CN109876350B - 一种对消防栓状态进行监控的电子监控器 - Google Patents
一种对消防栓状态进行监控的电子监控器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种对消防栓状态进行监控的电子监控器，包括其硬件结构和相应的运行模块。该电子监控器与消防栓安装在一起，通过传感器对消防栓的水压、用水等信息进行监测，一旦发现消防栓处于缺水或水压不足、用水或漏水、电源电量不足等情况，通过网络通信模块实时地将此情况报告给远程控制终端；还提供通信测试等辅助功能，帮助用户实现数据校准和无线通信盲区规避；此外不要求各监控器时间同步，也能协助实现时间的统一化。本发明的传感器简单，计算需求低，配置要求低，价格便宜有竞争力；安装简单，方便与消防栓联合生产。运行模块可以事件驱动的形式实现，省电效果好；通信采用事件触发、监控器发起的模式，问题发现及时，省电，省通信流量。
Description
技术领域
本发明涉及电子监控设备领域，特别涉及一种对消防栓状态进行监控的电子监控器。
背景技术
让消防(火)栓在无人值守情况下，自动发现问题、报告问题，使得传统消防栓具有某种“智慧”能力，一直是人们追求的目标。特别是，一方面，当今社会消防栓损坏、偷盗消防水等问题日益严重；另一方面，消防栓缺水、水压不够等虚设问题在争分夺秒的救火中带来不可挽回损失的惨痛教训事件也层出不穷。如果借助人力巡检的方式来发现和预防者这些情况，具有成本高、反应慢(不及时)、漏检漏报等突出问题，特别是当消防栓数量越来越多、分布越来越广、部署越来越散的情况下，人力巡检的方式越来越难以为继。人们对消防栓的需求变得越来越渴望和迫不及待。
在技术上，现代嵌入式计算机系统、无线广域网(典型的如无线蜂窝移动网)和物联网技术迅速发展，成本也逐渐大众化。可以说，基于电子控制板实现对消防栓的智能监控，在技术上、大规模应用上等方面，已经具备稳固的基础。
本发明的方案便是针对上述问题对现有消防栓进行的改进。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种对消防栓状态进行监控的电子监控器，解决在无人值守情况下，完成对各消防栓的随时随地的、无盲区的、从头至尾无遗漏全程的实时智能监控，帮助防止出现缺水、欠(水)压、盗漏水、无知于用水量等问题的安全消防栓部署。
为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：
本发明公开了一种对消防栓状态进行监控的电子监控器，与消防栓安装在一起，用于对消防栓的水压、用水信息进行实时监测，包括阀门前水压传感器、浸水传感器、微处理器和电源，其中：
所述阀门前水压传感器安装在消防栓供水管同水压的位置，用于将检测到的水压转换为一个模拟电压量并输出至所述微处理器；
所述浸水传感器安装在消防栓的出水口端，用于输出一个开关电压量至所述微处理器；
所述微处理器与所述阀门前水压传感器、浸水传感器和电源电性连接，并与外部的远程监控终端通过所述电子监控器内置的网络通信模块进行无线连接，用于：
通过所述阀门前水压传感器读取消防栓供水管的水压值；
通过所述水浸传感器感知消防栓阀门是否打开；
通过所述电源获知供电电压；
通过所述电子监控器内置的网络通信模块与外部的远程监控终端实现数据通信；
所述电源模块与所述微处理器电性连接，用于提供所述电子监控器的工作电源。
进一步的，所述电子监控器还包括阀门后水压传感器或流量传感器，所述阀门后水压传感器或流量传感器安装在消防栓的出水口端，用于将检测的水压或流量转换为一个模拟电压量输送至所述微处理器，使得所述微处理器感知消防栓阀门打开后的实际水压或流量；
进一步的，所述电子监控器还包括测试按钮，所述测试按钮与所述微处理器连接，用于电子监控系统的通信测试。
进一步的，所述微处理器包括处理器芯片、RAM、ROM、至少5个定时器，以及如下接口：3个A/D输入口、2个数字输入口或外部中断口、1个数字通信接口和若干数字输出口，其中：
所述阀门前水压传感器的输出引脚连接所述微处理器的第一A/D口；
所述水浸传感器的输出引脚连接所述微处理器的第一数字输入口或者第一外部中断口；
所述阀门后水压传感器或流量传感器的输出引脚连接所述微处理器的第二A/D口；
所述电源模块除了连接所述微处理器、阀门前水压传感器、浸水传感器、阀门后水压传感器或流量传感器的电源引脚外，还同时连接所述微处理器的的第三A/D口；
所述网络通信模块连接所述微处理器的数字通信接口；
所述按钮开关连接所述微处理器的第二数字输入口或者第二外部中断口。
进一步的，所述微处理器还包括消防栓缺水和水压不足的发现与处理模块、消防栓用水和漏水的发现与处理模块、电源电量不足的发现与处理模块、通信测试处理模块与重启系统处理模块五个运行模块，上述五个运行模块以软件程序的方式固化在所述微处理器的ROM中，并由所述微处理器负责执行。
进一步的，所述消防栓缺水和水压不足的发现与处理模块，用以：
电子监控系统通过对应的第一A/D口持续读取所述阀门前水压传感器的水压值，然后与指定阈值进行比较；
当水压值低于指定阈值时，电子监控器将消防栓身份编号、发现时刻的数据进行打包，并通过所述网络通信模块向所述远程监控终端发消息报告紧急情况的发生；
当水压值恢复到指定阈值之上时，电子监控器将消防栓身份编号、检测时刻的数据进行打包，并通过所述网络通信模块向所述远程监控终端发消息报告紧急情况的解除。
进一步的，所述消防栓用水和漏水的发现与处理模块，用以：
当所述水浸传感器发现有水时，电子监控系统则判断消防栓在用水或者漏水，电子监控器将消防栓身份编号、从阀门后水压传感器或水流传感器连接的对应的第二A/D口读取的流量数据、发现时刻的数据进行打包，并通过所述网络通信模块向所述远程监控终端发消息报告紧急情况的发生；
当流量数据变化时，电子监控器将新流量值连同测量时间通过所述网络通信模块向所述远程监控终端再次报告；
当所述水浸传感器发现无水时，电子监控系统则判断消防栓在用水或者漏水结束，电子监控器将消防栓身份编号、检测时刻的数据进行打包，并通过所述网络通信模块向所述远程监控终端发消息报告紧急情况的解除。
进一步的，所述电源电量不足的发现与处理模块，用以：
电子监控系统通过对应的第三A/D口持续读取电源的电压，然后与低电量对应的电压阈值进行比较；
当电压值低于指定阈值时，电子监控系统则判断电源电量不足，电子监控器将消防栓身份编号和电量的数据进行打包，并通过所述网络通信模块向所述远程监控终端发消息报告紧急情况的发生；
当电压值恢复到指定阈值之上时，电子监控系统则判断电源充足，电子监控器将消防栓身份编号、检测时刻的数据进行打包，并通过所述网络通信模块向所述远程监控终端发消息报告紧急情况的解除。
进一步的，所述通信测试处理模块，用以：
当用户按下所述测试按钮时，电子监控系统会将所述阀门前水压传感器、浸水传感器、阀门后水压传感器或流量传感器的测试值，连同消防栓身份编号、事件发生时刻的数据进行打包，并通过所述网络通信模块向所述远程监控终端发消息进行报告。
进一步的，所述重启系统处理模块，用以：
当电源接通或者用户按下Reset按钮时，直接触发电子监控系统重启，电子监控系统会将消防栓身份编号、系统时间和其他系统数据进行打包，并通过所述网络通信模块向所述远程监控终端发消息进行报告。
本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
本发明提供一种对消防栓状态进行监控的电子监控器，将电子监控器与消防(火)栓安装在一起，通过各传感器对消防栓的水压、用水等信息进行监测，用相应的运行模块实现如下功能：
①发现消防栓是否处于缺水或水压不足、用水或漏水、电源电量不足等紧急情况，通过其配置的网络通信(典型的如无线蜂窝移动网络)模块立即将此情况报告给与之配合的远程监控终端(如后台服务器或前端用户)，从而让用户和远程监控终端能第一时间掌握消防栓水压的全部情况，无论是缺水、水压过低，还是水压恢复到正常；第一时间掌握消防栓的用水、漏水情况，得知消防栓的各时刻和累计用水量；能第一时间掌握消防栓监控器电源(电池)使用的全程情况，包括电量过低到恢复正常的整套过程。
②提供通信测试等辅助功能，从而帮助用户和远程监控终端实现检测数据校准(即让电子监控器检测的数据与实际数据完全一致)和无线通信盲区的规避(即避开无线通信盲区)。
③不要求各电子监控器有永不断电的时钟，不限制其重启次数，不要求其时间(参考时刻)一样的条件下，能在远程监控终端实现时间的统一化(即让检测器报告的消息时间戳校准为全网络系统统一的时间)。
本发明在硬件上只要借助阀门前水压传感器，浸水传感器，可选的阀门后水压或者水流(量)传感器以及低计算需求的微处理器便可实现以上功能，配置低，价格便宜便于大规模部署；且各传感器均可以通过在消防栓管壁开孔来实现安装，安装简单方便，与消防栓联合生产也方便。
本发明的运行模块采用事件驱动的模式，拥有很好的省电的效果；通信采用事件触发、监控器发起的模式，既保证了问题发现的实时性又有很好的省电、省通信流量的效果。
最终，借助本发明的电子监控器，在无人值守情况下，完成对各消防栓的随时随地的、无盲区的、从头至尾无遗漏全程的实时智能监控，帮助防止出现缺水、欠(水)压、盗漏水、无知于用水量等问题的安全消防栓部署，放心各消防栓的使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：
图1是本发明一种对消防栓状态进行监控的电子监控器的安装示意图；
图2是本发明一种对消防栓状态进行监控的电子监控器的电路结构示意图；
图3是本发明一种对消防栓状态进行监控的电子监控器中消防栓缺水和水压不足的发现与处理模块之初始化过程示意图；
图4是本发明一种对消防栓状态进行监控的电子监控器中消防栓缺水和水压不足的发现与处理模块之事件响应过程示意图；
图5是本发明一种对消防栓状态进行监控的电子监控器中数据通信之重发过程示意图；
图6是本发明一种对消防栓状态进行监控的电子监控器中消防栓用水和漏水发现与处理模块图；
图7是本发明一种对消防栓状态进行监控的电子监控器中待发数据队列重发过程示意图；
图8是本发明一种对消防栓状态进行监控的电子监控器中通信测试处理模块过程示意图。
具体实施方式
以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明公开了一种对消防栓状态进行监控的电子监控器，与消防栓安装在一起，用于对消防栓的水压、用水信息进行实时监测，包括阀门前水压传感器、浸水传感器、微处理器和电源，其中：
所述阀门前水压传感器安装在消防栓供水管同水压的位置，用于将检测到的水压转换为一个模拟电压量并输出至所述微处理器；本实施例中，如果消防栓有阀门的话，所述供水管同水压的位置，是指阀门前水压传感器必须安装在该阀门之前(按照来水方向)。
所述浸水传感器，又称水浸传感器，安装在消防栓的出水口端，用于输出一个开关电压量至所述微处理器；本实施例中，当所述浸水传感器触点有水时，输出一个信号，当所述浸水传感器触点无水时，输出一个反信号。如果消防栓有阀门的话，所述出水口端是指必须安装在该阀门之后(按照来水方向)。
所述微处理器与所述阀门前水压传感器、浸水传感器和电源电性连接，并与外部的远程监控终端通过所述电子监控器内置的网络通信模块进行无线连接，用于：
通过所述阀门前水压传感器读取消防栓供水管的水压值；
通过所述水浸传感器感知消防栓阀门是否打开；
通过所述电源获知供电电压；
通过所述电子监控器内置的网络通信模块与外部的远程监控终端实现数据通信；
本实施例中，所述网络通信模块能连接互联网，一般采用无线蜂窝移动网络功能模块来实现，可选用的制式例如GSM(2G，Global System for Mobile Communication)、GPRS(2.5G，General Packet Radio Service)、3G、4G和NB-IoT(Narrow Band Internet ofThings，窄带物联网)等等。所述远程监控终端可以采用智能电脑、IPAD、智能手机、台式机等终端设备。
所述电源模块与所述微处理器电性连接，用于提供所述电子监控器的工作电源，建议采用电池或者带太阳能充电装置的电池。
进一步的，所述电子监控器还包括阀门后水压传感器或流量传感器，所述阀门后水压传感器或流量传感器安装在消防栓的出水口端，用于将检测的水压或流量转换为一个模拟电压量输送至所述微处理器，使得所述微处理器通过选装的阀门后水压传感器或流量传感器感知消防栓阀门打开后的实际水压或流量；本实施例中，所述阀门后水压传感器或流量传感器可进行选装，用户如果需要精度较高的用水量信息，则应安装该水压传感器；需要精度最高的用水量信息则需安装该流量传感器。
进一步的，所述电子监控器还包括测试按钮，所述测试按钮与所述微处理器连接，用于电子监控系统的通信测试。
在本实施例中，采用SS100/65-1.6型地上式消防栓为例来说明，电子监控器安装方式如图1所示，所述电子监控器使用了1个阀门前水压传感器、1个水浸传感器和1个流量传感器。在消防栓的侧壁开了3个孔，用于放入各个传感器。第一个孔(图示D1)开在阀座下面(与进水管连接方向)的位置，安装阀门前水压传感器。第二个孔(图示D2)开在阀座上且在自泄阀孔(图示F1)之上的位置，安装水浸传感器。第三个孔(图示D3)开在浸在阀座上并在各取水口(图示F2)之下的位置，安装流量传感器。
本例采用意法半导体公司的STM32F103系列SoC(System on Chip，片上系统)作为微处理器。该处理器在一块芯片上集成ARMv7架构的32位Cortex-M3微控制器内核，若干RAM(最大64K)和Flash类型的ROM(容量16K～512K)，还有2个USART(Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter，通用同步/异步串行接发器)等(数字)通信接口，拥有2个ADC(模拟-数字转换器)支持12位精度的10个以上通道的模拟数字转换，支持19个外部中断/事件请求，以及高达51个数字输入/输出口(其中某些口与其他功能引脚复用)，此外芯片还集成了8个独立的定时器，其性能满足监控器的工作要求。
本例实现网络通信功能的模块采用的是支持无线蜂窝移动网络通信的SIM800A芯片，该芯片是支持GSM/GPRS双模式通信，采用UART数据通信接口，可通过AT系列指令来实现基于TCP/IP协议的计算机网络连接，其性能满足本例的需求。本例就是采用基于TCP/IP的协议来实现与远程监控终端的通信。
本例电源采用4V的电池来供电。
进一步的，所述微处理器包括处理器芯片、RAM(Random Access Memory，随机存储器)、ROM(Read Only Memory，只读存储器)、至少5个定时器，以及如下接口：3个A/D(模拟数字转换)输入(读取)口(引脚)、2个数字(开关量)输入(读取)口(引脚)或外部中断口、1个数字通信接口(如UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)、I2C、SPI等)和若干数字输出口(引脚)，硬件各模块的组织(连接)方式如下：
所述阀门前水压传感器的输出引脚连接所述微处理器的第一A/D口；
所述水浸传感器的输出引脚连接所述微处理器的第一数字输入口或者第一外部中断口；
所述阀门后水压传感器或流量传感器的输出引脚连接所述微处理器的第二A/D口；
所述电源模块除了连接所述微处理器、阀门前水压传感器、浸水传感器、阀门后水压传感器或流量传感器的电源引脚(如Vcc和Gnd引脚)外，还同时连接所述微处理器的的第三A/D口；
所述网络通信模块连接所述微处理器的数字通信接口；
所述按钮开关连接所述微处理器的第二数字输入口或者第二外部中断口。
本实施例中的电子监控器电路模块组织连接方式的示意图如图2所示，水浸传感器(图示D2)和测试按钮(图示B1)分别连接微处理器(图示MCU)的两位外部中断口EXTI1和EXTI2。水浸传感器还同时连接处理器的某个数字输入口(本例是1号I/O引脚，该引脚做输入用)。水压传感器、流量传感器、电源(图示P)(的正电压端)经过一定的EMC线路变成为最大不超过3.6V的值后分别连接微处理器的A/D输入通道1、2、3口。而GPRS模块的数据通信口与处理器的第1个USART口连接，其中GPRS的Rx、Tx脚需要与处理器反接一下(即GPRS的Rx、Tx脚分别连接处理器的Tx、Rx脚)。此外，本实施例中安排了一个重启复位按钮，其连接处理器的BOOT口。为了便于与用户交互，本实施例在监控器面板上安装了一个LED(Light-Emitting Diode，发光二极管)的小灯，用于显示一些方法的执行结果。本例让其连接2号I/O引脚，该引脚做输出用。
进一步的，所述微处理器还包括消防栓缺水和水压不足的发现与处理模块、消防栓用水和漏水的发现与处理模块、电源电量不足的发现与处理模块、通信测试处理模块与重启系统处理模块五个运行模块，上述五个运行模块以软件程序的方式固化在所述微处理器的ROM中，并由所述微处理器负责执行。
具体的，所述消防栓缺水和水压不足的发现与处理模块，用以：
电子监控系统通过对应的第一A/D口持续读取所述阀门前水压传感器的水压值，然后与指定阈值进行比较；
当水压值低于指定阈值时，电子监控器将消防栓身份编号、发现时刻的数据进行打包，并通过所述网络通信模块向所述远程监控终端发消息报告紧急情况的发生；
当水压值恢复到指定阈值之上时，电子监控器将消防栓身份编号、检测时刻的数据进行打包，并通过所述网络通信模块向所述远程监控终端发消息报告紧急情况的解除。
通过此发现与处理模块，远程监控终端能第一时间掌握消防栓的水压的全部情况，无论是缺水、水压过低，还是水压恢复到正常。
具体操作中，此情况(消防栓缺水和水压不足)的处理逻辑采用基于事件驱动的处理方式，包括初始化过程和事件响应过程等部分，其中初始化过程可以在系统启动时由系统启动过程调用，而事件响应过程为缺欠水处理过程，在其对应事件发生时触发执行。
1.1、(缺欠水)初始化过程，如图3所示，其运行步骤如下：
1.将1号定时器设为循环定时模式，并将定时时长设为轮询时间间隔。
2.将定时器时间到事件的处理函数设置为本情况处理逻辑的第2个部分——缺欠水事件响应过程。
3.将缺欠水(变量)标志设置为“假”。
4.启动1号定时器。
1.2、缺欠水事件响应处理过程，如图4所示，其运行步骤如下：
1.通过水压传感器连接的A/D通道(本例是A/D通道1)读取水压值，与指定阈值比较。
2.如果小于，则继续做下面步骤；否则跳转到第7步。
3.判断缺欠水标志是否为真。如果为真，则结束本过程；否则继续做下一步。
4.将水压值，连同自己身份编号、发现时刻、缺欠水紧急情况发生标志等数据打包，通过网络通信模块向远程监控终端发送此消息。
5.如果发送成功，则做下一步；否则指定重试次数来重发数据包。
6.如果上一步返回值为成功，则缺欠水标志设为真，结束本过程；否则跳过设置缺欠水标志，直接结束本过程。
7.判断缺欠水标志是否为真。如果不为真，则结束本过程；否则继续做下一步。
8.将水压值，连同自己身份编号、发现时刻、缺欠水紧急情况解除标志等数据打包，通过网络通信模块向远程监控终端发送此消息。
9.如果发送成功，则做下一步；否则指定重试次数来重发数据包。
10.如果上一步返回值为成功，则缺欠水标志设为假，结束本过程；否则跳过设置缺欠水标志，直接结束本过程。
要说明的是，缺欠水标志是初始化过程和事件响应处理过程共享的标志(变量)。
1.3、上述缺欠水事件响应处理过程中关于指定重试次数来数据包重发过程可以以函数的形式来实现，其中重试参数为参数，返回值为发送结果——成功或失败。其运行步骤如图5所示，说明如下：
1.将重试次数设置为某初始值——此值代表数据发送最大重试次数，本例是为函数的实际参数值。
2.然后将数据包交给通信模块发送。
3.如果发送成功，则返回成功标志，结束此过程；否则继续做下一步。
4.将重试次数减一。
5.如果重试次数小于等于0，则返回失败标志，结束此过程；否则继续做下一步。
6.休眠一段时间，然后跳转到第2步。
具体的，所述消防栓用水和漏水的发现与处理模块，用以：
当所述水浸传感器发现有水时，电子监控系统则判断消防栓在用水或者漏水，电子监控器将消防栓身份编号、从阀门后水压传感器或水流传感器连接的对应的第二A/D口读取的流量数据、发现时刻的数据进行打包，并通过所述网络通信模块向所述远程监控终端发消息报告紧急情况的发生；
当流量数据变化时，电子监控器将新流量值连同测量时间通过所述网络通信模块向所述远程监控终端再次报告；
当所述水浸传感器发现无水时，电子监控系统则判断消防栓在用水或者漏水结束，电子监控器将消防栓身份编号、检测时刻的数据进行打包，并通过所述网络通信模块向所述远程监控终端发消息报告紧急情况的解除。
通过此发现与处理模块，远程监控终端不仅能第一时间掌握消防栓的用水、漏水情况，还能根据从开始时刻到结束时刻阶段中各时刻报告的流量值，可累计计算得到该消防栓的用水量。
在上述(紧急)情况的处理中，如果没有安装流量传感器，而是只安装了阀门后水压传感器，则流量值按照如下公式来计算：
其中，ΔP0为参考阀门前后压力差，单位为压强单位；Q0为参考阀门前后压力差对应流量值；PB、PA为消防栓阀门前、后的压强，分别从阀门前水压传感器、阀门后水压传感器读取到。上述公式中参考阀门前后压力差，参考流量值一般可以在消防栓出厂前测得。
如果连阀门后水压传感器也没安装，则上述公式中消防栓阀门后的压强值PA为一个固定值，其值可以取在消防栓出厂前的多次使用时所测得的量的平均值。
在上述过程中，电子监控系统以一定频率读取水压传感器或流量传感器的值，与上一次记录的值比较后，来发现流量是否发生变化。
具体操作中，此情况(消防栓用水和漏水)的处理包括初始化过程和事件响应过程等部分，其中初始化过程可以在系统启动时由系统启动过程调用，而事件响应过程为缺欠水处理过程，在其对应事件发生时触发执行。
2.1、(用漏水)初始化过程，其运行步骤具体如下：
1.将连接水浸传感器的(外部)中断(本例是第2号中断)设置为对应(用漏水)事件的触发。
2.将重发定时器(本例是使用定时器2)设置为循环定时模式，并设置时长为某时间长。
3.将定时器时间到事件处理函数设置为数据队列重发过程。
4.启动定时器。
2.2、用漏水事件响应处理过程，如图6所示，其运行步骤如下：
1.通过流量传感器连接的A/D通道(本例是通道2)读取(水)流量值。
2.将(瞬间)流量值，连同自己身份编号、发现时刻、用漏水紧急情况发生标志等数据打包，通过网络通信模块向远程监控终端发送此消息。
3.如果发送成功，则直接做下一步；否则，将数据包保存进待重发数据包队列中，继续下一步。
4.将当前流量记录进前一个流量值中。
5.休眠指定时间间隔。
6.通过对应的数字输入口(本例是第1号I/O数据口)来查询水浸传感器是否有水。如果无水，则跳转第12步；否则执行下一步。
7.通过对应A/D通道(本例是通道2)读取获得当前(水)流量值。
8.将当前流量值与前一个流量值比较，如果相等，则跳转到第5步；否则做下一步。
9.将(瞬间)流量值，连同自己身份编号、发现时刻、用漏水紧急情况进行中标志等数据打包，通过网络通信模块向远程监控终端发送此消息。
10.如果发送成功，则直接做下一步；否则，将数据包保存进待重发数据包队列中，继续下一步。
11.将当前流量记录进前一个流量值中。跳转到第5步。
12.将自己身份编号、发现时刻、用漏水紧急情况解除标志等数据打包，通过网络通信模块向远程监控终端发送此消息。
13.如果发送成功，则结束此过程；否则，将数据包保存进待重发数据包队列中，再结束此过程。
2.3、在上述用漏水事件响应处理过程涉及到一个待发数据队列重发的过程。此过程是独立运行的运行，可以由于重发定时器来启动，也可以由操作系统空闲状态事件(如idle事件)来触发。本例选择了由重发定时器来触发，其初始设置工作已在上述用漏水事件初始化过程中完成。该过程功能很简单，就是将待发数据包队列中的数据包一一取出发送，如图7所示。其运行模块具体说明如下：
1.查询待发数据包队列中是否数据。如果无数据，则直接结束此过程；否则做下一步。
2.从队列头中取出一个数据包，通过网络通信模块向远程监控终端发送该消息。
3.如果发送成功，则跳转到第1步；否则，结束本过程。
从上述逻辑描述中可知，如果网络状态还不好——即发送失败，则放弃本次发送，等待下一次重试；如果网络状态好，则一口气把队列中的数据包全部发送完。
具体的，所述电源电量不足的发现与处理模块，用以：
电子监控系统通过对应的第三A/D口持续读取电源的电压，然后与低电量对应的电压阈值进行比较；
当电压值低于指定阈值时，电子监控系统则判断电源电量不足，电子监控器将消防栓身份编号和电量的数据进行打包，并通过所述网络通信模块向所述远程监控终端发消息报告紧急情况的发生；
当电压值恢复到指定阈值之上时，电子监控系统则判断电源充足，电子监控器将消防栓身份编号、检测时刻的数据进行打包，并通过所述网络通信模块向所述远程监控终端发消息报告紧急情况的解除。
通过此发现与处理模块，远程监控终端能第一时间掌握消防栓监控器电池使用的全程情况，包括电量过低到恢复正常的整套过程，这样及时予以处理或提前加以防范。
具体操作中，此情况(电源电量不足)的处理与消防栓缺水和水压不足处理类似，也包括初始化过程和事件响应过程等部分，其中初始化过程可以在系统启动时由系统启动过程调用，而事件响应过程为电池电量不足处理过程，在其对应事件发生时触发执行。
3.1、(欠电)初始化过程，其运行步骤如下：
1.将某定时器(本例是3号定时器)设为循环定时模式，并将定时时长设为轮询时间间隔。
2.将定时器时间到事件的处理函数设置为本情况处理逻辑的第2个部分——电池电量不足事件响应过程。
3.将欠电(变量)标志设置为“假”
4.启动定时器。
3.2、欠电事件响应处理过程，其运行步骤如下：
1.通过电源电压连接的A/D通道(本例是通道3)读取电压值。与指定阈值比较。
2.如果小于，则继续做下面步骤；否则跳转到第7步。
3.判断欠电标志是否为真。如果为真，则结束本过程；否则继续做下一步。
4.将电压值(或者电压值与峰值电压的百分比)，连同自己身份编号、发现时刻、电量不足紧急情况发生标志等数据打包，通过网络通信模块向远程监控终端发送此消息。
5.如果发送成功，则做下一步；否则指定重试次数来重发数据包。
6.如果上一步返回值为成功，则欠电标志设为真，结束本过程；否则跳过设置欠电标志，直接结束本过程。
7.判断欠电标志是否为真。如果不为真，则结束本过程；否则继续做下一步。
8.将电压值(或者电压值与峰值电压的百分比)，连同自己身份编号、发现时刻、电量不足紧急情况解除标志等数据打包，通过网络通信模块向远程监控终端发送此消息。
9.如果发送成功，则做下一步；否则指定重试次数来重发数据包。
10.如果上一步返回值为成功，则欠电标志设为假，结束本过程；否则跳过设置欠电标志，直接结束本过程。
要说明的是，上述欠电标志是初始化过程和事件响应处理过程共享的标志(变量)。
3.3、上述缺电事件响应处理过程中关于指定重试次数来数据包重发过程，与方法1.3——消防栓缺水和水压不足情况处理的数据通信重发过程——是一样。两者共享一种过程。
具体的，所述通信测试处理模块，用以：
当用户按下所述测试按钮时，电子监控系统会将所述阀门前水压传感器、浸水传感器、阀门后水压传感器或流量传感器的测试值，连同消防栓身份编号、事件发生时刻的数据进行打包，并通过所述网络通信模块向所述远程监控终端发消息进行报告。
本实施例中，远程监控终端会接收此数据并展示给用户看；如果远程监控终端没有收到消息，说明通信失败，这时电子监控器多半处于通信盲区中。通过此方法，用户至少可以实现两大功能：一是数据校准：用户可以比较实地测得的数据值和远程监控终端接收的数据值，如果不一致，或者可以调整传感器参数(例如调节与之关联的旋钮开关/电位器)直至其检测值与实际值一致，或者让远程监控终端记录此差值，在后续收到的(消息)数据中减去此差值再记录进系统，从而实现检测数据的校准；二是完成通信盲区和问题的规避：只有远程监控终端收到了数据才认为通信没有问题，否则需要调整网络通信模块的参数和位置(例如对于无线蜂窝移动网络通信模块，需要调整其天线位置和方向)，直到没有问题为止。
具体操作中，此情况(通信测试)的处理包括初始化过程和(按钮按下)事件响应过程等部分，其中初始化过程可以在系统启动时由系统启动过程调用，而事件响应过程为缺欠水处理过程，在其对应事件发生时触发执行。
4.1、(通信测试)初始化过程很简单，其运行步骤只有一步就是：测试按钮按下事件(本例对应第2号中断)响应函数设为通信测试过程。
4.2、通信测试(按钮按下)事件响应处理过程，如图8所示，其运行步骤如下：
1.通过对应A/D通道和数字I/O口读取各传感器的值。
2.将各个传感器值，连同自己身份编号、读取时刻(即时间戳)、通信测试标志等数据打包。
3.将数据包交给网络通信模块发送(给远程监控终端)。
4.如果发送成功，则返回成功并结束本过程；否则，做下一步。
5.在LED连接的I/O口(本例是2号I/O引脚)产生一串脉冲方波信号，让此灯闪烁。
6.返回失败并结束本过程。
在上述方法中，通信成功的话，远程监控终端会接收报告的消息，用户如果携带了与远程监控终端协同工作的手机等移动设备的话，可以现场看到报告的消息，从而可以进行数据校对等进一步的工作。如果通信失败的话，一方面用户手机上看不到报告的消息，另一方面，监控器面板上的LED等会闪烁予以提示。这样用户必须调整天线位置和方向，重复以上过程，直到通信成功为止。
具体的，所述重启系统处理模块，用以：
当电源接通或者用户按下Reset按钮时，直接触发电子监控系统重启，电子监控系统会将消防栓身份编号、系统时间和其他系统数据进行打包，并通过所述网络通信模块向所述远程监控终端发消息进行报告。
此情况(重启系统)是系统启动后自动执行的运行。远程监控终端收到该重启消息，会将消息包所示的(电子监控器的)时间与自己时间进行对比，得知两者的(时间)差，从而在后续收到消息时，将消息中时间(戳)加上此时间差转换为远程监控终端统一的时间。换句话说，实现了各电子监控器时间在后端的统一校准。
以上方法的实现，不要求各电子监控器有永不断电的时钟，不限制其重启次数，也不要求其时间(参考时刻)一样(即各电子监控器可以使用自己的时间和日历，互相独立)。
具体操作中，此情况(重启系统)的处理逻辑过程可以以函数的形式来实现，由系统启动后初始运行程序来调用运行。对于没有操作系统支持的监控器，可以放在bootloader之后调用来运行。
该过程的运行步骤很简单，其运行步骤具体如下：
1.将自己身份编号、连同系统当前时间，系统重启标志，以及一些其他数据(如读取到的传感器)数据打包。
2.将数据包交给网络通信模块发送(给远程监控终端)。
3.如果发送成功，在面板上提示成功(例如在LED连接的I/O口产生一串脉冲方波信号，让此灯闪烁)，则结束本过程；否则，返回失败，结束此过程。
上述发现与处理模块中，所有运行模块中都需要向远程监控终端发送数据包消息。为了让远程监控终端知道是不同情况下发来的消息，监控器发送的数据包中都有一个标志字段来表明该消息的类型。该标志字段不仅标志该消息来自那种情况，而且还说明了处于该情况的哪个环节，例如对于消防栓用水和漏水这一情况的消息，其标志值可分别取：漏水紧急情况发生、用漏水紧急情况进行中、用漏水紧急情况解除等三种值，而对于消防栓缺水和水压不足这一情况的消息，其标志值可分别取：缺欠水紧急情况发生、缺欠水紧急情况解除等两种。这样，结合各消息(生成时)的时间戳，远程监控终端不仅第一时间知道消防栓发生什么情况，而且还记录情况发生、进行到结束的全过程，实现对消防栓现场情况的全方位全景式的实时了解与掌控。
此外，在上述发现与处理模块中，都涉及到一个模拟量的持续读取并比较的问题，如所述消防栓缺水和水压不足的发现与处理模块中的水压处理以及所述电源电量不足的发现与处理模块中的电压处理等。对此，本发明有两种处理方式，一种是软件处理的方式，一种是硬件处理的方式。
软件方式是指，运行在微处理器中的相应程序以一定频率查询对应A/D口上的模拟值，然后与指定阈值比较，根据比较结果再触发相应的后续处理工作。
硬件方式是借助比较器来完成的。比较器的一个输入口(脚)连接欲读取的模拟值对应A/D口，另一个输入口(脚)连接处理器的D/A(Digital-to-Analog)口，比较器输出端连接处理器的一个外部中断口。注，必须确保比较器小于输出来触发中断有效，如果不是，则在中间添加一个反相器。此模式中，先让软件将上述D/A口设置为指定阈值，然后对应外部中断响应例程(ISR)中获得其比较结果做相应的后续处理工作。
软件方式的第一步是要以一定频率查询对应A/D口上的模拟值，这即所谓的轮询(poll)。轮询会带来功率的大量消耗，本发明没有采用此方式，而是采用定时器或让轮询循环中的每次查询处理前/后睡眠一定时间再执行的方式来解决，其中后者需要有操作系统提供多任务和任务睡眠功能的支持。所谓定时器解决方案是指首先设定某定时器的循环定时模式，并让定时时长为轮询的时间间隔，然后让时间到的中断(或事件)来触发模拟量的读取以及指定阈值的比较等工作。这种两种方案将轮询方式改为了直接和间接的事件驱动方式，既实现了轮询的功能，又比轮询节省大量的电能消耗。
在上述发现与处理模块中，还涉及到一个数字(开关)量持续读取的问题，即所述消防栓用水和漏水的发现与处理模块中，对水浸传感器引脚开关量(即有无水)的持续读取的问题。对此，本发明有两种处理方式，一种是软件处理的方式，一种是硬件处理的方式。
硬件方式是指将该传感器引脚与一个外部中断口连接，将处理工作放在该中断服务例程中或由该中断服务例程调用触发。
软件方式与模拟量的持续读取并比较软件处理方式类似，运行在处理器中的相应程序以一定频率轮询对应A/D口上的开关值，然后根据此开关值再触发相应的后续处理工作。同样，这里的轮询采用定时器或让轮询循环中的每次查询处理前/后睡眠一定时间再执行的方式来解决，其中后者同样需要有操作系统提供多任务和任务睡眠功能的支持。所谓定时器解决方案，同样，首先设定某定时器的循环定时模式，并让定时时长为轮询的时间间隔，然后让时间到的中断(或事件)来触发对对应数字口的读取，然后根据读取到的值(即真/假布尔量)来决定后面的处理工作。
同样，数字(开关)量持续读取的这两种实现方式也都没有真正的轮询，都是以事件驱动的方式来实现，也都属于功耗节省的方法。
从上面的方法描述中可知，本发明所有运行模块的通信过程都是由监控器的首先发起的。为了完成双方的通信，远程监控终端必须在24小时在线。本发明中，通信发起的时刻由电子监控器完全控制，这样电子监控器自己完全掌控让网络通信模块何时处于通信(工作)状态，何时处于休眠状态，从而达到很好的节省电量(因为网络通信模块处于通信状态的耗电量远远超过休眠状态)和通信流量(无需用耗费流量的心跳包来维持通信的连接)的效果。此外，在上述方法描述中可以看到，紧急情况的发现和(向远程监控终端)报告的处理都是立即的，这样可以保证问题发现的实时性。
借助远程监控终端对每个电子监控器的时间校准，各电子监控器可以使用自己独立时间，还可以重启多次，每次启动后时间即使不必保持延续性，它们报告给远程监控终端的消息时间(戳)都是以统一的时间为参考点的。不仅如此，即使消息产生时刻没有立刻发送(如遇到网络状态不好，需要延时发送)，由于消息包中对应的时间戳是事件产生的时刻，远程监控终端收到的消息还是反映了事件产生的(有统一参考点的)原始时间。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种对消防栓状态进行监控的方法，包括与消防栓安装在一起的电子监控器，用于对消防栓的水压、用水信息进行实时监测，其特征在于，所述电子监控器包括阀门前水压传感器、水浸传感器、微处理器、电源、测试按钮，以及阀门后水压传感器或流量传感器，其中：
所述阀门前水压传感器安装在消防栓供水管同水压的位置，用于将检测到的水压转换为一个模拟电压量并输出至所述微处理器；
所述水浸传感器安装在消防栓的出水口端，用于输出一个开关电压量至所述微处理器；
所述阀门后水压传感器或流量传感器安装在消防栓的出水口端，用于将检测的水压或流量转换为一个模拟电压量输送至所述微处理器，使得所述微处理器感知消防栓阀门打开后的实际水压或流量；
所述测试按钮与所述微处理器连接，用于电子监控系统的通信测试；
所述微处理器与所述阀门前水压传感器、水浸传感器、电源和阀门后水压传感器或流量传感器电性连接，并与外部的远程监控终端通过所述电子监控器内置的网络通信模块进行无线连接，用于：
通过所述阀门前水压传感器读取消防栓供水管的水压值；
通过所述水浸传感器感知消防栓阀门是否打开；
通过所述阀门后水压传感器或流量传感器感知消防栓阀门打开后的实际水压或流量；
通过所述电源获知供电电压；
通过所述电子监控器内置的网络通信模块与外部的远程监控终端实现数据通信；
所述微处理器包括处理器芯片、RAM、ROM、至少5个定时器，以及如下接口：3个A/D输入口、2个数字输入口或外部中断口、1个数字通信接口和若干数字输出口，其中：
所述阀门前水压传感器的输出引脚连接所述微处理器的第一A/D口；
所述水浸传感器的输出引脚连接所述微处理器的第一数字输入口或者第一外部中断口；
所述阀门后水压传感器或流量传感器的输出引脚连接所述微处理器的第二A/D口；
所述电源模块除了连接所述微处理器、阀门前水压传感器、水浸传感器、阀门后水压传感器或流量传感器的电源引脚外，还同时连接所述微处理器的的第三A/D口；
所述网络通信模块连接所述微处理器的数字通信接口；
按钮开关连接所述微处理器的第二数字输入口或者第二外部中断口；
所述微处理器还包括消防栓缺水和水压不足的发现与处理模块、消防栓用水和漏水的发现与处理模块、电源电量不足的发现与处理模块、通信测试处理模块与重启系统处理模块五个运行模块，上述五个运行模块以软件程序的方式固化在所述微处理器的ROM中，并由所述微处理器负责执行；
所述消防栓缺水和水压不足的发现与处理模块，用以：
电子监控系统通过对应的第一A/D口持续读取所述阀门前水压传感器的水压值，然后与指定阈值进行比较；
当水压值低于指定阈值时，电子监控器将消防栓身份编号、发现时刻的数据进行打包，并通过所述网络通信模块向所述远程监控终端发消息报告紧急情况的发生；
当水压值恢复到指定阈值之上时，电子监控器将消防栓身份编号、检测时刻的数据进行打包，并通过所述网络通信模块向所述远程监控终端发消息报告紧急情况的解除；
缺欠水初始化过程，其运行步骤如下：
步骤1：将1号定时器设为循环定时模式，并将定时时长设为轮询时间间隔；
步骤2：将定时器时间到事件的处理函数设置为本情况处理逻辑的第2个部分——缺欠水事件响应过程；
步骤3：将缺欠水变量标志设置为“假”；
步骤4：启动1号定时器；
缺欠水事件响应处理过程，其运行步骤如下：
步骤1：通过水压传感器连接的A/D通道读取水压值，与指定阈值比较；
步骤2：如果小于，则继续做下面步骤；否则跳转到第7步；
步骤3：判断缺欠水标志是否为真，如果为真，则结束本过程；否则继续做下一步；
步骤4：将水压值，连同自己身份编号、发现时刻、缺欠水紧急情况发生标志等数据打包，通过网络通信模块向远程监控终端发送此消息；
步骤5：如果发送成功，则做下一步；否则指定重试次数来重发数据包；
步骤6：如果上一步返回值为成功，则缺欠水标志设为真，结束本过程；否则跳过设置缺欠水标志，直接结束本过程；
步骤7：判断缺欠水标志是否为真，如果不为真，则结束本过程；否则继续做下一步；
步骤8：将水压值，连同自己身份编号、发现时刻、缺欠水紧急情况解除标志等数据打包，通过网络通信模块向远程监控终端发送此消息；
步骤9：如果发送成功，则做下一步；否则指定重试次数来重发数据包；
步骤10：如果上一步返回值为成功，则缺欠水标志设为假，结束本过程；否则跳过设置缺欠水标志，直接结束本过程；
上述缺欠水事件响应处理过程中关于指定重试次数来数据包重发过程可以以函数的形式来实现，其中重试参数为参数，返回值为发送结果——成功或失败，其运行步骤如下：
步骤1：将重试次数设置为某初始值——此值代表数据发送最大重试次数，本例是为函数的实际参数值；
步骤2：然后将数据包交给通信模块发送；
步骤3：如果发送成功，则返回成功标志，结束此过程；否则继续做下一步；
步骤4：将重试次数减一；
步骤5：如果重试次数小于等于0，则返回失败标志，结束此过程；否则继续做下一步；
步骤6：休眠一段时间，然后跳转到第2步；
所述消防栓用水和漏水的发现与处理模块，用以：
当所述水浸传感器发现有水时，电子监控系统则判断消防栓在用水或者漏水，电子监控器将消防栓身份编号、从阀门后水压传感器或水流传感器连接的对应的第二A/D口读取的流量数据、发现时刻的数据进行打包，并通过所述网络通信模块向所述远程监控终端发消息报告紧急情况的发生；
当流量数据变化时，电子监控器将新流量值连同测量时间通过所述网络通信模块向所述远程监控终端再次报告；
当所述水浸传感器发现无水时，电子监控系统则判断消防栓在用水或者漏水结束，电子监控器将消防栓身份编号、检测时刻的数据进行打包，并通过所述网络通信模块向所述远程监控终端发消息报告紧急情况的解除；
在紧急情况的处理中，如果没有安装流量传感器，而是只安装了阀门后水压传感器，则流量值按照如下公式来计算：
其中，
为参考阀门前后压力差，单位为压强单位；
为参考阀门前后压力差对应流
量值；
为消防栓阀门前、后的压强，分别从阀门前水压传感器、阀门后水压传感器
读取到；
用漏水初始化过程，其运行步骤具体如下：
步骤1：将连接水浸传感器的中断设置为对应事件的触发；
步骤2：将重发定时器设置为循环定时模式，并设置时长为某时间长；
步骤3：将定时器时间到事件处理函数设置为数据队列重发过程；
步骤4：启动定时器；
用漏水事件响应处理过程，其运行步骤如下：
步骤1：通过流量传感器连接的A/D通道读取流量值；
步骤2：将流量值，连同自己身份编号、发现时刻、用漏水紧急情况发生标志等数据打包，通过网络通信模块向远程监控终端发送此消息；
步骤3：如果发送成功，则直接做下一步；否则，将数据包保存进待重发数据包队列中，继续下一步；
步骤4：将当前流量记录进前一个流量值中；
步骤5：休眠指定时间间隔；
步骤6：通过对应的数字输入口来查询水浸传感器是否有水；如果无水，则跳转第12步；否则执行下一步；
步骤7：通过对应A/D通道读取获得当前流量值；
步骤8：将当前流量值与前一个流量值比较，如果相等，则跳转到第5步；否则做下一步；
步骤9：将流量值，连同自己身份编号、发现时刻、用漏水紧急情况进行中标志等数据打包，通过网络通信模块向远程监控终端发送此消息；
步骤10：如果发送成功，则直接做下一步；否则，将数据包保存进待重发数据包队列中，继续下一步；
步骤11：将当前流量记录进前一个流量值中，跳转到第5步；
步骤12：将自己身份编号、发现时刻、用漏水紧急情况解除标志等数据打包，通过网络通信模块向远程监控终端发送此消息；
步骤13：如果发送成功，则结束此过程；否则，将数据包保存进待重发数据包队列中，再结束此过程；
在上述用漏水事件响应处理过程涉及到一个待发数据队列重发的过程，此过程是独立运行的运行，由重发定时器来触发，其初始设置工作已在上述用漏水事件初始化过程中完成，将待发数据包队列中的数据包一一取出发送，其运行步骤如下：
步骤1：查询待发数据包队列中是否数据；如果无数据，则直接结束此过程；否则做下一步；
步骤2：从队列头中取出一个数据包，通过网络通信模块向远程监控终端发送该消息；
步骤3：如果发送成功，则跳转到第1步；否则，结束本过程；
从上述逻辑描述中可知，如果网络状态还不好——即发送失败，则放弃本次发送，等待下一次重试；如果网络状态好，则一口气把队列中的数据包全部发送完；
所述电源模块与所述微处理器电性连接，用于提供所述电子监控器的工作电源。
2.根据权利要求1所述的一种对消防栓状态进行监控的方法，其特征在于，所述电源电量不足的发现与处理模块，用以：
电子监控系统通过对应的第三A/D口持续读取电源的电压，然后与低电量对应的电压阈值进行比较；
当电压值低于指定阈值时，电子监控系统则判断电源电量不足，电子监控器将消防栓身份编号和电量的数据进行打包，并通过所述网络通信模块向所述远程监控终端发消息报告紧急情况的发生；
当电压值恢复到指定阈值之上时，电子监控系统则判断电源充足，电子监控器将消防栓身份编号、检测时刻的数据进行打包，并通过所述网络通信模块向所述远程监控终端发消息报告紧急情况的解除。
3.根据权利要求1所述的一种对消防栓状态进行监控的方法，其特征在于，所述通信测试处理模块，用以：
当用户按下所述测试按钮时，电子监控系统会将所述阀门前水压传感器、水浸传感器、阀门后水压传感器或流量传感器的测试值，连同消防栓身份编号、事件发生时刻的数据进行打包，并通过所述网络通信模块向所述远程监控终端发消息进行报告。
4.根据权利要求1所述的一种对消防栓状态进行监控的方法，其特征在于，所述重启系统处理模块，用以：
当电源接通或者用户按下Reset按钮时，直接触发电子监控系统重启，电子监控系统会将消防栓身份编号、系统时间和其他系统数据进行打包，并通过所述网络通信模块向所述远程监控终端发消息进行报告。
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