一种智慧消防系统
阅读说明：本技术 一种智慧消防系统 (Wisdom fire extinguishing system ) 是由 江琼琴 宋文广 赵俊峰 王剑 王同喜 陈中举 胡杰 白凯 童浩 熊玉仙 熊智飞 于 2021-07-21 设计创作，主要内容包括：本发明申请属于消防建设技术领域,具体公开了一种智慧消防系统,包括智慧消防数据采集终端、智慧消防数据传输模块、物联网终端接入平台和物联网终端应用；智慧消防数据采集终端中多种类型环境监测传感器构成感知节点；采集到的数据通过NB-IoT模块向物联网终端接入平台中物联网平台传输,同时接收平台服务器下发的各种指令,通过串口发送给单片机,物联网终端接入平台在终端与服务器间进行信息传递,完成设备的接入、协议转换、数据实时分析和终端设备状态诊断,物联网终端接入平台再将数据转发到物联网终端应用中,实现数据可视化,并可以下发指令进行远程控制。一种智慧消防系统安全,稳定,成本低,解决了建筑物消防系统中信息孤岛的问题。(The invention belongs to the technical field of fire fighting construction, and particularly discloses an intelligent fire fighting system which comprises an intelligent fire fighting data acquisition terminal, an intelligent fire fighting data transmission module, an Internet of things terminal access platform and an Internet of things terminal application; multiple types of environment monitoring sensors in the intelligent fire-fighting data acquisition terminal form a sensing node; the acquired data are transmitted to an Internet of things platform in an Internet of things terminal access platform through an NB-IoT module, various instructions issued by a platform server are received, the instructions are sent to a single chip microcomputer through a serial port, the Internet of things terminal access platform conducts information transmission between a terminal and the server, access of equipment, protocol conversion, data real-time analysis and terminal equipment state diagnosis are completed, the Internet of things terminal access platform forwards the data to an Internet of things terminal application, data visualization is achieved, and the instructions can be issued for remote control. The utility model provides a wisdom fire extinguishing system safety, stable, with low costs, solved the problem of information isolated island among the building fire extinguishing system.)
技术领域
本发明属于消防建设技术领域，具体公开了一种智慧消防系统。
背景技术
随着智能城市的建设，物联网、大数据、云计算等新兴技术的出现，消防行业逐渐从传统的被动火灾进行智能预防。近年来，随着城市建设的加快，高层建筑的建设逐渐增多，但社会公共消防的基本力量薄弱，监督对象复杂，给消防工作带来巨大压力。随着智慧城市建设，利用物联网、大数据、云计算等新兴技术，消防行业逐渐从传统被动消防为智能防范。近几年随着城市建设脚步的加快，高层建筑逐渐增多，加之社会公共消防基础力量薄弱、监管对象众多且复杂，给消防工作带来巨大压力，如何防患火灾、确保消防安全，就成为当今城市治理中的重点和难点问题。
当前传统的消防系统和消防监控系统依然存在着各种各样的问题，针对不同场景会凸显的较为明显，而且各种系统是分散独立的存在，传感器采集的数据分放在不同的系统之中，数据之间缺乏相互联系和与历史数据对比分析，造成信息孤岛。传统消防中一些监控设备大多采用现场布线方式的有线连接，通过有线连接的方式相较于无线连接的方式可拓展性与可移植都相对较差，而且现场布线施工复杂难度较大，甚至采用有线连接方式一些监控点难以监测到。在传统消防数据信息收集，一方面是监测系统中的传感器采集数据信息，另一方面则是人工进行检查并记录，造成数据更新不及时，数据不一致等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智慧消防系统，以解决建筑物消防系统中信息孤岛的问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：一种智慧消防系统，包括智慧消防数据采集终端、智慧消防数据传输模块、物联网终端接入平台和物联网终端应用；
所述智慧消防数据采集终端为感知层，用于消防系统中环境监控和环境参数采集，同时接收远程服务器下发的指令；
所述智慧消防数据传输模块为网络层，用于将数据采集终端采集到的数据向物联网终端接入平台传输，同时接收物联网终端接入平台服务器下法的各种指令；
所述物联网终端接入平台为平台层，用于负责设备接入、协议转换、数据实时分析和终端设备状态诊断；
所述物联网终端应用为应用层，用于查看环境监测数据和下发指令进行远程控制，实现数据可视化，为用户决策提供信息。
本技术方案的工作原理在于：
智慧消防数据采集终端中多种类型环境监测传感器构成感知节点，以微控制器为控制和数据采集中心，完成环境监控，环境参数的采集；采集到的数据通过NB-IoT模块向物联网终端接入平台中物联网平台传输，同时接收平台服务器下发的各种指令，通过串口发送给单片机，单片机做出相应的控制动作，物联网终端接入平台在终端与服务器间进行信息传递，完成设备的接入、协议转换、数据实时分析和终端设备状态诊断，物联网终端接入平台再将数据转发到物联网终端应用中，实现数据可视化，为用户决策提供信息，并可以下发指令进行远程控制。
本技术方案的有益效果在于：
(1)一种智慧消防系统，设有统一全面的感知节点，可以实现对环境实时自动监测，包括对环境温湿度监测、可燃气体监测、火焰监测、电压检测等，同时可以实现预警与自动报警，当终端节点检测到环境出现异常情况时，消防系统自动向平台上报，当出现火情时，立即自动报警，通知相关人员进行第一时间处理，也可通过平台进行远程控制，实现及时发现及时处理的良性管理机制，解决了建筑物消防系统中信息孤岛的问题。
(2)一种智慧消防系统，可以实现远程控制，在平台上可以查看终端实时数据以及历史数据，控制设备开启关闭，并对设备监控阈值进行设置，使得系统具备高可控性并合理运行；同时一种智慧消防系统设备低功耗，环境检测需要部署大量的终端设备，采用低功耗设备可使用干电池进行供电，并且可以长时间使用。
进一步，智慧消防数据采集终端包括感知节点、微控制器、控制单元和数字电路；所述感知节点用于多种类型环境监测和参数采集，包括温湿度、可燃气体、火焰传感器和电压、消防水监测传感器；所述微控制器用于控制数据采集、接受和下发指令；所述控制单元包括蜂鸣器和继电器；所述数字电路包括电源电路、USB转串口电路和LED电路。采用低功耗设备可使用干电池进行供电，并且可以长时间使用。
进一步，智慧消防数据传输模块包括NB-IoT通信模块与eMTC通信模块，所述NB-IoT通信模块是指将NB-IoT协议栈、基带芯片，RF芯片组合在Voard印刷电路板(PCB)上并向外部提供硬件引脚和软件接口的模块，用于将智慧消防数据采集终端采集到的数据向物联网终端接入平台传输，接收物联网终端接入平台下发的各种指令，所述eMTC通信模块用于消防报警和定位。
进一步，物联网终端接入平台包括物联网云平台和智能消防监测服务器，所述物联网平台接入数据终端设备进行管理和控制，在终端与服务器间进行信息传递。
进一步，物联网终端应用包括手机终端和PC浏览器，主要为数据信息管理平台，用于查看环境监测数据和下发指令。
附图说明
图1是本发明一种智慧消防系统的总体架构设计图；
图2是本发明一种智慧消防系统的数据采集终端结构图；
图3是本发明实施例中STM32L431RCT6芯片LQFP64封装的引脚布局图；
图4是本发明实施例中STM32L431RCT6芯片的最小系统原理图；
图5是本发明实施例中STM32L431RCT6电源转换电路图；
图6是本发明实施例中USB转USART串口电路图；
图7是本发明实施例中LED灯电路原理图；
图8是本发明实施例中DTH11温湿度传感器电路原理图；
图9是本发明实施例中MQ-7可燃气体检测传感器原理图；
图10是本发明实施例中LM393火焰检测传感器电压比较器电路图；
图11是本发明实施例中LT-163单相互感式电压采集模块；
图12是本发明实施例中BC35-G功能框图；
图13是本发明实施例中BC35-G模组原理图；
图14是本发明实施例中BC35-G电路原理图；
图15是本发明实施例中蜂鸣器原理图；
图16是本发明实施例中继电器原理图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
实施例基本如附图1-16所示，一种智慧消防系统，包括智慧消防数据采集终端、智慧消防数据传输模块、物联网终端接入平台和物联网终端应用；
所述智慧消防数据采集终端，用于消防系统中环境监控和环境参数采集，同时接收远程服务器下发的指令；所述智慧消防数据传输模块，用于将数据采集终端采集到的数据向物联网终端接入平台传输，同时接收物联网终端接入平台服务器下法的各种指令；所述物联网终端接入平台，用于设备接入、协议转换、数据实时分析和终端设备状态诊断；所述物联网终端应用，用于查看环境监测数据和下发指令进行远程控制，实现数据可视化，为用户决策提供信息。
具体实施过程如下：
结合图1所示，智慧消防数据采集终端中，由温湿度监测，可燃气体监测，电压监测、火焰监测、消防水监测多种类型环境监测传感器构成感知节点，以微控制器为控制和数据采集中心，以及控制单元蜂鸣器、继电器，负责消防系统中环境监控，环境参数的采集，同时接收远程服务器下发的指令，对控制单元进行控制；智慧消防数据传输模块中，NB-IoT通信模块与eMTC通信模块，通过COAP协议与OceanConnect物联网平台进行通信，将智慧消防数据采集终端中采集到的数据通过NB-IoT模块向物联网终端接入平台中物联网平台传输，同时接收平台服务器下发的各种指令，通过串口发送给单片机，单片机做出相应的控制动作，eMTC通信模块通过结合消防防设备，消防指示牌，消防报警按钮，完成消防报警并且迅速定位位置，同时通过VoLTE通话完成消防指挥与疏散；物联网终端接入平台接入数据终端设备进行管理和控制，物联网平台在终端与服务器间进行信息传递，完成设备的接入、协议转换、数据实时分析和终端设备状态诊断，数据终端发送数据到物联网平台，物联网平台再将数据转发到应用服务器中；物联网终端应用作为数据信息管理平台，实现数据可视化，为用户决策提供信息，管理人员通过手机或者PC端，对环境监测数据进行查看，并可以下发指令进行远程控制。
实施例中，智慧消防数据采集终端中的微控制器为STM32L431RCT6(STMicroelectronics)，STM32L431RCT6主控是基于ARM Cortex-M432位RISC内核的高性能超低功率的微控制器，最高主频可达80MHz，具有浮点运算单元(FPU)支持单浮点数据处理指令和数据类型处理，实现全套DSP指令和一个存储保护单元(MPU)，从而增强了应用程序的安全性。STM32L431RCT6支持超低功耗，具有睡眠、停机和待机三种低功耗模式，一个低功耗RTC，一个通用32位定时器，一个16位专门用于电机控制的PWM定时器，四个通用16位定时器和两个16位低功耗定时器，工作电压范围为1.71V-3.6V，提供一个高速的12位ADC5Msps，高达16位，2个12位DAC输出通道，低功率采样和保持。具有16个通信接口包含1个SAI串行音频接口，3个I2C总线，4个USART、1个LPUART串口接口，3个SPI串行总线接口，CAN和SDMMC接口等。智慧消防系统采用STM32L431RCT6芯片为LQFP64封装，引脚布局和最小原理如图3和图4所示，主控芯片嵌入了高速存储器，高达256Kb的内存和64Kb的SRAM，LQFP64封装，多达83个I/O，一个Quad SPI内存接口、增强型可扩展I/O、外设可连接到链条APB总线，两条AHB总线和一个32位AHB总线矩阵。
实施例中，智慧消防数据采集终端输入电源电压为5V，主控制器STM32L431RCT6的工作电压为1.71v-3.6V，在电压转换过程中，需要将5V电压转化成3.3V电压，电源转换电路原理图如图5所示。
实施例中，智慧消防系统电路设计中使用CH340G芯片实现将USB转USART串口，如图6所示，可以计算机与数据采集终端之间的通信，用于串口输出打印MCU中信息，也可以实现ISP下载与测试调试工作。CH340G的TXD引脚与串口RX引脚相连接，RXD引脚与串口TX引脚相连接，CH340G工作电压为3.3V或5V，可以实现单工、半双工或者全双工模式用于MCU串口进行通信。
实施例中，智慧消防系统电路设计中使用LED灯为状态指示如图7所示，sys为系统电源指示灯，LED0位BC35-G状态的指示灯，LED1为BC35-G功能的指示灯，三个LED共阳极，电源指示灯负极直接与地连接通电时，系统指示灯会自动亮起，BC35-G状态的指示灯表明NB-IoT模块是否搜索到网络，BC35-G功能的指示灯表明NB-IoT模块是否正常收发数据。
实施例中，一种智能消防系统选择DHT11芯片采集智能防火系统的温度和湿度，如图8所示。DHT11芯片精度为：湿度±5％RH，温度±2℃，湿度范围20-90％RH，温度-40-80℃。DHT11数字湿度温度传感器使用单一总线数据格式，即一个数据引脚端口完成了双向输入和输出传输。数据包由5个字节(40位)组成，数据分为小数部分和整个部分。完整的数据传输为40位，并且最高顺序排在第一位。传感器数据的输出是未编码的二进制数据。数据(湿度，温度，整数，十进制)必须分别处理。DHT11的数据格式非常简单。DHT11与MCU之间的通信最长约为3ms，并且主机的连续读取时间间隔应不少于100ms。将STM32微控制器的I/O端口与DHT11 DATA引脚相连，并在DATA引脚上连接一个上拉电阻，以在微控制器与温度和湿度传感器之间进行通信。
实施例中，一种智能消防系统的可燃气体检测传感器选用烟雾传感器MQ-7，如图9所示，该传感器广泛用于家用燃气，工业燃气和便携式火灾探测器的泄漏报警。它对液化气，甲烷，丙烷，丁烷和烟气具有很高的灵敏度，并且与气体泄漏检测和烟气检测相吻合。MQ-7气体传感器中使用的气体敏感材料是二氧化锡(SnO2)，在清洁空气中导电率低。当传感器所在的环境中存在可燃气体时，传感器的电导率会随着空气中可燃气体的浓度而增加，包括使用简单的电路将电导率的变化转换为与气体浓度相对应的输出信号。
实施例中，一种智能消防系统的火焰检测传感器采用宽电压LM393电压比较器，如图10所示，用于检测各种火源，并可以检测波长在760nm-1100nm范围内的火焰或光源，火焰探测距离为80厘米，火焰越大，检测距离越大。检测角度约为60度左右，对火焰光谱特别敏感。工作电压为3.3V-5V，比较器的输出，波形良好，信号干净，大于15mA。
实施例中，一种智能消防系统的电压检测传感器采用LT-163单相互感式计量模块，如图11所示，能够准确测量单相交流电压、电流、功率、功率因数、频率、电量等电参数，高隔离电压，具备1路TTL通讯接口，可以与MCU进行通讯。电压量程为60V-380V，电流量程为5A-100A，测量精度电压、电流、电量小于±1.0％。
实施例中，物联网终端接入平台中NB-IoT通信模块采用移远BC35-G系列的通信模块。BC35-G通信模块具有高性能和低功耗的特点，具有内置丰富网络服务协议栈，支持多个B1/B3/B5/B8/B20/B28频段，每个频段对应的频率范围。BC35-G的框图如图12所示。BC35-G模块共有94个引脚，其中54个是LCC引脚，另外40个是LGA引脚。图13显示了所有模块的引脚和接口设计，模块接口功能：电源、串口、USIM接口、模数转换接口、RI信号、网络状态指示灯接口。
实施例中，BC35-G的通过串口与MCU进行通信，默认波特率为9600bps，BC35-G的电路原理如图14所示，BC35-G的主串口与MCU控制器的串口3连接，NB_TX引脚连接UART3_RX，NB_RX引脚连接UART3_TX。VDD_EXT引脚可以输出3.0V电源，控制LED灯的状态。当NETLIGHT为高电平时模块注册到网络；为低电平时模块没有运行或者注册到网络。
实施例中，采用有源蜂鸣器作为火灾本地报警装置，蜂鸣器电路原理图如图15所示，MCU通过GPIO对BUZ引脚进行控制，连通PNP性三极管。当BUZ引脚为低电平时，PNP性三极管导通，蜂鸣器发生响声，当BUZ引脚为高电平时，PNP性三极管截止，蜂鸣器停止。
实施例中，智慧消防消防系统中设计终端控制单元继电器，如图16所示。在数据采集终端检测到火情发生时，通过继电器开关打开喷水设置，进行第一时间处理，实现早发现、早处理的目标。继电器分为两端，两端的电路是隔离开来的，一端接入电路中为高电流高电压，一端与主控器相连接，用于低电流低电压的控制。继电器工作原理在输入量变化时控制触点的打开和关闭。当满足指定要求时，输出电路中会发生预定的阶跃变化，该输出电路实际上是一个以小电流控制大电流的自动开关。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。