消防栓水流量监测终端的制作方法

1.本发明涉及消防栓安全监测领域，具体为一种消防栓水流量监测终端。


背景技术：

2.消防栓，正式叫法为消火栓，一种固定式消防设施，主要作用是控制可燃物、隔绝助燃物、消除着火源。分室内消火栓和室外消火栓。消防系统包括，室外消火栓系统，室内消火栓系统，灭火器系统，有的还会有自动喷淋系统，水炮系统，气体灭火系统，火探系统，水雾系统等。消火栓套装一般由消防箱 消防水带 水枪 接扣 栓 卡子等组合而成，消火栓主要供消防车从市政给水管网或室外消防给水管网取水实施灭火，也可以直接连接水带、水枪出水灭火。所以，室内外消火栓系统也是扑救火灾的重要消防设施之一。
3.目前对消防栓进行监测管理时，消防栓信息获取操作复杂片面，操作人员无法根据信息实施相应的决策与管护，并且目前绝大多数的消防双都不带有监测功能，很多时候均需要对消防双进行改造，但是目前的监控设备与消防栓连接困难，需要对消防栓进行大面积的改造，这样大大增加了消防栓的改造陈本，同时目前的监控设备也无法满足对消防栓信息的全面监控。


技术实现要素：

4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种消防栓水流量监测终端，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.(二)技术方案
7.为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种消防栓水流量监测终端，包括mcu、安装mcu的盒体和消防栓，所述mcu安装在消防栓内部，所述消防栓通过固定座和螺栓安装有盒体，所述消防栓与盒体之间设置有底板，所述消防栓上安装有导流筒和阀塞，所述mcu分别与电压采集模块、压力信号采集模块、流量信号采集模块、水位信号采集模块、盒体分离霍尔、滚珠开关、上位机和数据服务器通信连接，所述数据服务器与数据展示端通信连接，所述盒体分离霍尔和滚珠开关均安装在盒体上。
8.作为进一步优选，所述mcu内部设置有a/d转换、中断计数、rtc时钟、中断处理和功能逻辑及算法处理，所述mcu内部还设置有温度传感器，所述mcu通过温度传感器、压力信号采集模块、流量信号采集模块、水位信号采集模块、盒体分离霍尔和滚珠开关采集环境工作温度、消防管道水压压力值、开关量，再由mcu内部的rtc时钟、温度传感器、中断处理以及功能逻辑及算法处理实现算法和步骤完成消防栓水流量检测，所述mcu通过4g模组发送数据包至数据服务器，再由数据服务器发送到数据展示端，实现大数据平台的展示和实时监管功能。
9.作为进一步优选，所述压力信号采集模块包括压力传感器和压力检测源，所述压力传感器安装在阀塞上，所述压力传感器检测消防管内的水压力对接到压力检测源，通过
压力检测源对水压力进行监测计算、放大、变送处理得到采集电压值，送至mcu，由mcu的a/d转换对采集电压值进行转换得出消防管道内实时压力值。
10.作为进一步优选，所述流量信号采集模块包括流量传感器和霍尔检测源，所述流量传感器安装在导流筒内，所述流量传感器受到消防栓内水流推动触发霍尔检测源，使mcu产生外部io中断并进行中断计数，通过功能逻辑及算法处理记录中断计数，计算出霍尔检测源频率，计算公式为：q＝(1.308220 0.043099f 0.000383f2*((πr2)
÷
(πr2)*60
÷
1000)，
11.其中f为频率，q为最终流量结果,r为消防栓半径，r为导流筒半径。
12.作为进一步优选，所述水位信号采集模块包括水位检测传感器和水位检测源，所述水位检测传感器与流量传感器为一体，且安装在导流筒内，当阀门打开或消防栓体内有积水时，触发水位检测源为低电平，水位检测源默认高电平；mcu通过常用io输入功能检测水位检测传感器的电平值，再通过功能逻辑及算法处理去处理水位情况。
13.作为进一步优选，所述底板内搭载有磁铁，当盒体正确安装或靠近时，磁铁能够触发盒体分离霍尔为正常状态；当消消防栓水流量监测终端被非法打开或被恶意破坏时，通过盒体分离霍尔触发mcu直接进入中断处理或唤醒mcu深度睡眠状态进入工作状态，进行中断处理时，直接启动4g模组等待状态确认；为防止误动作或干扰情况，盒体分离进行十秒状态确认，十秒状态确认还未到时，又重新触发盒体分离霍尔导致mcu中断，则重新计时，五秒一次，由4g模组往服务器，发送状态情况，告诉服务器滚珠开关还未确认；十秒状态确认到时，通过mcui/o采集，如果盒体状态未发生变化或未发生状态翻转，关闭模组，设置rtc闹钟，进入睡眠；如状态发生翻转时，4g模组直接发送盒体分离状态事件后，再继续发送采集的其他数据或之前采集未发送的数据。
14.作为进一步优选，所述滚珠开关采集精度为45度；既当消防栓体出现故障或被恶意破坏、偷盗情况，造成消防栓倾斜超过45度时，滚珠开关触发mcu直接进入中断处理模式或唤醒mcu深度睡眠状态进入工作状态，进行中断处理模式；直接启动4g模组等待状态确认；如滚珠状态一直触发mcu发生中断，五秒一次，则由4g模组往服务器，发送状态情况，告诉服务器滚珠还未确认；十秒状态确认到时，通过mcui/o采集，如果倾斜状态未发生变化或未发生状态翻转，关闭模组，设置rtc闹钟，进入睡眠；如倾斜状态发生翻转时，4g模组直接发送倾斜状态事件后，再继续发送采集的其他数据或之前采集未发送的数据。
15.作为进一步优选，所述mcu内置模块rtc时钟主要用于设置闹钟，所述电压采集模块具体用于采集系统工作电压。
16.作为进一步优选，所述功能逻辑及算法处理基于硬件设计进行算法处理，数据存储量9600条，按循环存储方式进行存储；每条数据存储的内容分别有：压力值、工作环境温度值、盒体状态、撞到状态、阀门状态、消防栓体积水状态、流量计量、压力变化率报警、采集次数、系统电压值、压力过压/压报/正常报警状态；存储的数据系统通过精简16进制方式或json方式进行数据组包，选择不同的服务器通过不同的传输协议进行传输；消火栓智能监测终端支持的协议如下有file、gnss、http、tcp、uac、mms和mqtt。
17.(三)有益效果
18.本发明提供了一种消防栓水流量监测终端，具备以下有益效果：
19.1、安装的优越性，90％情况下不需挖掘路面，能完成安装；
20.2、老旧消防栓及各种结构消防栓，都能进行改造；
21.3、4g网络覆盖率广，传输速率快，事件优先处理上报，二十秒完成上报，适应于各种复杂环境；
22.4、水位检测及流量计量功能，实时检测阀门及消防栓体积水(排除积水情况对冷冻栓体造成的危害)，对偷水用水情况实时计量监测；
23.5、远程ota在线升级管理，实时对系统程序软件出现的bug进行维护更新。
附图说明
24.图1为本发明的消防栓水流量监测终端结构示意图；
25.图2为本发明的消防栓水流量监测终端中mcu结构示意图；
26.图3为本发明的消防栓水流量监测终端与消防栓安装的结构示意图。
27.图中：1消防栓、2盒体、3固定座、4螺栓、5底板、6导流筒、7阀塞。
具体实施方式
28.下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
29.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，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一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
30.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；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。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。
31.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
32.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的
关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
33.本发明实施例提供一种消防栓水流量监测终端，包括mcu、安装mcu的盒体2和消防栓1，mcu安装在消防栓1内部，消防栓1通过固定座3和螺栓4安装有盒体2，消防栓1与盒体2之间设置有底板5，消防栓1上安装有导流筒6和阀塞7，mcu分别与电压采集模块、压力信号采集模块、流量信号采集模块、水位信号采集模块、盒体分离霍尔、滚珠开关、上位机和数据服务器通信连接，数据服务器与数据展示端通信连接，盒体分离霍尔和滚珠开关均安装在盒体2上。
34.在本实施例中，mcu内部设置有a/d转换、中断计数、rtc时钟、中断处理和功能逻辑及算法处理，mcu内部还设置有温度传感器，mcu通过温度传感器、压力信号采集模块、流量信号采集模块、水位信号采集模块、盒体分离霍尔和滚珠开关采集环境工作温度、消防管道水压压力值、开关量，再由mcu内部的rtc时钟、温度传感器、中断处理以及功能逻辑及算法处理实现算法和步骤完成消防栓水流量检测，mcu通过4g模组发送数据包至数据服务器，再由数据服务器发送到数据展示端，实现大数据平台的展示和实时监管功能。
35.具体的，压力信号采集模块包括压力传感器和压力检测源，压力传感器安装在阀塞7上，压力传感器检测消防管内的水压力对接到压力检测源，通过压力检测源对水压力进行监测计算、放大、变送处理得到采集电压值，送至mcu，由mcu的a/d转换对采集电压值进行转换得出消防管道内实时压力值。
36.其中，a/d转换对采集电压值的转换公式为：p＝(采集电压值v-0.3v)
÷
2.97v*2mpa
37.在本实施例中，流量信号采集模块包括流量传感器和霍尔检测源，流量传感器安装在导流筒6内，流量传感器受到消防栓内水流推动触发霍尔检测源，使mcu产生外部io中断并进行中断计数，通过功能逻辑及算法处理记录中断计数，计算出霍尔检测源频率，换算为瞬时流量计算公式为：q＝(1.308220 0.043099f 0.000383f2*((πr2)
÷
(πr2)*60
÷
1000)，为了避免错误动作，频率达到2hz后，则判断为消防栓阀门打开，立即上报数据，4g模组立即启动，二十秒完成阀门打开事件优先上报处理，
38.其中f为频率，q为最终流量结果,r为消防栓半径，r为导流筒半径。
39.在本实施例中，水位信号采集模块包括水位检测传感器和水位检测源，水位检测传感器与流量传感器为一体，且安装在导流筒6内，当阀门打开或消防栓体内有积水时，触发水位检测源为低电平，水位检测源默认高电平；mcu通过常用io输入功能检测水位检测传感器的电平值，再通过功能逻辑及算法处理去处理水位情况。
40.其中，底板5内搭载有磁铁，当盒体2正确安装或靠近时，磁铁能够触发盒体分离霍尔为正常状态；当消消防栓水流量监测终端被非法打开或被恶意破坏时，通过盒体分离霍尔触发mcu直接进入中断处理或唤醒mcu深度睡眠状态进入工作状态，进行中断处理时，直接启动4g模组等待状态确认；为防止误动作或干扰情况，盒体分离进行十秒状态确认，十秒状态确认还未到时，又重新触发盒体分离霍尔导致mcu中断，则重新计时，五秒一次，由4g模组往服务器，发送状态情况，告诉服务器滚珠开关还未确认；十秒状态确认到时，通过mcui/o采集，如果盒体状态未发生变化或未发生状态翻转，关闭模组，设置rtc闹钟，进入睡眠；如状态发生翻转时，4g模组直接发送盒体分离状态事件后，再继续发送采集的其他数据或之
前采集未发送的数据。
41.进一步的，滚珠开关采集精度为45度；既当消防栓体出现故障或被恶意破坏、偷盗情况，造成消防栓倾斜超过45度时，滚珠开关触发mcu直接进入中断处理模式或唤醒mcu深度睡眠状态进入工作状态，进行中断处理模式；直接启动4g模组等待状态确认；如滚珠状态一直触发mcu发生中断，五秒一次，则由4g模组往服务器，发送状态情况，告诉服务器滚珠还未确认；十秒状态确认到时，通过mcui/o采集，如果倾斜状态未发生变化或未发生状态翻转，关闭模组，设置rtc闹钟，进入睡眠；如倾斜状态发生翻转时，4g模组直接发送倾斜状态事件后，再继续发送采集的其他数据或之前采集未发送的数据。
42.在本实施例中，mcu内置模块rtc时钟主要用于设置闹钟，电压采集模块具体用于采集系统工作电压。
43.因消火栓智能监测终端采用电池供电方式，则有部分采集的数据为被动信号，如压力传感器，水位检测传感器，mcu内置温度传感器，需mcu在工作模式下才能读取以上数据；如果mcu在深度睡眠模式下，当温度超过设定温度时，压力超出满量程时等等，mcu无法实时监测；则由数据服务器下发采集周期(默认十五分钟)，实现实时监测效果。
44.并且，mcu在工作状态时，由内置a/d进行采集，程序软件编程算法，通过公式：系统电压v＝ad采集值
÷
4096*3.3v*(150
÷
(150 100))；单位v；此参数为4g模组工作条件判断，当系统电压值小于4.6v时，不再启动4g模组工作，其次系统电压值也作为该消防栓水流量监测终端是否需要更换电池判断。
45.在本实施例中，功能逻辑及算法处理基于硬件设计进行算法处理，数据存储量9600条，按循环存储方式进行存储；每条数据存储的内容分别有：压力值、工作环境温度值、盒体状态、撞到状态、阀门状态、消防栓体积水状态、流量计量、压力变化率报警、采集次数、系统电压值、压力过压/压报/正常报警状态；存储的数据系统通过精简16进制方式或json方式进行数据组包，选择不同的服务器通过不同的传输协议进行传输；消火栓智能监测终端支持的协议如下有file、gnss、http、tcp、uac、mms和mqtt。
46.消防栓水流量监测终端的工作业务逻辑：系统初次上电默认设置相应参数如发送次数、开机次数等从一开始计数，存储到外部flash，当电压值正常时，启动4g模组以后，更新当前系统时间值，立即采集当前系统各种参数，进行存储，当压力过压/压报/正常报警状态不正常、盒体状态不正常、撞到状态不正常、阀门状态不正常、变化率状态不正常时，优先发送以上事件，后发送当前采集的存储数据；通过默认参数采集周期15分钟和默认上传周期1440分钟通过程序软件时间戳算法，计算下一次rtc闹钟启动时间，用于采集周期或发送数据周期唤醒系统工作；默认采集周期15分钟，则每天采集数据96条数据进行存储，通过4g模组的imei后两位数，以每天晚上00:00为基数偏移imei后两位数作为分钟，计算出系统的上传时间，达到错峰上传机制；减小服务器上传压力；
47.消防栓水流量监测终端由盒体分离霍尔、滚珠开关、阀门、流量传感器触发mcu发生中断唤醒，mcu进入正常工作状态后，检查系统工作电压是否满足模组启动条件，满足条件后，模组等待状态确认10s后，采集数据，判断压力值是否达到报警状态(默认压力最低报警值140kpa，最大压力报警值2000kpa)，与上一采集数据进行比较压力值，计算出变化率是否超出默认值50％；如以上状态发生翻转或者变化则上传上报数据；无状态发生翻转或者变化，则模组关闭，设置系统rtc闹钟，进入深度睡眠模式；
48.如发生中断触发mcu情况下，则系统进入正常采集周期，每次采集周期的数据与上一次采集的数据进行对比，无发生变化情况下，则存储数据后继续睡眠，达到上传周期后，上传当天采集的所有数据；可根据使用场景的不同或业务量的信息数据，通过数据平台服务器，修改相应参数:采集周期、上传周期、压力传感器采集最小值、最大值、变化率、压力最高报警值、最低报警值、压力传感器标称值、流量传感器比率、流量传感器偏差值、消防管直径，下发到系统参数；修正一些参数误差或业务逻辑，从而达到不同环境或不同客户需求；也可通过远程ota升级功能，更新程序代码，修改默认采集参数值达到目的。
49.综上，本发明提供的一种消防栓水流量监测终端，是一款实时监测消防栓体内的压力、消防栓内水流状况、及消防栓倾斜状况的智能监测设备；采用4g通讯方式，真正做到对消防栓偷水、用水计量、漏水或故障的实时监测，系统可针对消防栓进行远程实时监控，一旦消防栓被破坏或有人非法取水，即时上报报警信息，通过gps准确定位事发地点，使巡检人员能快速、高效的进行处理，即节约了人力成本，也减少了盗用消防水、破坏消防栓等现象发生；
50.同时具备消防栓开水、撞倒、倾斜监测报警功能，恶意破坏监测设备报警功能，及消防栓的状态信息通过无线网络发送给监控中心，监控中心对数据进行存储、分析、查询、报警处理等功能，并及时安排巡查人员进行现场取证、制止、恢复，帮助用户实现对消防栓及时高效的监管，解决市政消防栓维护不及时、不到位等隐患。并且在现有消防栓基础上稍作改动就可以升级成智慧消防栓。
51.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。