CN114093114A - 用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置及系统，数据采集机构包括距离测量模块、烟雾浓度采集模块、火焰强度采集模块、湿度采集模块和温度采集模块；数据传输机构，包括中央处理器和NB通信模块，中央处理器被配置为处理数据采集机构采集的火灾数据，并通过NB通信模块将处理后的火灾数据传输至物联网云平台，使物联网云平台以云组态方式生成处理结果；显示模块，中央处理器还被配置为将物联网云平台反馈的处理结果显示于显示模块。本发明中通过数据采集机构、数据传输机构和显示模块三者之间配合，对火灾数据能全面采集，同时还能实现火灾数据的远距离传输、处理和预先查看，提高了装置的通用性。

Description

用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置及系统

技术领域

本发明属于火灾实验技术领域，尤其涉及一种用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置及系统。

背景技术

在开展火灾实验过程中，经常需要对实验数据进行测量。现有的测量仪器通常仅注重于温度方面数据的测量，而无法对温度、湿度、产生烟雾浓度、质量等数据进行集成数据测量。同时现有的测量仪器通常使用zigbee通信技术进行数据传输，而zigbee通信技术需要进行网络初始化和网络连接，在自组网之后才能使用，受应用环境的影响较大。此外，zigbee技术主要适用于近距离通信，特别是通信速率和传输距离会对其适用范围造成影响。因此导致测量仪器在通用性方面还存在一定的局限性。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷或不足，本发明提供了一种用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置及系统，以解决现有技术中的火灾测量仪器通用性差和测量数据不全面的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置，其中，数据采集机构，用于采集火灾数据，所述数据采集机构包括距离测量模块、烟雾浓度采集模块、火焰强度采集模块、湿度采集模块和温度采集模块；数据传输机构，包括中央处理器和NB通信模块，所述中央处理器被配置为处理所述数据采集机构采集的火灾数据，并通过所述NB通信模块将处理后的火灾数据传输至物联网云平台，使所述物联网云平台以云组态方式生成处理结果；显示模块，所述中央处理器还被配置为将所述物联网云平台反馈的处理结果显示于所述显示模块。

在本发明实施例中，所述数据传输机构安装于保护壳体内，所述距离测量模块、所述烟雾浓度采集模块、所述火焰强度采集模块、所述湿度采集模块和所述显示模块均安装于所述保护壳体的外表面，所述保护壳体设置有用于和所述中央处理器连接的外接线柱，所述温度采集模块通过补偿导线和所述外接线柱可拆卸连接。

在本发明实施例中，所述保护壳体内还安装有供电电源和电源管理模块，所述中央处理器还被配置为通过所述电源管理模块将所述供电电源所供电量分配至所述数据显示模块、所述数据采集机构和所述数据传输机构。

在本发明实施例中，所述保护壳体上还安装有和所述供电电源电连接的电量报警灯，所述电量报警灯用于根据所述供电电源的剩余电量进行电量报警。

在本发明实施例中，所述保护壳体内对应所述供电电源的位置还安装有散热风扇，所述保护壳体开设有散热孔。

在本发明实施例中，所述保护壳体包括外壳和设置于所述外壳内的加强安装板，所述供电电源安装于所述加强安装板的电源槽内，所述加强安装板上靠近所述电源槽的位置设置有多个肋型加强条。

在本发明实施例中，所述显示模块安装于所述保护壳体的一侧，所述保护壳体的另一侧至少设置有吸盘和卡扣中的一者。

在本发明实施例中，所述距离测量模块、所述烟雾浓度采集模块、所述火焰强度采集模块和所述湿度采集模块均安装于所述保护壳体的上侧，所述保护壳体的下侧设置有缓冲垫。

在本发明实施例中，所述温度采集模块包括绝缘层和安装于所述绝缘层的热电偶本体，所述热电偶本体通过所述补偿导线和所述外接线柱可拆卸连接。

在本发明实施例中，所述用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置还包括和所述中央处理器电连接的定位模块。

本发明还提出一种用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集系统，包括依次通讯连接的物联网云平台、数据中心、NB基站和如上所述的用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置，所述NB通信模块用于将所述数据采集机构采集的火灾数据依次通过所述NB基站和所述数据中心传输至所述物联网云平台，使所述物联网云平台进行数据展示。

通过上述技术方案，本发明实施例所提供的用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置具有如下的有益效果：

进行数据采集时，可将数据采集机构的距离测量模块、烟雾浓度采集模块、火焰强度采集模块、湿度采集模块和温度采集模块分别设置于相应的测点，使数据采集机构对火灾环境下的烟雾浓度、火焰强度湿度、温度和与测点之间的距离的火灾数据采集，且各测量模块可独立工作，相比现有技术中单一温度数据的采集，可实现火灾数据的全面采集，使火灾实验的检测更加精确；中央处理器对火灾数据进行处理后通过NB通信模块将处理后的火灾数据传输至物联网云平台，使物联网云平台通过云组态方式实现火灾数据的简单处理并生成表格或折线图等处理结果。通过NB通信模块上报数据，无需进行网络初始化和网络连接，就能实现速率较快且功耗较低的长距离信号传输，使用简便且不受应用环境影响，提高了用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置的通用性，采集到的火灾数据可在预先配置的物联网云平台查看，也能通过中央处理器将处理结果显示于显示模块，实现了更快速、清晰的数据采集。本发明中通过数据采集机构、数据传输机构和显示模块三者之间配合，可对火灾数据进行全面采集，同时还能实现火灾数据的远距离传输、处理和预先查看，提高了用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置的通用性。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明一实施例中用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置的结构示意图；

图2是根据本发明一实施例中用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置的电连接结构示意图；

图3是根据本发明一实施例中用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置的部分结构示意图；

图4是根据本发明一实施例中加强安装板的结构示意图；

图5是根据本发明一实施例中用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集系统的结构示意图。

附图标记说明

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

下面参考附图描述根据本发明的用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置。

如图1至图4所示，在本发明的实施例中，提供一种用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置100，包括数据采集机构1、数据传输机构2和显示模块3；数据采集机构1用于采集火灾数据，数据采集机构1包括距离测量模块11、烟雾浓度采集模块12、火焰强度采集模块13、湿度采集模块14和温度采集模块15；数据传输机构2包括中央处理器21和NB通信模块22，中央处理器21被配置为处理数据采集机构1采集的火灾数据，并通过NB通信模块22将处理后的火灾数据传输至物联网云平台210，使物联网云平台210以云组态方式生成处理结果；中央处理器21还被配置为将物联网云平台210反馈的处理结果显示于显示模块3。本实施例中的显示模块3可采用液晶显示屏。

可以理解地，距离测量模块11可采用红外传感器，以红外线为介质进行距离的测量，红外传感器具有一对红外信号发射和接收二极管，通过返回时间差计算与测点之间的距离。烟雾浓度采集模块12可采用烟雾传感器，烟雾的浓度越大，烟雾传感器的导电率越大，输出电阻越低，则输出的模拟信号就越大，通过模数转换可以转换为数字信号传输。火焰强度采集模块13可采用远红外火焰传感器，采集700nm到1000nm波长的红外线，将红外线高低转换成电流变化，最终转换成数字信号进行传输。湿度采集模块14可采用湿度传感器。

在采用本发明实施例中的用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置100进行数据采集时，可将数据采集机构1的距离测量模块11、烟雾浓度采集模块12、火焰强度采集模块13、湿度采集模块14和温度采集模块15分别设置于相应的测点，使数据采集机构1对火灾环境下的烟雾浓度、火焰强度湿度、温度和与测点之间的距离的火灾数据采集，且各测量模块可独立工作，相比现有技术中单一温度数据的采集，可实现火灾数据的全面采集，使火灾实验的检测更加精确；中央处理器21对火灾数据进行处理后通过NB通信模块22将处理后的火灾数据传输至物联网云平台210，使物联网云平台210通过云组态方式实现火灾数据的简单处理并生成表格或折线图等处理结果，通过NB通信模块22上报数据，无需进行网络初始化和网络连接，就能实现速率较快且功耗较低的长距离信号传输，使用简便且不受应用环境影响，提高了用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置100的通用性，采集到的火灾数据可在预先配置的物联网云平台210查看，也能通过中央处理器21将处理结果显示于显示模块3，实现了更快速、清晰的数据采集。本实施例中通过数据采集机构1、数据传输机构2和显示模块3三者之间配合，可对火灾数据进行全面采集，同时还能实现火灾数据的远距离传输、处理和预先查看，提高了用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置100的通用性。

具体地，NB通信模块22的数据传输方式为无线NB-IoT(窄带物联网)传输方式，主要通过NB通信模块22实现RTU(远程终端单元)主动上传，上传的数据被发送至预先配置好的物联网云平台210，物联网云平台210采集到相应的数据，可以通过云组态方式实现实验数据的简单处理，生成简单表格或折线图等表现形式。

在一实施例中，NB通信模块22内置天线，需要外接天线；内置SIM卡(用户识别卡)；支持丰富的AT指令(应用于终端设备与PC应用之间的连接与通信的指令)，支持两路Socket通信方式，一路与云端进行通信，另外一路与网络设备进行通信，中央处理器21作为距离测量模块11、烟雾浓度采集模块12、火焰强度采集模块13、湿度采集模块14和温度采集模块15、NB通信模块22和显示模块3的核心驱动，能精确控制各个模块。

如图1至图3所示，在本发明实施例中，数据传输机构2安装于保护壳体4内，距离测量模块11、烟雾浓度采集模块12、火焰强度采集模块13、湿度采集模块14和显示模块3均安装于保护壳体4的外表面，保护壳体4设置有用于和中央处理器21连接的外接线柱6，温度采集模块15通过补偿导线5和外接线柱6可拆卸连接。距离测量模块11、烟雾浓度采集模块12、火焰强度采集模块13和湿度采集模块14所采集数据为装置所在点的火灾数据，为保证温度数据采集的精确性，本实施例中的温度采集模块15通过外接线柱6与中央处理器21进行信号传递，保护壳体4上的两外接线柱6间通过导线连接，在温度数据采集前，可预先测量温度测点和湿度测点时间的测点距离，并根据测点距离调整补偿导线5的长度，使温度采集模块15能放置于相应的温度测点，用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置100适配多种火灾场景。

在本发明实施例中，保护壳体4内还安装有供电电源7和电源管理模块8，中央处理器21还被配置为通过电源管理模块8将供电电源7所供电量分配至数据显示模块3、数据采集机构1和数据传输机构2。在一实施例中，供电电源7可采用供电电池，保护壳体4内还安装有时钟模块10，如图2所示，供电电源7通过电源管理模块8连接到中央处理器21上进行数据处理，电源管理模块8可将供电电源7所供电量有效分配给装置的不同组件。各数据采集模块连接到中央处理器21实现数据管理和上报，通过中央处理器21对初始数据进行加工和处理，NB通信模块22连接至中央处理器21可实现与中央处理器21的数据交互，可以发送中央处理器21传送的数据。时钟模块10提供中央处理器21时钟管理，时钟模块10为各部件提供协调工作的控制信号，为中央处理器21的单片机提供运行时钟，使中央处理器21控制更加精确。

如图1和图2所示，在本发明实施例中，保护壳体4上还安装有和供电电源7电连接的电量报警灯9，电量报警灯9用于根据供电电源7的剩余电量进行电量报警。在一实施例中，供电电源7的剩余电量充足情况下，电量报警灯9为绿色，供电电源7的剩余电量不足情况下电量报警灯9为红色报警色，提高装置的使用便利性。在其他实施例中，电量报警灯9可通过闪烁的方式对供电电源7的剩余电量不足情况进行报警。本实施例中的保护壳体4上还安装有和中央处理器21电连接的操作按钮20，可通过操作按钮20的操作控制供电电源7的开关、显示模块3的数据查看以及返回操作。

在本发明实施例中，为避免用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置100收火灾环境影响而不能正常工作的情况，保护壳体4内对应供电电源7的位置还安装有散热风扇，保护壳体4开设有散热孔41。本实施例中的散热风扇可为多个，且散热孔41的位置靠近供电电源7设置，能避免供电电源7使用过程中因过热而爆炸的情况，提高使用安全性。

如图3和图4所示，在本发明实施例中，保护壳体4包括外壳42和设置于外壳42内的加强安装板43，供电电源7安装于加强安装板43的电源槽431内，加强安装板43上靠近电源槽431的位置设置有多个肋型加强条432。本实施例中的外壳42和加强安装板43相对应的位置均开设有散热孔41，且为避免开孔影响装置结构强度，多个肋型加强条432依次间隔排列。

在本发明实施例中，显示模块3安装于保护壳体4的一侧，保护壳体4的另一侧至少设置有吸盘和卡扣中的一者。本实施例中的用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置100可通过真空吸附或卡接的方式进行安装，方便安装和拆卸，提高了装置的使用便利性。

在本发明实施例中，距离测量模块11、烟雾浓度采集模块12、火焰强度采集模块13和湿度采集模块14均安装于保护壳体4的上侧，保护壳体4的下侧设置有缓冲垫。在一实施例中，保护壳体4的下表面布置有四组缓冲垫，可以起到缓冲作用以保护装置，并且可与被测点地面产生摩擦，产生加强抓地力，提高装置的使用便利性。

在本发明实施例中，温度采集模块15包括绝缘层151和安装于绝缘层151的热电偶本体152，热电偶本体152通过补偿导线5和外接线柱6可拆卸连接。为减小乃至消除温度采集模块15的安装对被测点壁面温度场的影响，可先对被测点壁面的材质进行检测，并选用与被测点壁面相同或传热性能相近材料的热电偶本体。本实施例中的热电偶本体152可采集到产生的电动势，收集电动势模拟信号，中央处理器21将采集到的电动势通过放大器进行放大，放大至容易采集的数值，然后通过滤波将其转换成数字信号，最后通过相应的转换规则转换成被测介质的温度，通过绝缘层151和热电偶本体152的配合，本实施例中的温度采集模块15能较为便利地测量壁面温度。

在本发明实施例中，用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置100还包括和中央处理器21电连接的定位模块。本实施例中的定位模块可采集装置所在位置信息，以区分不同装置上传的数据，可方便数据的查看和处理。

如图5所示，本发明还提出一种用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集系统200，包括依次通讯连接的物联网云平台210、数据中心220、NB基站230和如上所述的用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置100，NB通信模块22用于将数据采集机构1采集的火灾数据依次通过NB基站230和数据中心220传输至物联网云平台210，使物联网云平台210进行数据展示。本实施例中的NB通信模块22上传采用COAP协议(受限应用协议)，COAP协议的数据传输流为：中央处理器21-NB通信模块22-基站-数据中心-物联网平台。通过上述路径将MCU采集到的温度数据发送至物联网云平台。数据传输至物联网云平台210具体通过以下五个步骤：

步骤一、数据采集机构1采集数据，中央处理器21按照自定义规则进行编码；例如：将温湿度实时数据编码为000102，

步骤二、中央处理器21将编码后的数据通过串口以AT命令的形式发送至NB通信模块22；

步骤三、NB通信模块22收到AT命令后，自动将数据净荷封装成CoAP协议报文发送至NB基站230，NB基站230快速传输数据，将数据传输至数据中心220，数据中心220将数据传输至预配置的物联网云平台210；

步骤四、物联网云平台210收到数据后自动解析CoAP协议包，根据设备配置文件找到匹配的编解码器插件，解析负载，解析成与设备配置文件中描述的业务匹配的JSON数据；

步骤五、应用服务器通过北向数据查询接口获取物联网云平台210上的数据。

本实施例中的物联网云平台210可以实现云组态和云检测，物联网云平台210通过采集装置名称、SN码可以标识对应的装置。通过在温度采集模块15设置名称可以区分不同装置上传的数据，物联网云平台210还可展示当前装置的工作状态。云组态提供大量快速设置云监控的组件，包括上传数据变量、变量值图片、仪表盘、数据曲线图、数据表格等快速设置组件。通过组件布置，可以自定义数据展示模块的样式，可实现上报数据在物联网云平台210的快速查看。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置，其特征在于，包括：

数据采集机构(1)，用于采集火灾数据，所述数据采集机构(1)包括距离测量模块(11)、烟雾浓度采集模块(12)、火焰强度采集模块(13)、湿度采集模块(14)和温度采集模块(15)；

数据传输机构(2)，包括中央处理器(21)和NB通信模块(22)，所述中央处理器(21)被配置为处理所述数据采集机构(1)采集的火灾数据，并通过所述NB通信模块(22)将处理后的火灾数据传输至物联网云平台(210)，使所述物联网云平台(210)以云组态方式生成处理结果；

显示模块(3)，所述中央处理器(21)还被配置为将所述物联网云平台(210)反馈的处理结果显示于所述显示模块(3)。

2.根据权利要求1所述的用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置，其特征在于，所述数据传输机构(2)安装于保护壳体(4)内，所述距离测量模块(11)、所述烟雾浓度采集模块(12)、所述火焰强度采集模块(13)、所述湿度采集模块(14)和所述显示模块(3)均安装于所述保护壳体(4)的外表面，所述保护壳体(4)设置有用于和所述中央处理器(21)连接的外接线柱(6)，所述温度采集模块(15)通过补偿导线(5)和所述外接线柱(6)可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置，其特征在于，所述保护壳体(4)内还安装有供电电源(7)和电源管理模块(8)，所述中央处理器(21)还被配置为通过所述电源管理模块(8)将所述供电电源(7)所供电量分配至所述数据显示模块(3)、所述数据采集机构(1)和所述数据传输机构(2)。

4.根据权利要求3所述的用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置，其特征在于，所述保护壳体(4)上还安装有和所述供电电源(7)电连接的电量报警灯(9)，所述电量报警灯(9)用于根据所述供电电源(7)的剩余电量进行电量报警。

5.根据权利要求3所述的用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置，其特征在于，所述保护壳体(4)内对应所述供电电源(7)的位置还安装有散热风扇，所述保护壳体(4)开设有散热孔(41)。

6.根据权利要求3所述的用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置，其特征在于，所述保护壳体(4)包括外壳(42)和设置于所述外壳(42)内的加强安装板(43)，所述供电电源(7)安装于所述加强安装板(43)的电源槽(431)内，所述加强安装板(43)上靠近所述电源槽(431)的位置设置有多个肋型加强条(432)。

7.根据权利要求2至6中任意一项所述的用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置，其特征在于，所述显示模块(3)安装于所述保护壳体(4)的一侧，所述保护壳体(4)的另一侧至少设置有吸盘和卡扣中的一者。

8.根据权利要求2至6中任意一项所述的用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置，其特征在于，所述距离测量模块(11)、所述烟雾浓度采集模块(12)、所述火焰强度采集模块(13)和所述湿度采集模块(14)均安装于所述保护壳体(4)的上侧，所述保护壳体(4)的下侧设置有缓冲垫。

9.根据权利要求2至6中任意一项所述的用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置，其特征在于，所述温度采集模块(15)包括绝缘层(151)和安装于所述绝缘层(151)的热电偶本体(152)，所述热电偶本体(152)通过所述补偿导线(5)和所述外接线柱(6)可拆卸连接。

10.根据权利要求1至6中任意一项所述的用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置，其特征在于，所述用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置(100)还包括和所述中央处理器(21)电连接的定位模块。

11.一种用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集系统，其特征在于，包括依次通讯连接的物联网云平台(210)、数据中心(220)、NB基站(230)和权利要求1至10中任一项所述的用于火灾环境下的多功能智能无线数据采集装置(100)，所述NB通信模块(22)用于将所述数据采集机构(1)采集的火灾数据依次通过所述NB基站(230)和所述数据中心(220)传输至所述物联网云平台(210)，使所述物联网云平台(210)进行数据展示。

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