通过声光警报器发出疏散警报音，提醒救援和逃生。

所述NB-IoT通信网络中，所述烟雾探测器、手动报警按钮、温度探测器、可燃气体探测器、输入/输出模块、剩余电流传感器都是基于NB-IoT通信的终端设备。所述无线火灾报警控制器、传感设备、报警设备及中继器都带有NB-IoT通信模块，通过NB-IoT通信技术进行无线通信。NB-IoT基于蜂窝的窄带物联网，属于授权频段，如同2G/3G/4G一样，是专门规划的频段，频段干扰相对少。NB-IoT网络具有电信级网络的标准，在建筑物内如LoRa网络存在覆盖的盲区时，使用NB-IoT的终端设备可以快速的进行系统的扩充，而不需要大规模的重新布局与规划。在所述NB-IoT通信中，终端设备定期采集其所监测区域的环境信息数据，通过电信运行商基站实时传送到系统专用的服务器。

本发明的智慧消防物联网系统中，在指定区域范围内的无线终端设备节点、中继器、火灾报警控制器通过LoRa通信技术构成无线通信网络。多个无线通信网络的火灾报警控制器可以所述通过智能网关接入所述服务器。LoRa网络存在覆盖的盲区时，使用NB-IoT通信的终端设备进行系统的扩充，直接传输数据到所述服务器，所述服务器对数据进行汇总、分析、处理后通过运营商的移动通信网络推送信息到用户的移动终端。

在所述LoRa通信网络中，基于LoRa通信的无线中继器直接与基于LoRa通信的终端设备进行数据交互，可以检测终端设备的通信状态，并将与自身配接终端设备的信息进行汇总。通过设置单一中继器的父通信节点和子通信节点，中继器之间可以组成树形网络，网络的深度为10级。中继器可以转发来自父节点和子节点的数据。能够有效的延长LoRa终端节点设备和LoRa火灾报警控制器之间的通讯传输距离。中继器与无线火灾报警控制器配套使用，组成分布式无线报警系统。基于LoRa通信的无线火灾报警控制器可以实时地了解整个无线网络的探测器节点工作状态，并对无线网络中的设备实施复位、消音、启动等操作。当环境中的烟雾浓度达到报警的预定值或电池电量不足时，报警设备发出声、光报警信号，并通过无线信道将火警、低电压等信息通过无线网络传输至控制器。 在预设有疏散关系的情况下，可根据接收到的火警信息通过火灾探测器和声光警报器以声响警报的方式指示逃生疏散的路径。无线中继器具有无线数据转发功能，在预设有疏散关系的情况下，可根据接收到的火警信息通过火灾探测器和声光警报器以声响警报的方式指示逃生疏散的路径。无线中继器具有无线数据转发功能，在预设有疏散关系的情况下，可根据接收到的火警信息通过火灾探测器和声光警报器以声响警报的方式指示逃生疏散的路径。

所述智能网关与无线火灾报警控制器通过RS232总线连接数据通信，网关将控制器输出的数据转换为TCP/IP的协议数据通过以太网传输到系统专用的服务器。

所述服务器可以通过以太网接收智能网关传输的LoRa网络的数据，存储、仲裁后将网络数据通过4G网络推送信息到移动终端实时的进行显示。所述服务器可直接接收NB-IoT终端设备的实时上报信息，存储、仲裁后将网络数据通过4G网络推送信息到移动终端实时的进行显示。移动终端包括安装运行有客户端软件的各类手机或电脑。移动终端的客户端软件通过4G网络访问系统专用的服务器数据库，查询并显示系统中所有设备的工作状态。

本发明的智慧消防物联网系统的信息交互分为三个部分进行：所述LoRa网络中的信息交互、所述NB-IoT网络中的信息交互和火灾报警控制器与移动终端设备间信息交互。下面分别进行说明。

请参照图2所示，所述LoRa网络中，各节点的信息交互包括终端设备自动登录流程、终端节点通信故障发现及汇报流程、警情发现及汇报流程、火灾报警控制器操作流程和传感设备信息定时上报流程。下面分别进行详细说明。

终端设备自动登录流程如下：

新的终端设备加入无线网络中时直接发送登录信息到中继器节点，中继器节点将记录设备的登录信息并上传登录信息到火灾报警控制器。控制器根据预存的终端设备的地理信息发送登录确认指令到中继器，中继器记录地理信息后发送登陆确认指令到终端设备，完成设备的自动登录功能。

终端节点通信故障发现及汇报流程如下：

中继器建立自身管辖终端节点设备的网络后，探测器会周期性的发送状态消息给中继器，告知其连接状态正常，中继器收到终端节点设备报告的状态消息后，会记录该节点设备报告状态消息的次数，一定时间后，中继器会查询其终端节点状态表，判断探测器在状态查询周期内是否报告状态消息，若在一个状态查询周期内，中继器未收到某个终端节点设备的状态消息，中继器会立即发送请求状态消息给相应终端节点设备，要求其马上发送状态消息，若在一定时间内仍未收到该节点的状态消息，则在节点状态表中设置该节点的状态为离线故障，并将故障节点的信息发送给火灾报警控制器，控制器收到消息后会立即更新终端节点设备状态，并显示故障终端设备的信息。

在系统的运行过程中探测器会检测自身的工作状态，如检测到低电压、污染等故障信息时会即时上报故障信息。中继器收到故障信息后会对信息进行解析，提取出有效信息和目标地址，然后更新相应探测器节点的状态信息。按无线消息的帧格式将消息转发给火灾报警控制器。

警情发现及汇报流程如下：

整个无线系统正常工作时，会周期性的进行环境信息采集和火灾判断。若探测器判断发现有火灾警情发生，则立即发送火警消息给中继器，中继器收到探测器节点的报警消息后会立即提取消息内容，更新节点状态表中相应节点的状态，并将消息组装成约定好的信息帧的格式发送给控制器。控制器收到节点的报警消息后，会立即更新节点的状态，并同时发送疏散启动信息给指定节点的探测器或声光警报器。

火灾报警控制器操作流程如下：

无线火灾报警控制器监视探测器、中继器及系统自身的工作状态。接受、转换、处理火灾探测器输出的报警信号，控制启动声光报警及探测器进行疏散指示，指示报警的具体部位及时间，同时执行相应辅助控制等任务。当探测器的警情解除后，控制器可通过发送系统复位命令，可以解除报警探测器的状态，使其重启回到正常工作状态。

传感设备信息定时上报流程如下；

终端设备节点烟雾探测器、温度探测器、剩余电流传感器、可燃气体探测器会定期监测周围环境的烟浓度值、温度值、剩余电流值、可燃气体浓度并将环境的信号量发送到中继器，由中继器转发值火灾报警控制器中存储显示。

请参照图3所示，所述NB-IoT通信网络中，各节点的信息交互包括基于NB-IoT模块终端设备随机接入流程、基于NB-IoT模块终端设备定时上报流程。下面分别进行详细说明。

基于NB-IoT模块终端设备随机接入流程如下：

新的终端设备加入无线网络中时需要与NB-IoT的基站进行通信，发送前导码申请连接；基站收到后发送应答数据，完成设备的随机接入功能。

基于NB-IoT模块终端设备定时上报流程如下：

采用NB-IoT模块的烟雾探测器、温度探测器、可燃气体探测器、剩余电流传感器以固定的周期对环境中的信号量进行监测，检测完毕后立即发出连接请求并建立连接传输信号量到基站。基站将信号量传输到服务器，服务器将数据进行分析处理后传输信号量到用户的手机客户端显示。

请参照图4所示，火灾报警控制器与移动终端设备间信息交互包括传输事件流程、读取数据流程和心跳检测流程。下面分别进行说明。

传输事件流程如下：

当所述LoRa通信网络中的设备有状态信息的改变或有火警发生时，火灾报警控制器通过RS232总线将设备的事件消息实时发送到智能网关，智能网关应答后将转发该事件通过以太网到指定的服务器。服务器对事件进行分类存储、分析后推送该事件到指定的移动客户端供用户分析查询使用。

读取数据流程如下：

用户可以通过移动客户端发出对系统内指定设备的查询请求，当服务器收到查询信息后，将检索数据库，查找到设备的具体位置以及在无线网络的传输路径，将查询的需求通过智能网关发送到火灾报警控制器，通过控制器查询到该设备的状态信息，将信息通过智能网关回传信息至服务器，服务器推送该信息到移动客户端显示，完成查询的整个过程。

心跳检测流程如下：

整个系统中火灾报警控制器与智能网关之间的RS232总线，智能网关与服务器之间的以太网均具备通信状态检测的功能，火灾报警控制器定时发送心跳数据包到智能网关，网关将进行心跳数据的应答；同时智能网关发送心跳数据包到指定的服务器等待应答；当指定时间内收不到信息时，设备间将报出通信故障提示用户排查故障。保证信息传输的通畅。

与现有技术相比，本发明的智慧消防物联网系统有以下有益效果:

1、采用LoRa通信网络和NB-IoT通信网络相结合，可以扩大系统的应用场景和范围；

2、可监控多种传感设备的信息，相对与目前传统无线火灾报警系统，本发明的智慧消防物联网系统加入了针对电气火灾监控的剩余电流和温度的监测功能。对于建筑物内的燃气泄露情况通过可燃气体探测器进行监测。通过布局和监控不同功能的传感设备可以全方位多角度的对建筑物内的消防隐患进行监控；

3、具备消防联动功能，本发明的智慧消防物联网系统通过构建火灾报警与智能疏散相结合的无线网络，借助于建筑物所布置的声光警报器来提供火灾发生后的紧急疏散警报信号，在火灾发生时，无线报警系统准确地定位火灾发生的位置信息和区域环境信息，继而按照预先确定的疏散策略确定相应的疏散警报通道指示逃生路线，能更快地起到疏散逃生作用；

4、服务器支持通过智能网关将多个系统的数据进行汇总，形成消防大数据；

5、专用的消防服务器可以实时推送信息到移动终端，系统可以实时的探测火灾并发出警报，信息同步的发送到消防服务器，有服务器同步推送通知到物业管理员，消防网格员，监护人员和个人用户的手机上。

上述实施例仅用于说明本发明的具体实施方式。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和变化，这些变形和变化都应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种智慧消防物联网系统，其特征在于，包括LoRa通信网络、NB-IoT通信网络和服务器，所述LoRa通信网络中，设置的终端设备包括无线火灾报警控制器、传感设备、报警设备、输入/输出模块及中继器，所述无线火灾报警控制器通过一个或多个中继器与所述传感设备、所述报警设备及所述输入/输出模块相连接；

所述NB-IoT通信网络中，设置的终端设备包括传感设备、报警设备及输入/输出模块，所述传感设备、所述报警设备及所述输入/输出模块设置在所述LoRa通信网络覆盖不到的盲区；

所述服务器，通过所述NB-IoT通信网络与所述NB-IoT通信网络中的传感设备、报警设备及输入/输出模块相连接，通过以太网与所述无线火灾报警控制器相连接，用于对所述LoRa通信网络中的终端设备数据和所述NB-IoT通信网络中的终端设备数据进行汇总和处理。

2.如权利要求1所述的智慧消防物联网系统，其特征在于，还包括设置于所述服务器和所述无线无线火灾报警控制器之间的智能网关。

3.如权利要求2所述的智慧消防物联网系统，其特征在于，所述智能网关通过RS232接口与所述无线火灾报警控制器相连接。

4.如权利要求2所述的智慧消防物联网系统，其特征在于，所述智能网关通过以太网与所述服务器相连接。

5.如权利要求1所述的智慧消防物联网系统，其特征在于，所述传感设备包括烟雾探测器、温度探测器、剩余电源传感器和可燃气体探测器。

6.如权利要求1所述的智慧消防物联网系统，其特征在于，所述报警设备包括手动报警按钮和声光警报器。

7.如权利要求1所述的智慧消防物联网系统，其特征在于，还包括多个与所述服务器通过移动通信网络相连接的移动终端，所述服务器将汇总和处理后的数据信息推送给所述移动终端。