CN203803012U - 一种定位信标以及消防物联网定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种定位信标以及消防物联网定位系统，所述定位信标安装在消防设施处，包括MCU控制单元，与MCU控制单元连接的工作状态指示单元、通信单元、RFID单元、自检单元、环境参数检测单元以及供电单元；所述消防物联网定位系统，包括消防管理中心、中心管理主机、数据集中器、多个单兵移动定位终端和多个所述定位信标，定位信标通过RFID单元与单兵移动定位终端交换数据，单兵移动定位终端通过网络与中心管理主机进行通信，定位信标的通信单元通过网络、数据集中器与中心管理主机连接，中心管理主机通过网络与消防管理中心进行远程通信。其用于消防物联网系统中，能提供准确的消防设施位置信息和救援中的消防员的实时位置信息。

Description

一种定位信标以及消防物联网定位系统

技术领域

本实用新型属于消防物联网系统领域，具体涉及一种定位信标以及具有该定位信标的消防物联网定位系统。

背景技术

    在消防救援施救现场，如果火场中的消防员由于不能及时了解消防设施的准确位置，而延误了救援工作，容易造成更多的财产损失，同时待救人员的生命也容易受到更大的危害；如果消防员不能随时了解自身所处的位置以及该位置处的环境状况，消防员的情况也就不能及时让其他队员和救援指挥中心（即消防管理中心）掌握，容易在火场中迷路，遇险时，后续救援在位置不明确的情况下实施困难，意外牺牲时有发生。因此，在消防救援的过程中，实时了解消防设施的位置信息、消防员的位置以及所处位置的环境状况等信息对于救援特别重要。为此，有关人员作出了多种消防报警及地理信息技术方案，如CN102280010A公开的一种城市安全消防物联网系统，包括探测报警器、报警控制器、地理信息平台、监控中心和应急指挥中心等。系统中的地理信息平台用于向用户采集GIS地理信息并储存、提供给监控中心；监控中心用于整理地理信息平台提供的数据，供应急指挥中心共享。该系统并没有具体涉及消防管理和救援所需要的信息如何获取（如消防设施和人员的信息），更也没有涉及定位功能及技术。另外也有一些定位方案，但也不适用于消防物联网系统，比如，采用GSM基站的通信信令进行定位的方案，其室内外都可以定位，但是定位精度一般在500米左右，位置偏差很大；借助全球定位系统（比如GPS）进行定位的方案，定位精度在10米左右，能勉强满足定位要求，但其不能在建筑内定位，并且利用全球定位系统的惯性定位算法，提供计算后的定位信息，也只能准确推算几秒内的位置，时间稍长，效果不好；借助于电子指南针或者移动三维陀螺仪进行辅助定位的方案，其精度稍高，但需要周期性计算来更新定位信息，可靠性不高。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种定位信标以及消防物联网定位系统，用于消防物联网系统中，能满足室内、室外定位精度要求，为消防管理中心提供准确的消防设施位置信息和救援中的消防员的实时位置信息。

本实用新型所述的定位信标，安装在消防设施处，包括工作状态指示单元、通信单元、RFID单元、自检单元、MCU控制单元、环境参数检测单元以及给各个单元提供工作电源的供电单元（根据消防管理的要求，供电单元可以是直流供电方式、电池供电方式或者环境能量自动采集供电方式）。所述自检单元与MCU控制单元连接，进行定位信标的自我检查（即检查定位信标是否出现故障）；所述环境参数检测单元与MCU控制单元连接，将检测到的环境参数送入MCU控制单元内处理；所述RFID单元与MCU控制单元连接，在MCU控制单元的控制下存储定位信标的相关数据（该数据包括用于区分多个定位信标的RFID唯一识别的编码地址、定位信标实际部署位置的位置信息以及环境参数报警阈值等数据），RFID单元能与消防物联网定位系统中的单兵移动定位终端进行数据交换,该数据主要是单兵移动定位终端所处的位置信息以及周边消防设施分布（对应于定位信标部署位置）信息；所述通信单元与MCU控制单元连接，在MCU控制单元的控制下与消防物联网定位系统中的数据集中器进行通信；所述工作状态指示单元与MCU控制单元连接，指示定位信标的工作状态，如正常工作通信状态、报警状态等。

进一步，为了了解消防设施周围的空气质量、温度，所述环境参数检测单元包括空气质量检测单元和温度检测单元，所述空气质量检测单元与MCU控制单元连接，将检测到的消防设施处的空气质量参数送入MCU控制单元内处理，所述温度检测单元与MCU控制单元连接，将检测到的消防设施处的温度参数送入MCU控制单元内处理。

本实用新型所述的具有上述定位信标的消防物联网定位系统，包括消防管理中心、中心管理主机、数据集中器、多个单兵移动定位终端和多个所述定位信标。多个定位信标通过RFID单元分别与多个单兵移动定位终端进行数据交换，单兵移动定位终端向RFID单元发送查询请求，RFID单元将单兵移动定位终端所处的位置（也是该消防设施的位置，对应于RFID唯一识别的编码地址）信息以及周边消防设施分布信息传送给单兵移动定位终端；所述多个单兵移动定位终端通过网络与中心管理主机进行通信连接，单兵移动定位终端将所处位置的定位信标的相关数据发送给中心管理主机，中心管理主机可以对一个或多个单兵移动定位终端进行控制；所述定位信标的通信单元通过网络与数据集中器进行通信连接（根据工程安装的要求，可以选择使用有线通信方式或者无线通信方式，或者兼有两种通信方式），数据集中器与中心管理主机连接，定位信标将是否出现故障、环境参数是否正常、是否有单兵移动定位终端与RFID单元进行数据交换、消防设施的位置信息等相关数据传送给数据集中器，数据集中器传送给中心管理主机，中心管理主机可以对一个定位信标进行控制和管理，也可以对多个定位信标进行统一控制和管理；所述中心管理主机通过网络与消防管理中心进行远程通信连接，中心管理主机将接收到的定位信标的相关数据及时传输到消防管理中心，消防管理中心对中心管理主机进行监控，发出查询指令，定时监控中心管理主机是否处于正常管理状态。

进一步，为了能较方便的对中心管理主机进行监测、查询，上述消防物联网定位系统还包括消防移动定位监测终端，该消防移动定位监测终端通过网络与中心管理主机进行远程通信连接，消防移动定位监测终端可查询并获取中心管理主机接收到的定位信标的相关数据，并能对中心管理主机进行监测。

   上述定位信标设计有RFID单元，可以储存定位信标实际部署位置的位置信息及消防设施分布信息；定位信标设计有通信单元可以向数据集中器，进而向中心管理主机发送信息，能满足室内、室外定位精度要求，为消防管理中心提供准确的消防设施位置及分布信息；定位信标设计有环境参数检测单元，可检测该定位信标的环境信息并送入MCU控制单元进行处理，与已存储的环境参数报警阈值进行比较，判断此处是否为危险环境，并将比较结果传送给中心管理主机。在现场火灾救援时，消防员可佩戴单兵移动定位终端，该单兵移动定位终端可以与消防员当前所处位置的定位信标进行无线位置信息交换，也可以通过网络查询周边消防设施的分布位置，从而使消防员能及时利用周边的消防设施开展救援行动，并向中心管理主机发送当前消防员所处的具体位置。中心管理主机通过软件功能，也能及时跟踪当前消防员的行动轨迹，救援指挥中心（即消防管理中心）根据消防员的行动轨迹，可以制定更合理的指挥救援方案，调度消防员准确施救，并在消防员处于危险时及时通知消防员撤离。

附图说明

图1 为本实用新型中定位信标的外形图。

图2 为本实用新型中定位信标的电路框图。

图3 为定位信标的MCU控制单元电路图。

图4 为定位信标的空气质量检测单元电路图。

图5 为定位信标的温度检测单元电路图。

图6为定位信标的工作状态指示单元电路图。

图7为定位信标的通信单元电路图。

图8 为定位信标的自检单元电路图。

图9 为定位信标的RFID单元电路图。

图10 为定位信标的供电单元电路图。

图11为本实用新型中消防物联网定位系统的系统结构框图。

图12为定位信标用在消防物联网定位系统中的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1至图10所示的定位信标，安装在消防设施处，比如消防栓箱、灭火器箱、防火门、应急指示灯、消防水箱、消防水池、消火栓、通风管道、消防通道等，该定位信标包括工作状态指示单元11、通信单元12、RFID单元13、自检单元14、MCU控制单元15、空气质量检测单元17、温度检测单元18以及给各个单元提供工作电源的供电单元16。

如图10所示，供电单元16由24V直流电经三端稳压器U2稳压后提供12V的直流电，经三端稳压器U6稳压后提供3.3V的直流电。

如图3所示，MCU控制单元15中的控制芯片U1采用AVR系列单片机ATMAGEL88。AVR单片机是1997年由ATMEL公司研发出的增强型内置Flash的RISC(Reduced Instruction Set CPU) 精简指令集高速8位单片机，其具有自动EEPROM掉电储存器，可在MCU内部储存重要数据和参数设置，而不需要外挂EEPROM储存器。AVR的单片机可以广泛应用于计算机外部设备、工业实时控制、仪器仪表、通信设备、家用电器等各个领域。

如图2、图3、图8所示，自检单元14采用开关S3与MCU控制单元15中的控制芯片U1的26脚连接，通过接入高低电平，进行定位信标的自检，以确定MCU控制单元15是否能正常工作。

如图2、图3、图4所示，空气质量检测单元17采用数字温湿度传感器IC1（型号为DHT11）对消防设施周围的温湿度进行检测，以作为空气质量的判断标准之一，数字温湿度传感器IC1的信号输出脚与MCU控制单元15中的控制芯片U1的2脚连接，将消防设施周围的温湿度参数送入控制芯片U1内处理。

如图2、图3、图5所示，温度检测单元18采用数字温度传感器IC2（型号为DS18B20）对消防设施周围的温度进行检测，数字温度传感器IC2的信号输出脚与MCU控制单元15中的控制芯片U1的1脚连接，将消防设施周围的温度参数送入控制芯片U1内处理。

如图2、图3、图9所示，RFID单元13的射频收发芯片U3采用Nordic公司的超低功耗单片无线收发器nRF24L01，该射频收发芯片U3集成了无线通信系统的大部分功能，外加少量外围器件即可构成专业或无线通信模块，可简化射频前端的设计。其工作于2.4GHz～2.5GHz ISM频段，具有125个频点，能够实现点对点，点对多点的无线通信，同时可采用改频和跳频来避免干扰，最大传输速率可达2Mb/s。射频收发芯片U3的数字输入脚4与MCU控制单元15中的控制芯片U1的15脚连接，射频收发芯片U3的数字输出脚5与MCU控制单元15中的控制芯片U1的16脚连接，射频收发芯片U3内存储有以下信息：RFID唯一识别的编码地址信息，以区分多个定位信标，便于管理和识别；多个定位信标部署位置的位置信息，为定位系统提供位置数据；温度、湿度报警阈值的参数数据，作为MCU控制单元15中的控制芯片U1处理判断消防设施处的环境是否处于危险状态的参考。射频收发芯片U3还能与消防物联网定位系统中的单兵移动定位终端5进行数据交换。

如图2、图3、图7所示，通信单元12采用两个光电耦合器U5、U4作为信号发射部分和信号接收部分，其中信号发射部分与MCU控制单元15中的控制芯片U1的31脚连接，信号接收部分与MCU控制单元15中的控制芯片U1的30脚连接，通信单元12在控制芯片U1的控制下实现定位信标与消防物联网定位系统中的数据集中器4之间的通信。

如图2、图3、图6所示，工作状态指示单元11采用红绿双色发光二极管RG-LED作为正常工作通信状态和报警状态的指示，红绿双色发光二极管RG-LED的3脚与MCU控制单元15中的控制芯片U1的28脚连接，通过绿色显示正常工作通信状态，红绿双色发光二极管RG-LED的2脚与MCU控制单元15中的控制芯片U1的27脚连接，通过红色显示报警状态。

上述定位信标的检测功能，根据消防管理的需要，可以增加相应的检测单元，比如二氧化硫、烟雾浓度等检测单元，以配合上述温湿度检测，综合判断空气质量。

如图11所示，具有上述定位信标的消防物联网定位系统，包括消防管理中心2、消防移动定位监测终端6、中心管理主机3、数据集中器4、四个单兵移动定位终端5和四个定位信标1，定位信标1通过RFID单元13与单兵移动定位终端5进行数据交换，单兵移动定位终端5向RFID单元13发送查询请求，RFID单元13将单兵移动定位终端5所处位置处的消防设施位置信息以及周边消防设施分布信息传送给单兵移动定位终端5；四个单兵移动定位终端5通过TCP/IP无线网络（也可以是GPRS无线网络）与中心管理主机3进行通信连接，单兵移动定位终端5将从RFID单元13处获得的信息发送给中心管理主机3，中心管理主机3可对一个或多个单兵移动定位终端5进行控制，并可下发命令。四个定位信标1的通信单元12都通过无线网络与数据集中器4进行通信连接，数据集中器4与中心管理主机3连接，定位信标1将是否出现故障、环境参数是否正常、是否有单兵移动定位终端与RFID单元进行数据交换、消防设施的位置信息等相关数据传送给数据集中器4，数据集中器4传送给中心管理主机3，中心管理主机3可以控制定位信标的工作模式，通过定位信标对应的RFID唯一识别的编码，可以对该网络中的某一个定位信标进行控制和管理，也可以对该网络中所有的定位信标进行统一控制和管理。并且也可以自动定时发出巡检指令，定期检查定位信标是否处于正常工作状态，如果有故障，及时进行维护，使其始终保持运行状态。中心管理主机3通过TCP/IP无线网络（也可以是GPRS无线网络）与消防管理中心2进行远程通信连接，中心管理主机3将接收到的定位信标1的所有数据及时传输到消防管理中心2，消防管理中心2对中心管理主机3进行监控，发出查询指令，定时监控中心管理主机3是否处于正常管理状态。消防移动定位监测终端6通过TCP/IP无线网络（也可以是GPRS无线网络）与中心管理主机3进行远程通信连接，中心管理主机3接收到的定位信标1的所有数据（包括定位信标异常运行报警信息）可以及时的传输到消防移动定位监测终端6，消防移动定位监测终端6也可以发出指令，查询定位信标1的位置信息以及多个定位信标的部署位置信息，并能对中心管理主机3进行监测。

如图12所示，定位信标1用在消防物联网定位系统中时，其工作过程如下：开机后先进行初始化工作，等程序运行稳定后，建立通信连接，并判断消防管理中心2通过TCP/IP网络控制中心管理主机3通过数据集中器4，再通过无线网络发来的定位信标工作方式的管理指令：

（1）如果工作方式是运行工作流程模式，则MCU控制单元15先通过空气质量检测单元17检测消防设施周围环境的空气质量（主要是温湿度）信息，再通过温度检测单元18检测消防设施周围环境的温度，如果检测的温湿度、温度超过了RFID单元13内存储的报警阈值，则MCU控制单元15利用通信单元12通过无线网络将报警数据传送给数据集中器4，进而传给中心管理主机3，并控制红绿双色发光二极管RG-LED发红光（即红光指示），如果没有超过，则MCU控制单元15利用通信单元12通过无线网络将检测的数据传送给数据集中器4，进而传给中心管理主机3，并控制红绿双色发光二极管RG-LED发绿光（即绿光指示）。

在正常运行工作流程模式中，如果MCU控制单元15检测到有单兵移动定位终端5向RFID单元13发送查询请求，则MCU控制单元15控制RFID单元13将单兵移动定位终端5所处位置处的消防设施位置信息以及周边消防设施分布信息传送给单兵移动定位终端5，单兵移动定位终端5即可知道自己的具体位置以及周边消防设施的分布信息；然后MCU控制单元15控制RFID单元13写入该单兵移动定位终端5的ID信息，MCU控制单元15利用通信单元12通过无线网络将写入的该ID信息传送给数据集中器4，进而传给中心管理主机3，中心管理主机3即可知道该单兵移动定位终端5的具体位置，实现定位。

（2）如果工作方式是自检模式，则进行定位信标的自检流程，如果没有故障则退出，如果有故障，则MCU控制单元15利用通信单元12通过无线网络将故障信息传送给数据集中器4，进而传给中心管理主机3，并控制红绿双色发光二极管RG-LED发红光，等待故障解除，故障解除后，则MCU控制单元15利用通信单元12通过无线网络将故障解除信息传送给数据集中器4，进而传给中心管理主机3，并控制红绿双色发光二极管RG-LED发绿光，然后退出。

（3）如果工作方式是位置信息读取模式，则MCU控制单元15利用通信单元12通过无线网络将消防设施的位置信息以及周边消防设施的分布信息传送给数据集中器4，进而传给中心管理主机3，并控制红绿双色发光二极管RG-LED发绿光。

Claims (4)

1.一种定位信标，安装在消防设施处，其特征在于：包括工作状态指示单元（11）、通信单元（12）、RFID单元（13）、自检单元（14）、MCU控制单元（15）、环境参数检测单元以及给各个单元提供工作电源的供电单元（16）；所述自检单元（14）与MCU控制单元（15）连接，所述环境参数检测单元与MCU控制单元（15）连接，所述RFID单元（13）与MCU控制单元（15）连接，所述通信单元（12）与MCU控制单元（15）连接，所述工作状态指示单元（11）与MCU控制单元（15）连接。

2.根据权利要求1所述的定位信标，其特征在于：所述环境参数检测单元包括空气质量检测单元（17）和温度检测单元（18），所述空气质量检测单元（17）与MCU控制单元（15）连接，所述温度检测单元（18）与MCU控制单元（15）连接。

3.一种具有如权利要求1或2所述的定位信标的消防物联网定位系统，其特征在于：包括消防管理中心（2）、中心管理主机（3）、数据集中器（4）、多个单兵移动定位终端（5）和多个所述定位信标（1）；该多个定位信标（1）通过RFID单元（13）分别与多个单兵移动定位终端（5）进行数据交换，所述多个单兵移动定位终端（5）通过网络与中心管理主机（3）进行通信连接，所述定位信标（1）的通信单元（12）通过网络与数据集中器（4）进行通信连接，数据集中器（4）与中心管理主机（3）连接，所述中心管理主机（3）通过网络与消防管理中心（2）进行远程通信连接。

4.根据权利要求3所述的消防物联网定位系统，其特征在于：还包括消防移动定位监测终端（6），该消防移动定位监测终端（6）通过网络与中心管理主机（3）进行远程通信连接。