CN108653967A - 消防栓漏水监测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了消防栓漏水监测系统，包括传感器模块、控制模块、通信模块以及电源模块；所述传感器模块、通信模块和所述电源模块集成为消防栓漏水监测及自动定位报警装置，所述消防栓漏水监测装置可拆卸安装在消防栓接口处。以ZigBee协调器作为数据处理中心，利用传感器实现信号的转换，转换为电信号进而转换为地理坐标以及音频信号。一改现有消防栓漏水时无信号显示及时报警定位的状况。

Description

消防栓漏水监测装置
技术领域
本发明涉及一种用于监测消防栓漏水并实行自动定位报警的装置，应用于水利工程方面，属于电子工程技术领域。
背景技术
消防栓是城市供水网附属设施之一，也是火灾控制的重要设备。在实际应用中，消防栓存在安装分散、易老化损坏等问题。鉴于由室外消防栓漏水会产生严重水资源浪费以及降低消防救援效率等严重问题。本设计小组创造性的设计并实现了基于物联网技术的检测消防栓漏水及自动定位报警装置。
消防栓管理不论是在国内还是国外都是一个普遍性难题在国外比较发达地区，消防栓管理主要依靠法律的威慑力和民众的自我约束力，但在发展中国家和地区，消防栓上的用水完全处于失控状态。据统计，一个消防栓完全损坏时漏水一小时将造成54000升水资源的浪费，且消防栓平均损坏率高达40％，由此可见消防栓漏水所带来的水资源浪费问题不容忽视。当漏水发生时，如何保障消防栓抢修人员能及时发现并进行处理，从而减少漏水带来的经济损失和资源浪费，是目前迫切需要解决的问题。然而，现有的单一视频监控系统存在以下缺陷：
①仅仅实现视频远程查看功能；
②人员劳动强度大，易受监管人员工作状态与主观影响，值班人员休息或者视觉疲劳、甚至个人情绪都会影响监管，漏报漏判严重；
③智能化程度低，无智能识别、分析和处理功能，无法及时、自动报警。
目前国内普遍使用的消防栓漏水报警机制为人工巡逻报警，效率低下，耗资较大，时效性强。然而以杭州市区为例，据水业部门不完全统计，每年被车辆撞损的消防栓超过100个，而其中超过99％的肇事司机第一时间选择逃逸，延误了抢修时。2015年深圳某公司研发了利用多功能传感器、电路逻辑控制模块和RFID识别器、微动传感器、GIS等精密仪器组合二成的一套消防栓漏水监测系统，然而造价昂贵，设备精密容易被损坏，容易被盗取，性价比较低。
发明内容
发明目的：鉴于传统消防栓管理方式的不足，本发明结合国内外智能消防安全监测系统及物联网技术的发展，设计并实现了一套基于物联网架构的消防漏水监测及自动定位报警系统。提出了一种新的智能消防栓管理技术，通过多功能传感器、数据终端、构建ZigBee局域网实现消防栓终端和监控平台互联，进行信息交换和通讯，从而实现了消防栓快速定位、灵活监控和智能化管理。
技术方案：
消防栓漏水监测系统，包括传感器模块、控制模块、通信模块以及电源模块；所述传感器模块、通信模块和所述电源模块集成为消防栓漏水监测装置，所述消防栓漏水监测装置可拆卸安装在消防栓接口处；
所述传感器模块为液位传感器，所述液位传感器安装在距离装置与消防栓接口设定距离处；在所述消防栓漏水监测装置下方靠近所述消防栓接口处设有溢流管道；
所述控制模块为ZigBee协调器，所述ZigBee协调器与所述液位传感器通过通信连接；所述液位传感器将漏水信息及所述消防栓编号通过通信模块发送至所述ZigBee协调器；所述ZigBee协调器通过通信模块将漏水信息及所述消防栓编号发送至单片机中，再由单片机将信息打包发送至智能终端；
所述电源模块为锂电池，为所述传感器模块及通信模块供电。
所述设定距离为8cm。
所述液位传感器为水浸感应器，所述水浸感应器为湿敏电阻。
所述溢流管道为直径为1.8cm的泄流管道，当溢流管道漏水流量大于1.0×10-4m3/s时为漏水状态。
所述通信模块包括单片机、ZigBee节点和WiFi模块。
在所述消防栓漏水监测装置上方设有太阳能板，所述太阳能板与所述锂电池连接，并为所述锂电池充电。
与所述液位传感器连接有报警装置，所述报警装置为蜂鸣器装置。
有益效果：
1、灵活转换信号：利用水力学原理中的能量方程、连续性方程，电路通断路原理以及ZigBee工作原理，以ZigBee协调器作为数据处理中心，利用传感器实现信号的转换，转换为电信号进而转换为地理坐标以及音频信号。一改现有消防栓漏水时无信号显示及时报警定位的状况。
2、绿色供电模式：采用“太阳能电板+锂电池”组合，由锂电池直接供能，太阳能电板对锂电池充能，实现全天候监测，取代过往单一的供能模式。
3、报警方式多元化：采用APP客户端以及数据二种远程报警机制，利用蜂鸣器产生蜂鸣近距离报警，彻底解决消防栓漏水不能及时解决造成水资源浪费的问题。
4、制作相对简易，易拆装。
附图说明
图1是本发明的整体图。
图2是本发明装置的侧面图。
图3是本发明装置运行模块图。
图4是本发明的流程图。
图5是本发明的系统构成图。
其中，1为供能区，2为感应区，3为功能区，4为溢流管道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
本发明的装置主要设计目的为监测消防栓漏水及自动报警定位。该装置运用了水力学原理中能量平衡方程、连续性方程、传感器检测技术以及无线通信技术实现信号的灵活转换，运用水浸传感器将漏水水动力信号转化为电信号，并通过ZigBee节点以广播方式向ZigBee协调器发送包含位置信息的节点编号，而后通过单片机将协调器接收的信号发送到WiFi模块中，WiFi模块将信号发送至手机APP客户端，从而构建消防栓漏水监测系统，实现漏水实时监控并及时定位报警功能。当消防栓漏水时，大量水将在感应区积聚，导致水位上升触及感应区的漏水传感器，使水浸传感器感应(水浸传感器电路图见图4)，输入一个脉冲信号给ZigBee节点，由ZigBee节点发送到控制中心ZigBee协调器，再通过单片机利用局域网发送数据到手机APP，使控制室的工作人员便快速定位漏水的消防栓，从而实现消防栓漏水监测及定位报警功能。
图1是本发明装置的整体图。如图1所示，本发明的消防栓漏水检测装置包括供能区1，感应区2，功能区3及溢流管道4；所述供能区1为由太阳能电板和锂电池组合的电源模块；所述感应区2为传感器模块，在本发明中为水浸传感器，所述功能区3包括ZigBee节点。
即本发明消防栓漏水检测装置包括控制模块、传感器模块、电源模块、通信模块以及数据显示模块；
控制模块运用ZigBee协调器和单片机作为数据处理中心，主要承担数据处理后驱动蜂鸣器报警并向通信模块传输数据，驱动传输模块传输数据的功能。
传感器模块包括水浸传感器，当所述溢流管道4无法排出漏水产生的大量水时，漏水将在该区域内积聚，水位上升，进而触发安装在距溢流管道5cm处的水浸传感器；利用水浸传感器收集数据并处理后，将模拟信号转化为电压信号后传给ZigBee节点。
电源模块利用锂电池供能，太阳能电板充能，对其进行不断的充电放电。当电量饱和时，外部装置将停止充电；电量不足时将主动充能。
通信模块利用ZigBee节点以广播方式向ZigBee协调器发送信号，并发送位置信息，同时驱动蜂鸣器报警。ZigBee协调器将信号以串口传输方式发送到stc15系列的单片机(单片机功能，1接收zigbee协调器发送的数据，2将数据打包处理之后发送到WiFi模块)并且同时在CC2530显示屏上显示数据，单片机将协调器发送过来的信号进行接收打包发送到WiFi模块中，WiFi模块最后将信号发送至手机APP，将所需要的信号传输到终端设备。
数据显示模块采用的数据显示方式分为两种，①是通过协调器界面的TFT液晶显示屏显示；②通过自主研发App进行图画、文字显示。
本发明该装置于消防栓接口处采用可拆卸设计，当需要用水时可十分方便快捷的卸下，用水结束后可快速安装且由太阳能供电，进行24小时漏水监测。
(1)关于消防栓漏水时的水动力分析。该设计中含有竖直排水管口以排除使用消防栓后消防栓正常漏少量水时诱发错误报警的情况。由于人数小于10000人的区域，最小消防水量是0.01m3/s，人数在1-2.5万人之间的区域，最小消防水量是0.015m3/s，根据连续方程以及能量方程(z表示高度、位置水头，p为断面压强，hw为水头损失，v为断面水流流速，g为重力加速度，α为修正系数，ρ为液体密度)计算得出增设直径为1.8cm泄流管道。当所述溢流管道漏水流量大于1.0×10-4m3/s时即为漏水状态，以排除使用消防栓后消防栓正常漏少量水时诱发错误报警的情况。
(2)漏水信号转换与处理。当管道漏水流量大于1.0×10-4m3/s时，水将积蓄至感应区2，触发湿度感应器，继而使得功能区3开始工作向控制室发送信号。当装置中积蓄的水触及水浸传感器的感湿膜时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，水浸传感器输入一个脉冲信号给ZigBee节点，由ZigBee节点发送到控制中心ZigBee协调器，ZigBee协调器通过单片机利用局域网发送数据至APP客户端以实现远程报警功能。同时，本发明通过对每个装置进行编号，以实现定位功能，该作品中还通过设计单片机控制蜂鸣器装置，实现近距离报警。
(3)为运行提供电力的电源控制模块是蓄电池直接供电太阳能电板充电的方式，实现对装置全天候的功能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.消防栓漏水监测系统，其特征在于：包括传感器模块、控制模块、通信模块以及电源模块；所述传感器模块、通信模块和所述电源模块集成为消防栓漏水监测及自动定位报警装置，所述消防栓漏水监测装置可拆卸安装在消防栓接口处；
所述传感器模块为液位传感器，所述液位传感器安装在距离装置与消防栓接口设定距离处；在所述消防栓漏水监测装置下方靠近所述消防栓接口处设有溢流管道；
所述控制模块为ZigBee协调器，所述ZigBee协调器与所述液位传感器通过通信连接；所述液位传感器将漏水信息及所述消防栓编号通过通信模块发送至所述ZigBee协调器；所述ZigBee协调器通过通信模块将漏水信息及所述消防栓编号发送至单片机中，再由单片机将信息打包发送至智能终端；
所述电源模块为锂电池，为所述传感器模块及通信模块供电。
2.根据权利要求1所述的消防栓漏水监测系统，其特征在于：所述设定距离为8cm。
3.根据权利要求1所述的消防栓漏水监测系统，其特征在于：所述液位传感器为水浸感应器，所述水浸感应器为湿敏电阻。
4.根据权利要求1所述的消防栓漏水监测系统，其特征在于：所述溢流管道为直径为1.8cm的泄流管道，当溢流管道漏水流量大于1.0×10-4m3/s时为漏水状态。
5.根据权利要求1所述的消防栓漏水监测系统，其特征在于：所述通信模块包括ZigBee节点和WiFi模块。
6.根据权利要求1所述的消防栓漏水监测系统，其特征在于：在所述消防栓漏水监测装置上方设有太阳能板，所述太阳能板与所述锂电池连接，并为所述锂电池充电。
7.根据权利要求1所述的消防栓漏水监测系统，其特征在于：与所述液位传感器连接有报警装置，所述报警装置为蜂鸣器装置。
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