CN208803528U - 基于物联网具有能量收集功能的智能消防栓 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于物联网具有能量收集功能的智能消防栓，属于消防领域，包括栓体、阀体、消防帽和市政消防给水管，消防帽上表面附着有用于发电的柔性太阳能发电膜；消防帽内部安装有控制处理单元、锂电池、用于与外部NFC设备交换数据的NFC天线和用于将数据传送到云端服务器的物联网通讯天线，控制处理单元与NFC天线双向相连，控制处理单元输出端物联网通讯天线相连，柔性太阳能发电膜输出端与控制处理单元输入端相连，锂电池与控制处理单元双向连接。本实用新型的有益效果是：利用消防栓通常布置在露天环境中这一特点，通过柔性太阳能发电膜将太阳能转化为电能，无电池需要更换可长时间使用，使得消防栓实现能源自动收集，降低了维护成本。

Description

基于物联网具有能量收集功能的智能消防栓

技术领域：

本实用新型涉及消防领域，尤其涉及一种基于物联网具有能量收集功能的智能消防栓。

背景技术：

在我们的日常生活中，由于各种原因致使消防栓无法发挥其应有的作用，比如消防栓被严重损坏而无法连接、非法拆除消防栓、非法盗用消防栓免费水、被强制中断供水等，消防栓是成功灭火的重要保障，它的损坏将对人们的生命财产安全构成严重的威胁。

消防栓是重要的消防设施，目前，在消防栓的日常管理上存在以下不足：现阶段却仍然依靠人工巡查，人工成本高，效率低，数据不准确，手工记录信息化程度低。

目前市场上已经存在智能消防栓产品，由于智能消防栓中集成有电子芯片，必须需要电池才能工作，虽然都是低功耗设计，但是电池使用时间也不会超过3年，这就导致了新的问题出现，大量的智能消防栓在使用了一段时间后就需要更换电池，导致维护成本高。

公开号为CN107866022A的专利申请公开了一种一体式智能消防栓，包括消防栓帽、栓体、连杆、阀体、阀瓣、传感器、控制单元和监测终端；所述栓体的上端与消防栓帽连接，栓体的下端与阀体的上端连接，阀瓣设置在阀体的内部，阀体的下端与消防给水管连接；连杆设置在栓体的内部，其一端穿过消防栓帽，另一端与阀瓣连接；传感器设置阀瓣上，且测量端穿过阀瓣监测消防给水管道中的水压；控制单元设置在消防栓帽中，用于接收传感器的数据，并将该数据传输至监测终端。其在消防栓内部采用了储能电池，同样存在使用一段时间后需要更换电池，维护成本高等问题。

发明内容：

为克服现有技术中智能消防栓存在的技术问题，本实用新型提供了一种基于物联网具有能量收集功能的智能消防栓，其具体包括栓体、阀体、消防帽和市政消防给水管，所述消防帽安装在所述栓体顶端，所述阀体顶端安装在所述栓体底端，所述阀体底部安装在所述市政消防给水管顶部开口位置；所述消防帽上表面附着有用于发电的柔性太阳能发电膜；所述消防帽内部安装有控制处理单元、锂电池、用于与外部NFC设备交换数据的NFC天线和用于将数据传送到云端服务器的物联网通讯天线，所述控制处理单元与所述NFC天线双向相连，所述控制处理单元输出端所述物联网通讯天线相连，所述柔性太阳能发电膜输出端与所述控制处理单元输入端相连，所述锂电池与所述控制处理单元双向连接。

利用消防栓通常布置在露天环境中这一特点，通过柔性太阳能发电膜将太阳能转化为电能，无需更换电池可长时间使用，使得消防栓实现能源自动收集，降低了维护成本。在监测的过程中，传感器将收集到的数据传递给控制处理单元，控制处理单元将数据通过NFC天线无线传输给外部NFC设备，并可接收外部NFC设备传递过来的数据，通过物联网通讯天线无线传输给云端服务器，实现对消防栓状态的实时监控。

进一步，所述栓体内部中心轴线上设有用于水流通过并贯穿所述栓体顶部和底部的空心连杆。

进一步，所述空心连杆底端固定安装有呈水平设置的阀瓣。

进一步，所述阀瓣下表面中心位置处安装有温度压力传感器，所述温度压力传感器输出端与所述控制处理单元输入端相连。

进一步，所述栓体内部安装有电容液位传感器，所述电容液位传感器由两根相互平行的不锈钢金属棒组成，所述电容液位传感器输出端与所述控制处理单元输入端相连。

电容液位传感器是用于测量消防栓栓体内的水位位置的，当阀门漏水时栓体内的水位会升高，通过电容液位传感器可以测量栓体内是否有水以及水位的变化情况，根据这些数据可以判断消防栓是否漏水以及漏水的严重情况。

下面说明工作原理以及连接关系：电容液位传感器是两根不锈钢金属棒构成，电容的两极连接到控制处理单元，控制处理单元测量两根金属棒之间的电容，即为互电容。水位越高电容面积越大，电容量就越大。根据两根金属棒之间的电容大小以及一定时间内电容的变化，微处理器可以计算出是否漏水以及漏水的严重程度；这些数据通过物联网通讯天线发送到云端处理器。

进一步，所述阀瓣与所述控制处理单元之间设有不锈钢管，所述温度压力传感器通过信号线缆与所述控制处理单元连接，所述信号线缆位于所述不锈钢管内部。

温度压力传感器本体穿过阀瓣，其通过设置在阀瓣底部的小孔监测消防给水管道中的水压，温度压力传感器的信号线缆穿过固定在连杆上的不锈钢管和控制处理单元连接，将温度压力数据传输给控制处理单元，控制处理单元通过物联网通信模块将数据上传至云端服务器。

进一步，所述空心连杆上方外圆周位置处固定安装有磁性齿轮，所述控制处理单元内部设有用于对所述磁性齿轮转动的齿数计数的霍尔效应传感器。消防栓取水时，转动连杆带动磁性齿轮一起转动，控制单元设置的霍尔传感器对磁性齿轮转过的齿数计数并据此可以计算出阀门的开度。

磁性齿轮以及控制处理单元上的霍尔效应传感器组成了一个消防栓阀门打开报警装置，其连接关系是：霍尔效应传感器设置在控制处理单元上，磁性齿轮固定在连杆上。当有人取水，转动连杆带动磁性齿轮一起转动，霍尔效应传感器就会对磁性齿轮转动的齿数计数，每一个齿触发一个脉冲，这样就可以监测是否有人打开消防栓阀门，微处理器根据脉冲数还可以计算出阀门的开合程度；结合压力传感器的数据还可以推算出出水流量。

进一步，消防帽包括位于上方的呈倒碗状的消防帽盖体和固定在所述栓体顶端的支撑板，所述控制处理单元固定安装在所述支撑板上表面。

进一步，所述控制处理单元还包括微处理器、电池管理单元、物联网通讯组件、NFC控制器、GPS组件和姿态传感器，所述姿态传感器、霍尔效应传感器、电池管理单元、电容液位传感器、温度压力传感器输出端与所述微处理器输入端相连，所述微处理器输出端与所述数据加密单元、GPS组件输出端相连；所述NFC控制器与所述微处理器双向连接。

进一步，消防栓帽是采用高强度塑料一体成型的，在其表面之上嵌入柔性太阳能发电薄膜，柔性太阳能发电薄膜和电池管理单元连接，电池管理单元上设置有超级电容用于收集太阳能电池所发的电能，即太阳能电池对超级电容充电，随着充电时间积累超级电容的电压会逐渐升高，当超级电容的电压大于设定的充电阈值时，电池管理单元就开始对锂电池充电，直到超级电容的电压小于设定阈值时随即停止充电，等到超级电容的电压大于设定的充电阈值时在对锂电池进行充电，以此往复。在这里超级电容的作用类似于一个缓冲池，由于太阳能发电薄膜产生的电能很小不足以维持长时间的对锂电池进行充电，电池管理电路就会频繁的对锂电池进行充电导致锂电池的寿命大打折扣，而超级电容是一个储能器，其先将太阳能发电薄膜产生的电能存储起来，等到电容里的电能存满了再启动对锂电池的充电，这样大大降低了锂电池的充放次数，从而可以保护锂电池。此外电池管理单元负责给整个系统提供稳定的电压输出并实时监控电池的状态，这些状态数据通过微处理器处理后，通过物联网通讯组件送到云端服务器。

进一步，所述柔性太阳能发电膜输出端与所述电池管理单元输入端相连，所述电池管理单元与所述锂电池双向连接。所述物联网通讯组件输出端与所述物联网通讯天线输入端连接，所述NFC控制器与所述NFC天线双向连接，所述GPS组件输出端与所述GPS天线输入端连接。

进一步，所述电池管理单元上设置有超级电容，其将太阳能发电膜产生的微弱电能存储到一定程度然后供给电池管理单元。太阳能薄膜电池对超级电容充电，随着充电时间积累超级电容的电压会逐渐升高，当超级电容的电压大于设定的充电阈值时，电池管理单元就开始对锂电池充电，直到超级电容的电压小于设定阈值时随即停止充电，等到超级电容的电压大于设定的充电阈值时在对锂电池进行充电，以此往复.

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)利用消防栓通常布置在露天环境中这一特点，通过柔性太阳能发电膜将太阳能转化为电能，无电池需要更换可长时间使用，使得消防栓实现能源自动收集，降低了维护成本。

(2)在监测的过程中，传感器将收集到的数据传递给控制处理单元，控制处理单元将数据通过NFC天线无线传输给外部NFC设备，并可接收外部NFC设备传递过来的数据通过物联网通讯天线无线传输给云端服务器，实现对消防栓状态的实时监控。

附图说明：

图1是本实用新型之消防栓的剖视图；

图2是本实用新型之各部件连接关系图。

其中：

1.栓体，11.空心连杆，12.阀瓣，13.温度压力传感器，14.电容液位传感器，15.不锈钢管，16.磁性齿轮；2.阀体，21.消防帽盖体，22.支撑板；3.消防帽，31.柔性太阳能发电膜，32.锂电池，33.外部NFC设备，34.NFC天线，35.云端服务器，36.物联网通讯天线；4.市政消防给水管；5.控制处理单元，51.霍尔效应传感器，52.微处理器，53.电池管理单元，54.物联网通讯组件，55.NFC控制器，56.GPS组件，57.姿态传感器，58.数据加密单元，59.GPS天线。

具体实施方式：

以下结合实施例和附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1和2所示，基于物联网具有能量收集功能的智能消防栓包括栓体1、阀体2、消防帽3和市政消防给水管4，所述消防帽3安装在所述栓体1顶端，所述阀体2顶端安装在所述栓体1底端，所述阀体2底部安装在所述市政消防给水管4顶部开口位置；所述消防帽3上表面附着有用于发电的柔性太阳能发电膜31；所述消防帽3内部安装有控制处理单元5、锂电池32、用于与外部NFC设备33交换数据的NFC天线34和用于将数据传送到云端服务器35的物联网通讯天线36，所述控制处理单元5与所述NFC天线34双向相连，所述控制处理单元5输出端所述物联网通讯天线36相连，所述柔性太阳能发电膜31输出端与所述控制处理单元5输入端相连，所述锂电池31与所述控制处理单元5双向连接。利用消防栓通常布置在露天环境中这一特点，通过柔性太阳能发电膜将太阳能转化为电能，无电池需要更换可长时间使用，使得消防栓实现能源自动收集，降低了维护成本。在监测的过程中，传感器将收集到的数据传递给控制处理单元，控制处理单元将数据通过NFC天线无线传输给外部NFC设备，并可接收外部NFC设备传递过来的数据，通过物联网通讯天线无线传输给云端服务器，实现对消防栓状态的实时监控。

栓体1内部中心轴线上设有用于水流通过并贯穿所述栓体1顶部和底部的空心连杆11，空心连杆11底端固定安装有呈水平设置的阀瓣12，阀瓣12下表面中心位置处安装有温度压力传感器13，所述温度压力传感器13输出端与所述控制处理单元5输入端相连。

作为一种优选的实施方式，栓体1内部安装有电容液位传感器14，所述电容液位传感器14由两根相互平行的不锈钢金属棒组成，所述电容液位传感器14输出端与所述控制处理单元5输入端相连。

电容液位传感器是用于测量消防栓栓体内的水位位置的，当阀门漏水时栓体内的水位会升高，通过电容液位传感器可以测量栓体内是否有水以及水位的变化情况，根据这些数据可以判断消防栓是否漏水以及漏水的严重情况。

下面说明工作原理以及连接关系：电容液位传感器是两根不锈钢金属棒构成，电容的两极连接到控制处理单元，控制处理单元测量两根金属棒之间的电容，即为互电容。水位越高电容面积越大，电容量就越大。根据两根金属棒之间的电容大小以及一定时间内电容的变化，微处理器可以计算出是否漏水以及漏水的严重程度，这些数据通过物联网通讯天线发送到云端处理器。

作为一种优选的实施方式，所述阀瓣12与所述控制处理单元5之间设有不锈钢管15，所述温度压力传感器13通过信号线缆与所述控制处理单元5连接，所述信号线缆位于所述不锈钢管15内部。

温度压力传感器本体穿过阀瓣，其通过设置在阀瓣底部的小孔监测消防给水管道中的水压，温度压力传感器的信号线缆穿过固定在连杆上的不锈钢管和控制处理单元连接，将温度压力数据传输给控制处理单元，控制处理单元通过物联网通信模块将数据上传至云端服务器。

作为一种优选的实施方式，所述空心连杆11上方外圆周位置处固定安装有磁性齿轮16，所述控制处理单元5内部设有用于对所述磁性齿轮16转动的齿数计数的霍尔效应传感器51。

磁性齿轮以及控制处理单元上的霍尔效应传感器组成了一个消防栓阀门打开报警装置，其连接关系是：霍尔效应传感器设置在控制处理单元上，磁性齿轮固定在连杆上。当有人取水转动连杆带动磁性齿轮一起转动，霍尔效应传感器就会对磁性齿轮转动的齿数计数，每一个齿触发一个脉冲，这样就可以监测是是否有人打开消防栓阀门，微处理器根据脉冲数还可以计算出阀门的开合程度；结合压力传感器的数据还可以推算出出水流量。

作为一种优选的实施方式，消防帽3包括位于上方的呈倒碗状的消防帽盖体21和固定在所述栓体1顶端的支撑板22，所述控制处理单元5固定安装在所述支撑板22上表面。

作为一种优选的实施方式，所述控制处理单元5还包括微处理器52、电池管理单元53、物联网通讯组件54、NFC控制器55、GPS组件56、姿态传感器57和数据加密单元58，所述姿态传感器57、霍尔效应传感器51、电池管理单元53、电容液位传感器14、温度压力传感器13输出端与所述微处理器52输入端相连，所述微处理器52输出端与所述数据加密单元58、GPS组件56输出端相连；所述NFC控制器55与所述微处理器52双向连接。

本申请中，消防栓帽是采用高强度塑料一体成型的，在其表面之上嵌入柔性太阳能发电薄膜，柔性太阳能发电薄膜和电池管理单元连接，电池管理单元上设置有超级电容用于收集太阳能电池所发的电能，即太阳能电池对超级电容充电，随着充电时间积累超级电容的电压会逐渐升高，当超级电容的电压大于设定的充电阈值时，电池管理单元就开始对锂电池充电，直到超级电容的电压小于设定阈值时随即停止充电，等到超级电容的电压大于设定的充电阈值时再对锂电池进行充电，以此往复。

在这里超级电容的作用类似于一个缓冲池，由于太阳能发电薄膜产生的电能很小不足以维持长时间的对锂电池进行充电，电池管理电路就会频繁的对锂电池进行充电，这会导致锂电池的寿命大打折扣；而超级电容是一个储能器，其先将太阳能发电薄膜产生的电能存储起来，等到电容里的电能存满了再启动对锂电池的充电，这样大大降低了锂电池的充放次数从而可以保护锂电池。此外电池管理单元负责给整个系统提供稳定的电压输出，实时监控电池的状态，这些状态数据通过微处理器处理后，通过物联网通讯组件送到云端服务器。

作为一种优选的实施方式，所述柔性太阳能发电膜31输出端与所述电池管理单元53输入端相连，所述电池管理单元53与所述锂电池32双向连接。物联网通讯组件54输出端与所述物联网通讯天线36输入端连接。

NFC控制器55与所述NFC天线34双向连接。

GPS组件56输出端与所述GPS天线59输入端连接，GPS组件用于获取消防栓所在的位置信息。

在一些实施例中，所述姿态传感器可以实时获取消防栓的倾角、加速度、震动等姿态信息。这些信息通过控制处理单元上的微处理器处理后上传至云端服务器。

NFC天线和NFC控制器双向连接，NFC控制器以及天线可以实现非接触式数据传输，可以将设备的运行状态参数发送出去，也可以接收外部NFC设备发来的数据，巡检人员可以使用手持式NFC读写器或者带NFC功能的手机和消防栓进行数据交互，巡检人员就可以获取消防栓的实时运行状况等故障信息，从而判断是否需要维修维护，控制单元也会将巡检人员的身份信息和维护记录上传到云端服务器，云端服务器中的监控软件就可以对每个消防栓的维护记录进行管理、存档，解决市政消防栓维护难管理手段落后的问题，实现消防栓的巡检维护的信息化。

物联网通讯组件为控制处理单元内部组成部分，其优先选用基于NB-IOT网络的通信组件，其作用是将控制处理单元上获取的各项数据通过物联网通讯天线发送到云端服务器。数据加密单元作用是将所有要发送的数据进行加密处理后再通过物联网通信组件发送出去。

上述说明示出并描述了本实用新型的优选实施例，如前所述，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.基于物联网具有能量收集功能的智能消防栓，其特征在于，包括栓体、阀体、消防帽和市政消防给水管，所述消防帽安装在所述栓体顶端，所述阀体顶端安装在所述栓体底端，所述阀体底部安装在所述市政消防给水管顶部开口位置；所述消防帽上表面附着有用于发电的柔性太阳能发电膜；所述消防帽内部安装有控制处理单元、锂电池、用于与外部NFC设备交换数据的NFC天线和用于将数据传送到云端服务器的物联网通讯天线，所述控制处理单元与所述NFC天线双向相连，所述控制处理单元输出端所述物联网通讯天线相连，所述柔性太阳能发电膜输出端与所述控制处理单元输入端相连，所述锂电池与所述控制处理单元双向连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网具有能量收集功能的智能消防栓，其特征在于，所述栓体内部中心轴线上设有用于水流通过并贯穿所述栓体顶部和底部的空心连杆。

3.根据权利要求2所述的一种基于物联网具有能量收集功能的智能消防栓，其特征在于，所述空心连杆底端固定安装有呈水平设置的阀瓣。

4.根据权利要求3所述的一种基于物联网具有能量收集功能的智能消防栓，其特征在于，所述阀瓣下表面中心位置处安装有温度压力传感器，所述温度压力传感器输出端与所述控制处理单元输入端相连。

5.根据权利要求4所述的一种基于物联网具有能量收集功能的智能消防栓，其特征在于，所述栓体内部安装有电容液位传感器，所述电容液位传感器由两根相互平行的不锈钢金属棒组成，所述电容液位传感器输出端与所述控制处理单元输入端相连。

6.根据权利要求5所述的一种基于物联网具有能量收集功能的智能消防栓，其特征在于，所述阀瓣与所述控制处理单元之间设有不锈钢管，所述温度压力传感器通过信号线缆与所述控制处理单元连接，所述信号线缆位于所述不锈钢管内部。

7.根据权利要求6所述的一种基于物联网具有能量收集功能的智能消防栓，其特征在于，所述空心连杆上方外圆周位置处固定安装有磁性齿轮，所述控制处理单元内部设有用于对所述磁性齿轮转动的齿数计数的霍尔效应传感器。

8.根据权利要求7所述的一种基于物联网具有能量收集功能的智能消防栓，其特征在于，消防帽包括位于上方的呈倒碗状的消防帽盖体和固定在所述栓体顶端的支撑板，所述控制处理单元固定安装在所述支撑板上表面。

9.根据权利要求8所述的一种基于物联网具有能量收集功能的智能消防栓，其特征在于，所述控制处理单元还包括微处理器、电池管理单元、物联网通讯组件、NFC控制器、GPS组件和姿态传感器，所述姿态传感器、霍尔效应传感器、电池管理单元、电容液位传感器、温度压力传感器输出端与所述微处理器输入端相连，所述微处理器输出端与所述数据加密单元、GPS组件输出端相连；所述NFC控制器与所述微处理器双向连接。

10.根据权利要求9所述的一种基于物联网具有能量收集功能的智能消防栓，其特征在于，所述柔性太阳能发电膜输出端与所述电池管理单元输入端相连，所述电池管理单元与所述锂电池双向连接；所述电池管理单元上设置有超级电容，其将太阳能发电膜产生的微弱电能存储到一定程度然后供给电池管理单元。