一种消防供水管网水压远程监测管理系统

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一种消防供水管网水压远程监测管理系统\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种监测装置，特别涉及一种消防供水管网水压远程监测管理系统。\n背景技术\n[0002] 城市消防供水管网和楼宇消防供水管网是城市基础设施和楼宇消防安全的重要组成部分，是关系到人民群众生命财产安全和社会稳定的大事。特别是高层建筑在长期使用过程中，人们往往缺乏消防安全意识，忽视了对火灾报警系统、消防供水管网、消火栓等消防设施管理与维护，导致部分消防设施长期处于故障或瘫痪状态而不能正常使用，等到火灾发生时，消防系统不能做到及时联动，无法发挥其应有作用。甚至出现消防栓无水或消防设施停用等现象，这给灭火救灾工作带来了巨大的困难，由于失去了宝贵的灭火求援时间，这会给人民群众的生命和财产带来巨大的伤害。\n发明内容\n[0003] 本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种对城市消防供水管网或楼宇消防供水管网水压的实时、全天候、长效的监测，通过定时采样城市消防供水管网或楼宇消防供水管网水压的方式，将水压传感器的水压数据和水压传感器的编码信息发送到消防水压数据管理中心；一旦发现城市消防供水管网或楼宇消防供水管网水压低于消防水压标准额定值，立即发出告警信息，同时记录、存储城市消防供水管网或楼宇消防供水管网水压数据于消防供水管网水压远程监测管理系统中。\n[0004] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：\n[0005] 一种消防供水管网水压远程监测管理系统，其特征在于：包括设有水压传感器的水压监测单元、GPRS无线中继器、消防水压数据管理中心；\n[0006] 水压监测单元用于采集安装在消防供水管网上水压传感器所处位置的水压数据，并将水压传感器的水压数据和水压监测单元的地址编码通过无线的方式传输给GPRS无线中继器；\n[0007] GPRS无线中继器，用于接收和存储多个水压监测单元中水压传感器的水压数据和水压监测单元的地址编码，当消防供水管网的水压低于额定消防水压时会立即通过GSM无线网络向消防监控管理人员发出手机短信报警，并将水压传感器的水压数据和水压监测单元的地址编码传输给消防水压数据管理中心；\n[0008] 消防水压数据管理中心，用于接收多个GPRS无线中继器的水压监测数据和编码信息，实时地监测各水压传感器的水压数据，当消防供水管网水压低于额定的消防水压时会立即向消防水压数据管理中心的计算机以及消防监控管理人员发出报警信息。\n[0009] 本系统中的水压监测单元和GPRS无线中继器均采用了具有Zigbee技术的芯片来实现无线网络数据传输和组网功能。Zigbee技术网络功能的网络层技术主要负责网络机制的建立和管理，并实现自我组态和自我修复功能；按Zigbee网络功能划分，本系统定义二种网络角色：1、网络协调者负责网络的建立和网络位置的分配；2、末端节点装置能选择加入已经形成的网络，可收发信息，但不具备转发信息和路由功能，因此本系统将GPRS无线中继器作为网络协调者，水压监测单元作为末端节点。\n[0010] Zigbee技术的无线传输和组网功能特别适合用于消防供水管网水压远程监测，其方法是将水压传感器与消防管路连通，且位于消防栓与消防管道连接口的下部，使水压监测单元的地址编码与消防栓一一对应。每个消防栓下部都安装一个包含有水压传感器的水压监测单元，并将消防栓下部的水压监测单元作为网络的一个末端节点，组成一个无线局域网络，在这个网络中至少有一个具有GPRS无线传输控制电路的GPRS无线中继器作为无线局域网络的协调者，接收整个网络中信息和协调整个网络的正常工作，并通过GPRS无线传输控制电路将整个消防管网的水压信息发送至消防栓水压数据管理中心；其典型应用是在住宅小区构建一个消防水压监测的无线局域网络。\n[0011] 消防供水管网水压远程监测管理系统中的水压监测单元和GPRS无线中继器主要芯片均采用美国德州仪器公司的CC2430芯片和CC2591芯片。CC2430芯片是整合ZigBee射频(RF)前端、内存和微控制器的真正系统芯片；CC2430芯片采用0.18μm CMOS工艺生产，具有休眠和工作等四种供电模式。工作时的电流损耗为27A；在接收和发射模式下，电流损耗分别低于27mA或25mA；休眠时的电流损耗仅为0.6uA，具有休眠模式和超短时间转换到主动模式的特性，特别适合那些要求电池寿命非常长的应用；CC2591是高性价比和高性能的2.4GHz RF前端，适合低功耗低电压2.4GHz无线应用，其输出功率高达22dBm，同时集成了开关、匹配网络、平衡/不平衡电路、电感、功率放大器(PA)以及低噪音放大器(LNA)；具有由CPU控制的掉电、高增益接收、低增益接收和发送等四种操作模式，在掉电操作模式下其电流损耗仅0.1uA，同样适合超长距离传输和要求电池寿命非常长的应用；\n[0012] 所述水压监测单元由水压传感器、地址码电路、电源、中央处理单元CPU、复位电路、实时时钟电路和射频收发电路组成；\n[0013] 水压传感器与消防供水管网的消防管路连通，并将水压信号转换为电信号输入到中央处理单元CPU中；水压传感器安装在位于消防栓与消防管道连接口的下部，使水压监测单元的地址编码与消防栓一一对应；\n[0014] 地址码电路用于设置水压监测单元自身地址编码；本地址作为Zigbee无线网络中的末端节点地址，也是类似于局域网客户端的IP地址；\n[0015] 电源为水压监测单元提供电能；\n[0016] 中央处理单元CPU用于接收本水压传感器的水压监测信号，以及读取本水压监测单元的地址编码；同时通过射频收发电路将本水压传感器的水压数据和水压监测单元的地址编码发送到GPRS无线中继器中；\n[0017] 休眠模式下CC2430芯片少于0.6μA的流耗，外部的中断或RTC能唤醒系统的中央处理单元CPU电路，这种具有休眠功能的CPU电路安装在消防栓现场是其它CPU电路无法比拟的。\n[0018] 复位电路用于水压监测单元的初始化复位功能；\n[0019] 实时时钟电路为中央处理单元CPU正常工作提供时钟；\n[0020] 射频收发电路与中央处理单元CPU联接，用于接收中央处理单元CPU传输的本水压传感器的水压数据和本水压监测单元的地址编码，然后转发到GPRS无线中继器中；\n[0021] 所述电源为3.6V直流电池，采用高能锂电池作为电能，对消防水压采样周期为一分钟，这使得工作模式与休眠模式的时间比率为1∶59，这就意味着在同一分钟内系统只有1s处于工作状态而其余59s都是处于休眠状态。因此能为水压监测单元提供电能的时间长达2年左右；同时CC2430芯片的电池监测功能为供电提供了有力的保障；\n[0022] 所述GPRS无线中继器由地址码电路、电源转换电路、中央处理单元CPU、复位电路、实时时钟电路、射频收发电路和GPRS无线传输控制电路组成；\n[0023] 地址码电路用于设置GPRS无线中继器地址编码；将一个物业小区所有消防栓都作为Zigbee无线网络末端节点，则GPRS无线中继器地址编码就是这个网络的网关地址，GPRS无线中继器地址编码对应一个物业小区或城市中每平公里的一个栅格区域；物业小区或城市每平方公里栅格区域的地址与其内部局域网中的消防栓地址，就形成了对应每个消防栓的唯一地址；\n[0024] 电源转换电路将220V市电转换成12V直流电源，12V再经过电源调制芯片变换成\n3.3V电源，3.3V电源分别给地址码电路、中央处理单元CPU、射频收发电路、GPRS无线传输控制电路提供工作电源；\n[0025] 中央处理单元CPU分别与射频收发电路、GPRS无线传输控制电路联通，用于将射频收发电路接收到的水压传感器的水压数据和水压监测单元的地址编码信息进行采集、运算和判断，同时将水压传感器的水压数据和水压监测单元的地址编码传输到GPRS无线传输控制电路中；\n[0026] 复位电路用于GPRS无线中继器的初始化复位功能；\n[0027] 实时时钟电路为中央处理单元CPU正常工作提供时钟；\n[0028] 射频收发电路与中央处理单元CPU联接，用于接收多个消水压传感器的水压数据和水压监测单元的地址编码信息，然后将其传输到中央处理单元CPU中；\n[0029] GPRS无线传输控制电路用于通过无线的方式将水压传感器的水压数据及水压监测单元的地址编码信息传输给消防水压数据管理中心；同时GPRS无线传输控制电路还用于在消防供水管网水压低于额定消防水压下限值时，采用短消息方式向消防监控管理人员发送手机报警信息；\n[0030] GPRS技术把无线网络和计算机网络有机的连接在一起，克服消防供水管网监测现场不能接入有线网络困难；GPRS同时还负责将整个ZigBeer网络中水压传感器的水压数据和水压监测单元地址编码信息发送到消防水压数据管理中心数据库服务器中；考虑到GPRS无线传输控制电路在发射功耗较大，因此采用将220V市电转换的3.6V直流电源；\n[0031] 所述的消防水压数据管理中心由GPRS应用网关、数据库服务器、WEB应用服务器、消防水压监测管理装置、管理中心PC电脑和防火墙构成；\n[0032] GPRS应用网关与固定IP地址的数据库服务器联通，用于接收来自GPRS无线传输控制电路发送的水压传感器的水压数据以及水压监测单元的地址编码，并将接收到的水压传感器的水压数据以及水压监测单元的地址编码转发到数据库服务器中；\n[0033] 数据库服务器与WEB服务器联通；用于预先存储水压传感器的地理坐标、水压监测单元地址编码，以及接收来自多个GPRS无线中继器发送的水压传感器的水压数据和水压监测单元的地址编码信息，为消防水压监测管理装置提供数据；\n[0034] WEB服务器与管理中心PC电脑联通；为消防水压监测管理装置提供运行平台；\n[0035] 消防水压监测管理装置，用于读取数据库服务器接收到的水压传感器的水压数据和水压监测单元的地址编码，并与预先存储的水压监测单元的地址编码进行比较，对相同地址编码的水压监测单元在管理中心PC电脑的显示器上显示GIS电子地图中的具体地理位置，同时在显示器上显示具体地理位置的文字信息，并在接收到报警信息时由管理中心PC电脑扬声器发出报警提示声音；\n[0036] 消防水压监测管理装置还用于对消防管网基本信息、水压数据、报警数据的维护、查询和统计；\n[0037] 管理中心PC电脑用于提供人机界面接口，并且产生数据报表、历史趋势记录、打印；\n[0038] 防火墙用于防止互联网黑客和非法用户对消防水压远程监测管理装置的恶意攻击。\n[0039] 本发明消防供水管网水压远程监测管理系统的有益效果是，当城市消防供水管网和楼宇消防供水管网在缺水或无水情况下，将水压传感器的水压数据和水压监测单元的地址编码立即发送到消防水压数据管理中心，可以使武警消防管理部门能实时掌握消防供水系统的水压状态，及时提醒对消防管网设备进行检查和维护，避免发生火灾时因缺水或无水给人民群众的生命财产带来的巨大损失。\n附图说明\n[0040] 图1是本发明的结构示意图；\n[0041] 图2是本发明消防栓与水压传感器安装图；\n[0042] 图3是本发明水压监测单元框图；\n[0043] 图4是本发明水压监测单元电源电路图；\n[0044] 图5是本发明水压监测单元水压传感器电路图；\n[0045] 图6是本发明水压监测单元/GPRS无线中继器地址码电路图；\n[0046] 图7是本发明水压监测单元/GPRS无线中继器复位电路图；\n[0047] 图8是本发明水压监测单元/GPRS无线中继器中央处理单元CPU电路；\n[0048] 图9是本发明水压监测单元/GPRS无线中继器实时时钟电路；\n[0049] 图10是本发明水压监测单元/GPRS无线中继器射频收发电路；\n[0050] 图11是本发明GPRS无线中继器框图；\n[0051] 图12是本发明交直流电源转换电路；\n[0052] 图13是本发明GPRS无线传输控制电路电路；\n[0053] 图14是本发明工作流程框图；\n具体实施方式\n[0054] 下面结合附图对本发明作进一步的说明：\n[0055] 参见图1，一种消防供水管网水压远程监测管理系统，包括设有水压传感器11的水压监测单元1、GPRS无线中继器2、消防水压数据管理中心3；\n[0056] 水压监测单元1用于采集安装在消防供水管网上水压传感器1所处位置的水压数据，并将水压传感器11的水压数据和水压监测单元1的地址编码通过无线的方式传输给GPRS无线中继器2；\n[0057] GPRS无线中继器，用于接收和存储多个水压监测单元1中水压传感器1的水压数据和水压监测单元1的地址编码，当消防供水管网的水压低于额定消防水压时会立即通过GSM无线网络向消防监控管理人员发出手机短信报警，并将水压传感器11的水压数据和水压监测单元1的地址编码传输给消防水压数据管理中心3；\n[0058] 消防水压数据管理中心3，用于接收多个GPRS无线中继器2的水压监测数据和编码信息，实时地监测各水压传感器11的水压数据，当消防供水管网水压低于额定的消防水压时会立即向消防水压数据管理中心3的计算机以及消防监控管理人员发出报警信息。\n[0059] 参见图3，所述水压监测单元1由水压传感器11、地址码电路12、电源13、中央处理单元CPU 14、复位电路15、实时时钟电路16和射频收发电路17组成；\n[0060] 由于消防供水管网水压监测实时性要求不高，因此水压监测单元1的水压采样周期为一分钟；水压监测单元1由中央处理单元CPU14定时器唤醒，由休眠状态转换为工作状态，中央处理单元CPU14读取水压传感器11的水压数据和地址码电路12的地址编码，并通过射频收发电路17将水压传感器11的水压数据和地址码电路12的地址编码发送到GPRS无线中继器2中，然后水压监测单元1转换工作状态为休眠状态，如此循环到下一个采样周期；在这个周期中整个采样处理过程其时间约为1秒，水压监测单元1休眠时间为59秒；\n[0061] 参见图2、图5，水压传感器11与消防供水管网的消防管路连通，并将水压信号转换为电信号输入到中央处理单元CPU 14中；\n[0062] 参见图6，地址码电路12用于设置水压监测单元1自身地址编码；由于水压传感器11与消防管路连通，且位于消防栓与消防管道连接口的下部，使水压监测单元1的地址编码与消防栓一一对应；这样便及时掌握每个消防栓的水压数据，同时地址码电路12通过地址总线将自身地址编码传输到中央处理单元CPU14中；\n[0063] 参见图4，电源13为水压监测单元1提供电能，采用3.6V高能直流电池为处于长时间休眠状态的低功耗消防栓水压监测单元1提供电能；\n[0064] 参见图8，中央处理单元CPU 14用于接收本水压传感器11的水压监测信号，以及读取本水压监测单元1的地址编码；同时通过射频收发电路17将本水压传感器11的水压数据和水压监测单元1的地址编码发送到GPRS无线中继器2中；\n[0065] 参见图7，复位电路15用于水压监测单元1的初始化复位功能；\n[0066] 参见图9，实时时钟电路16为中央处理单元CPU14正常工作提供工作时钟；\n[0067] 参见图10，射频收发电路17与中央处理单元CPU14联接，用于接收中央处理单元CPU14传输的本水压传感器11的水压数据和本水压监测单元1的地址编码，然后转发到GPRS无线中继器2中；\n[0068] 参见图4，所述电源13为3.6V直流电池，为处于长时间休眠状态的低功耗水压监测单元1提供电能；\n[0069] 参见图11，所述GPRS无线中继器2由地址码电路21、电源转换电路22、中央处理单元CPU 23、复位电路24、实时时钟电路25、射频收发电路26和GPRS无线传输控制电路\n27组成；\n[0070] GPRS无线中继器2中的射频收发电路26接收来自水压传感器11的水压数据和水压监测单元1的地址编码，并将水压数据和地址编码信息传输到中央处理单元CPU 23中，由中央处理单元CPU 23对其进行逻辑运算、判断，并将水压数据、地址编码信息以及逻辑运算结果通过GPRS无线传输控制电路27发送到消防水压数据管理中心3中；若水压数据值低于额定消防水压下限值时，中央处理单元CPU 23将通过GPRS无线传输控制电路27向消防监控管理人员发送手机告警短信；\n[0071] 参见图6，所述的地址码电路21用于设置GPRS无线中继器地址编码，GPRS无线中继器地址编码对应一个物业小区或城市中每平公里的一个栅格区域；这个编码与水压监测单元1中地址码电路12组合构成了16位二进制地址编码，来确定某区域内消防栓唯一地址；地址码电路21通过地址总线将自身地址编码传输到中央处理单元CPU 23中；\n[0072] 参见图12，所述的电源转换电路22将220V市电转换成12V直流电源，12V再经过电源调制芯片变换成3.3V电源，3.3V电源分别给地址码电路21、中央处理单元CPU 23、射频收发电路26、GPRS无线传输控制电路27提供工作电源；\n[0073] 参见图8，所述的中央处理单元CPU 23分别与射频收发电路26、GPRS无线传输控制电路27联通，用于将射频收发电路26接收到的水压传感器11的水压数据和水压监测单元1的地址编码信息进行采集、运算和判断，同时将水压传感器11的水压数据和水压监测单元1的地址编码传输到GPRS无线传输控制电路27中；再由GPRS无线传输控制电路27将其信息发送到消防水压数据管理中心3中，若逻辑判断水压数据值低于额定消防水压下限值时，中央处理单元CPU 23将通过GPRS无线传输控制电路27向消防监控管理人员发送手机告警短信；\n[0074] 参见图7，所述的复位电路24用于GPRS无线中继器2的初始化复位功能；\n[0075] 参见图9，所述的实时时钟电路25为中央处理单元CPU 23正常工作提供工作时钟；\n[0076] 参见图10，所述的射频收发电路26与中央处理单元CPU 23联接，用于接收多个消水压传感器11的水压数据和水压监测单元1的地址编码信息，然后将其传输到中央处理单元CPU23中；\n[0077] 参见图10，所述的GPRS无线传输控制电路27用于通过无线的方式将水压传感器11的水压数据及水压监测单元1的地址编码信息传输给消防水压数据管理中心3；同时GPRS无线传输控制电路27还用于在消防供水管网水压低于额定消防水压下限值时，采用短消息方式向消防监控管理人员发送手机报警信息；\n[0078] 所述的消防水压数据管理中心3由GPRS应用网关31、数据库服务器32、WEB应用服务器33、消防水压监测管理装置34、管理中心PC电脑35和防火墙36构成；\n[0079] GPRS应用网关31与固定IP地址的数据库服务器32联通，用于接收来自GPRS无线传输控制电路27发送的水压传感器11的水压数据以及水压监测单元1的地址编码，并将接收到的水压传感器11的水压数据以及水压监测单元1的地址编码转发到数据库服务器32中；\n[0080] 数据库服务器32与WEB服务器33联通；用于预先存储水压传感器11的地理坐标、水压监测单元1地址编码，以及接收来自多个GPRS无线中继器2发送的水压传感器11的水压数据和水压监测单元1的地址编码信息，为消防水压监测管理装置34提供数据；\n[0081] WEB服务器33与管理中心PC电脑35联通；为消防水压监测管理装置34提供运行平台；\n[0082] 消防水压监测管理装置34，用于读取数据库服务器32接收到的水压传感器11的水压数据和水压监测单元1的地址编码，并与预先存储的水压监测单元1的地址编码进行比较，对相同地址编码的水压监测单元1在管理中心PC电脑35的显示器上显示GIS电子地图中的具体地理位置，同时在显示器上显示具体地理位置的文字信息，并在接收到报警信息时由管理中心PC电脑35扬声器发出报警提示声音；\n[0083] 消防水压监测管理装置34还用于对消防管网基本信息、水压数据、报警数据的维护、查询和统计；\n[0084] 管理中心PC电脑35用于提供人机界面接口，并且产生数据报表、历史趋势记录、打印；\n[0085] 防火墙36用于防止互联网黑客和非法用户对消防水压远程监测管理装置34的恶意攻击。\n[0086] 述的消防栓水压数据管理中心3由GPRS应用网关31、数据库服务器32、WEB应用服务器33、消防栓水压远程监测管理装置34、管理中心PC电脑35和防火墙36构成；\n[0087] GPRS应用网关31与固定IP地址数据库服务器32联通，用于接收来自GPRS无线中继器2发送来的消防栓水压值、地址编码和逻辑运算结果，并将接收到的消防栓水压值、地址编码和逻辑运算结果发送到数据库服务器32中；\n[0088] 数据库服务器32与WEB服务器33联通；用于存储消防栓地址编码、消防栓水压值、以及逻辑运算结果，同时还预先存储消防栓地址码和消防栓物理地理位置信息，为消防栓水压远程监测管理装置34提供客观、真实的数据；\n[0089] WEB服务器33与管理中心PC电脑35和数据库服务器32联通；用于为消防栓水压远程监测管理装置34提供运行平台；\n[0090] 消防栓水压远程监测管理装置34，用于读取数据库服务器32接收的消防栓水压值、地址编码进行比较，对相同地址编码、且水压数据值低于额定消防水压下限值的消防栓在管理中心PC电脑35的显示器上显示GIS电子地图中的具体地理位置，同时在显示器上显示具体地理位置的文字信息，并由管理中心PC电脑35扬声器发出报警提示声音；\n[0091] 管理中心PC电脑35用于提供人机界面接口，并且产生数据报表、历史趋势记录、打印；\n[0092] 防火墙36主要用于防止互联网黑客和非法用户对消防栓水压远程监测管理装置\n34的恶意攻击。\n[0093] 参见图2，所述的水压传感器11与消防管路连通，且位于消防栓与消防管道连接口的下部，使水压监测单元1的地址编码与消防栓一一对应。\n[0094] 工作原理 消防供水管网水压远程监测管理系统是一种集嵌入式开发技术、Zigbee技术、射频通讯技术、GPRS无线通讯技术、网络技术和数据库技术为一体的实时监测系统，本系统工作原理如下：\n[0095] 在物业小区或城市每平方公里的栅格内安装一个GPRS无线中继器2，而在物业小区或城市每平方公里的栅格内的每个消防栓下部都安装一个水压监测单元1，水压监测单元由定时器中断将处于休眠状态的中央处理单元CPU 14唤醒，再由中央处理单元CPU 14控制水压传感器11、地址码电路12、和射频收发电路17开始工作，待水压监测单元1所有部件开始处于工作状态后，中央处理单元CPU 14读取水压传感器11的水压数据和水压监测单元1的地址编码，并通过射频收发电路17将水压传感器11的水压数据和水压监测单元1的地址编码发送到GPRS无线中继器2中。\n[0096] GPRS无线中继器2中的射频收发电路26接收到水压传感器11的水压数据和使水压监测单元1的地址编码，并将其传输到中央处理单元CPU 23中，中央处理单元CPU 23立刻对其进行逻辑运算和判断，同时将水压传感器11的水压数据和水压监测单元1的地址编码以及运算结果传输到GPRS无线传输控制电路27中，再由GPRS无线传输控制电路27将水压监测值、地址码以及运算结果发送到消防水压数据管理中心3；若逻辑判断水压数据值低于额定消防水压下限值时，则GPRS无线传输控制电路27同时还必须向消防监控管理人员发送手机告警短信；\n[0097] 消防水压数据管理中心3中的消防水压监测管理装置34实时动态读取数据库服务器32中接收的水压监测值、地址编码以及运算结果，当其水压监测值低于额定消防水压下限值时，立即将接收到的水压监测单元1的地址编码与预先设置在数据库服务器32地址码进行查询和比较，若查询到匹配的地址时，消防水压监测管理装置34立即在管理中心PC电脑35上通过GIS电子地图显示出告警消防栓具体物理位置，并发出报警提示；\n[0098] 管理中心工作人员根据报警提示在第一时间通知相关消防设施管理单位对消防管网进行检查或维修，避免因消防管网缺水或无水时，一旦发生火灾事故给广大人民群众造成巨大人身和财产伤害。