基于wsn的消防栓水壓狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種基于WSN的消防栓水壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)方法，栓壁內(nèi)設(shè)有一個(gè)向上傾斜且延伸至水壓檢測(cè)外部殼件內(nèi)的小孔，小孔內(nèi)裝有一個(gè)外壁緊貼小孔內(nèi)壁的活塞和一個(gè)下端固接活塞、上端壓靠在小孔底壁上的水壓檢測(cè)彈簧；在水壓檢測(cè)外部殼件中的小孔外壁上緊貼一對(duì)相對(duì)小孔的中心對(duì)稱的霍爾元件，在消防栓中水壓處于預(yù)設(shè)的正常值時(shí)，活塞正好位于一對(duì)霍爾元件處；當(dāng)水壓低于正常值，彈簧伸長(zhǎng)，活塞向斜下方方向移動(dòng)，遠(yuǎn)離一對(duì)霍爾元件，出現(xiàn)一個(gè)轉(zhuǎn)換信號(hào)，該轉(zhuǎn)換信號(hào)通過(guò)控制模塊進(jìn)行信號(hào)分析轉(zhuǎn)換，由無(wú)線傳感發(fā)送模塊將分析轉(zhuǎn)換后的信號(hào)發(fā)送到中央管理平臺(tái)集中管理，不需要時(shí)刻去現(xiàn)場(chǎng)，節(jié)約了人力、物力，靈敏度、精確度高。
【專利說(shuō)明】基于WSN的消防栓水壓狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及滅火器件消防栓，具體是對(duì)消防栓中的水壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)與方法。【背景技術(shù)】
[0002]消防栓在日常生活中被普遍使用，是一種滅火器件，為滅火及時(shí)提供了水資源。消防栓放置長(zhǎng)期不用，會(huì)出現(xiàn)水壓不足的情況，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)就會(huì)影響滅火的效率，對(duì)人的生命、財(cái)產(chǎn)以及環(huán)境造成了嚴(yán)重的影響。因此對(duì)消防栓的時(shí)時(shí)檢測(cè)顯得尤為重要。
[0003]常用消防栓的結(jié)構(gòu)為栓蓋位于整個(gè)消防栓的最頂部，出水口與栓體相連，出水口蓋在出水口的外側(cè)，在使用消防栓時(shí)擰下出水口蓋以便將水管接在出水口上滅火，進(jìn)水口通過(guò)法蘭與栓體相連，位于整個(gè)消防栓栓體下部用于與下水管相連，為整個(gè)消防栓提供水。
[0004]現(xiàn)有的消防栓水壓檢測(cè)常規(guī)方法有:(I)在每個(gè)消防栓的栓體和進(jìn)水口之間設(shè)有壓力監(jiān)測(cè)裝置并在消防栓的外部接有水壓顯示表以檢測(cè)水壓；(2)檢測(cè)人員隨身攜帶壓力檢測(cè)儀對(duì)各個(gè)消防栓依次進(jìn)行檢測(cè)；這兩種方法雖然都能檢測(cè)消防栓中的水壓，但是卻要去現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，這樣不僅浪費(fèi)人力、物力而且不能時(shí)刻得知所有消防栓中的水壓情況，因此依然不能從根本上解決問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有防栓水壓檢測(cè)存在的問(wèn)題，提出一種基于WSN的消防栓水壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，運(yùn)用霍爾原理和彈性形變?cè)韥?lái)對(duì)消防栓水壓狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，并運(yùn)用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)將信號(hào)發(fā)送到中央管理平臺(tái)，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)就可時(shí)刻得知所有消防栓中的水壓情況，節(jié)省了人力和物力。
[0006]本發(fā)明一種基于WSN的消防栓水壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所采用的技術(shù)方案是:消防栓栓體下部外側(cè)壁上固接水壓檢測(cè)外部殼件，栓體上部固接無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)，無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)包括無(wú)線傳感發(fā)送模塊、電源轉(zhuǎn)換模塊和控制模塊；栓體的栓壁內(nèi)設(shè)有一個(gè)向上傾斜且延伸至水壓檢測(cè)外部殼件內(nèi)的小孔，小孔內(nèi)裝有一個(gè)外壁緊貼小孔內(nèi)壁的活塞和一個(gè)下端固接活塞、上端壓靠在小孔底壁上的水壓檢測(cè)彈簧；在水壓檢測(cè)外部殼件中的小孔外壁上緊貼一對(duì)相對(duì)小孔的中心對(duì)稱的霍爾元件，在消防栓中水壓處于預(yù)設(shè)的正常值時(shí)，活塞正好位于一對(duì)霍爾元件處；控制模塊20連接無(wú)線傳感發(fā)送模塊和一對(duì)霍爾元件。
[0007]本發(fā)明一種基于WSN的消防栓水壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的消防栓水壓監(jiān)測(cè)方法所采用的技術(shù)方案是:當(dāng)消防栓中的水壓低于正常值，水壓檢測(cè)彈簧所受壓力減小，彈性伸長(zhǎng)，活塞向斜下方方向移動(dòng)，遠(yuǎn)離一對(duì)霍爾元件，出現(xiàn)一個(gè)轉(zhuǎn)換信號(hào)，該轉(zhuǎn)換信號(hào)通過(guò)無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)中的控制模塊進(jìn)行信號(hào)分析轉(zhuǎn)換，再無(wú)線傳感發(fā)送模塊將分析轉(zhuǎn)換后的信號(hào)通過(guò)發(fā)送到中央管理平臺(tái)集中管理。
[0008]本發(fā)明的有益效果為:
1、本發(fā)明利用彈簧形變判別消防栓中水壓是否達(dá)到正常值，不需要專門的水壓測(cè)量?jī)x器，降低工程成本。[0009]2、本發(fā)明采用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)將分析所得到的消防栓中水壓信號(hào)傳送到中央管理平臺(tái)進(jìn)行觀測(cè)，不需要時(shí)刻去現(xiàn)場(chǎng)，節(jié)約了人力、物力。如果壓力達(dá)不到正常值則中央管理平臺(tái)會(huì)發(fā)出警告，工作人員則去現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)維修。
[0010]3、本發(fā)明采用霍爾原理通過(guò)MCU控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，一旦消防栓中水壓低于正常值，則霍爾元件會(huì)立即感應(yīng)，從而中央管理平臺(tái)會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，此方法靈敏度、精確度高。
[0011]4、本發(fā)明耗電小，利用太陽(yáng)能為系統(tǒng)提供電能，解決了野外供電不方便的問(wèn)題。
[0012]5、本發(fā)明利用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)和太陽(yáng)能電池板，不需要復(fù)雜的布線，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0014]圖1是本發(fā)明基于WSN的消防栓水壓狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝在消防栓上的外型結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1中栓體9和水壓監(jiān)測(cè)外部殼體10的內(nèi)部結(jié)構(gòu)放大示意圖；
圖3是圖1中無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)3的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及與太陽(yáng)能電池板2的連接結(jié)構(gòu)放大圖； 圖4是本發(fā)明基于WSN的消防栓水壓狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法流程圖。
[0015]圖中的各部分序號(hào)及名稱:1.栓蓋；2.太陽(yáng)能電池板；3無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)；4.固定螺絲；5a、5b.消防栓出水口 ；6a、6b.快速接頭出口 ；7a、7b.消防栓出水口蓋；8.導(dǎo)線；9.消防栓體；10.水壓監(jiān)測(cè)外部殼體；11.彎管；12a、12b.法蘭；13.消防栓壁；14a、14b.活塞擋板；15.水壓檢測(cè)彈簧；16.活塞；17a、17b.霍爾元件；18.無(wú)線傳感發(fā)送模塊；19.電源轉(zhuǎn)換模塊；20.控制模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0016]參見(jiàn)圖1，消防栓的結(jié)構(gòu)包括栓蓋I和栓體9，栓蓋I位于整個(gè)消防栓的頂部，栓蓋I下緊連著消防栓體9，栓體9上部固設(shè)無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)3和太陽(yáng)能電池板2。栓體9上部側(cè)壁上連有2個(gè)出水口 5a、5b，2個(gè)出水口 5a、5b相對(duì)于栓體9的中心對(duì)稱，每個(gè)出水口 5a、5b —側(cè)接在栓體9的側(cè)壁上部，另一側(cè)接有快速接頭出口 6a、6b，即出水口 5a的另一側(cè)接有快速接頭出口 6a，出水口 5b的另一側(cè)接有快速接頭出口 6b?？焖俳宇^出口 6a、6b的另一側(cè)對(duì)應(yīng)地接有出水口蓋7a、7b。栓體9的底口通過(guò)法蘭12a連接彎管11上端，彎管11下端通過(guò)法蘭蘭12b與進(jìn)水管相連。
[0017]在消防栓栓體9下部外側(cè)壁上通過(guò)固定螺絲4固定水壓檢測(cè)外部殼件10，水壓檢測(cè)外部殼件10靠近栓體9的底口處，即靠近法蘭12a處。由于消防栓上部平時(shí)不充水，只有到發(fā)生火災(zāi)時(shí)打開(kāi)水閥才會(huì)充水，所以將水壓檢測(cè)外部殼件10安裝在栓體9下部即接近法蘭12a處以檢測(cè)消防栓中水壓是否達(dá)到正常水壓。可以在其中一個(gè)消防栓出水口例如消防栓出水口 5b的上壁外側(cè)通過(guò)另一個(gè)固定螺絲4以固定連接無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)3，無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)3的上方固定安裝太陽(yáng)能電池板2。
[0018]再參見(jiàn)圖2，在栓體9的栓壁13內(nèi)設(shè)計(jì)一個(gè)向上傾斜的小孔，小孔延伸至水壓檢測(cè)外部殼件10內(nèi)部，小孔深度比栓壁13厚度大。由此，小孔的位置也靠近栓體9的底口。在小孔內(nèi)裝有一個(gè)活塞16和一個(gè)水壓檢測(cè)彈簧15，活塞16的外壁緊貼小孔的內(nèi)壁，水壓檢測(cè)彈簧15的外徑小于小孔內(nèi)徑，可在小孔內(nèi)壓縮。水壓檢測(cè)彈簧15下端斜朝下方且固定連接活塞16，水壓檢測(cè)彈簧15上端斜朝上方且壓靠在水壓檢測(cè)外部裝置10中的小孔的底壁上?；钊?6采用醫(yī)用硅膠活塞，保證其能夠緊貼小孔內(nèi)壁，保持水壓檢測(cè)彈簧15所在空間內(nèi)不會(huì)有水進(jìn)入，具有好的密封性。在水壓檢測(cè)外部殼件10中的小孔外壁上緊貼一對(duì)霍爾元件17a、17b，一對(duì)霍爾元件17a、17b相對(duì)小孔的中心對(duì)稱。一對(duì)霍爾元件17a、17b安裝好后，水壓正常值提前設(shè)定，當(dāng)消防栓中水壓處于正常值時(shí)，活塞16應(yīng)正好位于霍爾元件17a、17b處，這樣根據(jù)水壓檢測(cè)彈簧15的形變量便可以計(jì)算出所需水壓檢測(cè)彈簧15的彈性系數(shù)的大小，由此可以選擇合適的水壓檢測(cè)彈簧15。一對(duì)霍爾元件17a、17b最好安裝在靠近栓壁13位置處，大約在整個(gè)小孔深度方向的中部。一對(duì)霍爾元件17a、17b通過(guò)導(dǎo)線8向上連接上部的無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)3，在導(dǎo)線8外套有導(dǎo)線管，通過(guò)導(dǎo)線8對(duì)霍爾元件17a、17b進(jìn)行供電，以保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。
[0019]由于本發(fā)明只檢測(cè)水壓過(guò)低的情況，因此在小孔內(nèi)壁上裝有活塞擋板14a、14b，活塞擋板14a、14b位于活塞16的斜上方，用來(lái)阻擋活塞16向斜上方移動(dòng)，限制其移動(dòng)量。
[0020]參見(jiàn)圖1和圖3，無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)3是本發(fā)明基于WSN的消防栓水壓狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的控制中心，包括無(wú)線傳感發(fā)送模塊18、電源轉(zhuǎn)換模塊19和控制模塊20。通過(guò)固定螺絲4固定在一個(gè)出水口的外壁上側(cè)，無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)3上部接有太陽(yáng)能電池板2，太陽(yáng)能電池板2水平安裝在無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)3上部，用來(lái)獲取盡量多的太陽(yáng)能。太陽(yáng)能電池板2連接電源轉(zhuǎn)換模塊19，通過(guò)電源轉(zhuǎn)換模塊19使太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，再由電源轉(zhuǎn)換模塊19給系統(tǒng)各個(gè)模塊供電?？刂颇K20分別連接無(wú)線傳感發(fā)送模塊18和一對(duì)霍爾元件17a、17b，將一對(duì)霍爾元件17a、17b得到的信號(hào)進(jìn)行分析轉(zhuǎn)換，由無(wú)線傳感發(fā)送模塊18將所分析轉(zhuǎn)換后的信號(hào)傳送到中央管理平臺(tái)進(jìn)行觀測(cè)。
[0021]如圖4所示，本發(fā)明所述的基于WSN的消防栓水壓狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在監(jiān)測(cè)時(shí)，因?yàn)橹挥羞_(dá)到一定水壓時(shí)，消防栓在發(fā)生火災(zāi)時(shí)才能正常使用，所以存在一個(gè)正常值，正常值提前設(shè)定。首先由工作人員設(shè)定水壓正常值，然后系統(tǒng)進(jìn)行自檢，看是否正常，如果不正常的話WSN向中央管理平臺(tái)發(fā)送警報(bào)，由工作人員來(lái)檢修，待系統(tǒng)檢測(cè)正常后整個(gè)消防栓系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行。太陽(yáng)能電池板2獲取太陽(yáng)能由電源轉(zhuǎn)換模塊19轉(zhuǎn)換為電能，為系統(tǒng)各個(gè)模塊如無(wú)線傳感發(fā)送模塊18、控制模塊20等進(jìn)行供電?；魻栐?7是一種磁敏元件，霍爾元件17a、17b檢測(cè)水壓是否達(dá)到正常值，并產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)，這個(gè)信號(hào)輸入到控制模塊20。若活塞16阻擋了一對(duì)霍爾元件17a、17b之間的信號(hào)，開(kāi)關(guān)檢測(cè)面上的霍爾元件17a、17b因產(chǎn)生霍爾效應(yīng)使開(kāi)關(guān)內(nèi)部電路狀態(tài)發(fā)生變化，由此識(shí)別活塞16的存在，進(jìn)而控制信號(hào)的通或斷。當(dāng)消防栓中有水時(shí)，活塞16由于受到水壓的作用，水壓檢測(cè)彈簧15被迫縮短一個(gè)長(zhǎng)度，活塞16被迫向斜上方方向移動(dòng)。當(dāng)水壓處于預(yù)設(shè)的正常時(shí)，活塞16位于霍爾元件17a、17b處。由于本發(fā)明只考慮水壓低的情況，所以當(dāng)水壓高于正常值時(shí)，活塞16由于一對(duì)活塞擋板14a、14b的作用依然位于一對(duì)霍爾元件17a、17b處，若水壓低于正常值，彈簧15所受壓力減小，彈簧彈性形變變小，那么水壓檢測(cè)彈簧15伸長(zhǎng)，活塞16便會(huì)向斜下方方向移動(dòng)，此時(shí)活塞16便遠(yuǎn)離霍爾元件17a、17b，霍爾元件17a、17b之間阻擋物消失，兩個(gè)對(duì)稱的霍爾元件17a、17b之間便沒(méi)有了阻擋物，此時(shí)信號(hào)輸出便會(huì)出現(xiàn)一個(gè)上升沿，出現(xiàn)一個(gè)高低電平的轉(zhuǎn)換信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)3中的控制模塊20進(jìn)行信號(hào)分析轉(zhuǎn)換，再由無(wú)線傳感發(fā)送模塊18將轉(zhuǎn)換后的信號(hào)通過(guò)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)WSN發(fā)送到中央管理平臺(tái)進(jìn)行集中管理。一旦發(fā)現(xiàn)信號(hào)出現(xiàn)不正常的情況，中央管理平臺(tái)會(huì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)，發(fā)出警告，然后派人去對(duì)應(yīng)的地方去檢測(cè)維修。
【權(quán)利要求】
1.一種基于WSN的消防栓水壓狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是:消防栓栓體(9)下部外側(cè)壁上固接水壓檢測(cè)外部殼件(10)，栓體(9)上部固接無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)(3)，無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)(3)包括無(wú)線傳感發(fā)送模塊(18)、電源轉(zhuǎn)換模塊(19)和控制模塊(20);栓體的栓壁(13)內(nèi)設(shè)有一個(gè)向上傾斜且延伸至水壓檢測(cè)外部殼件(10)內(nèi)的小孔，小孔內(nèi)裝有一個(gè)外壁緊貼小孔內(nèi)壁的活塞(16)和一個(gè)下端固接活塞(16)、上端壓靠在小孔底壁上的水壓檢測(cè)彈簧(15);在水壓檢測(cè)外部殼件(10)中的小孔外壁上緊貼一對(duì)相對(duì)小孔的中心對(duì)稱的霍爾元件，在消防栓中水壓處于預(yù)設(shè)的正常值時(shí)，活塞(16)正好位于一對(duì)霍爾元件處；控制模塊(20)連接無(wú)線傳感發(fā)送模塊(18)和一對(duì)霍爾兀件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述消防栓水壓狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是:小孔內(nèi)壁上裝有活塞擋板，活塞擋板位于活塞(16)的斜上方。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述消防栓水壓狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是:無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)(3)固定設(shè)在消防栓的一個(gè)出水口的上壁外側(cè)，無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)(3)的上方固接太陽(yáng)能電池板(2)，太陽(yáng)能電池板(2 )連接電源轉(zhuǎn)換模塊(19 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述消防栓水壓狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是:所述小孔的位置靠近栓體(9)的底口，一對(duì)霍爾元件設(shè)在靠近栓壁(13)位置處。
5.一種如權(quán)利要求1所述消防栓水壓狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法，其特征是:當(dāng)消防栓中的水壓低于正常值，水壓檢測(cè)彈簧(15)所受壓力減小，彈性伸長(zhǎng)，活塞(16)向斜下方方向移動(dòng)，遠(yuǎn)離一對(duì)霍爾元件，出現(xiàn)一個(gè)轉(zhuǎn)換信號(hào)，該轉(zhuǎn)換信號(hào)通過(guò)無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)(3)中的控制模塊(20)進(jìn)行信號(hào)分析轉(zhuǎn)換，再無(wú)線傳感發(fā)送模塊(18)將分析轉(zhuǎn)換后的信號(hào)通過(guò)發(fā)送到中央管理平臺(tái)集中管理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征是:當(dāng)消防栓中的水壓高于正常值，活塞(16)被活塞擋板限制位于一對(duì)霍爾元件處。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的監(jiān)測(cè)方法，其特征是:太陽(yáng)能電池板(2)獲取太陽(yáng)能由電源轉(zhuǎn)換模塊(19)轉(zhuǎn)換為電能，為無(wú)線傳感發(fā)送模塊(18)、控制模塊(20)和霍爾元件(17)供電。
【文檔編號(hào)】G01L7/02GK103940545SQ201410069675
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年2月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月28日
【發(fā)明者】張榮標(biāo), 張鳳, 李文勝, 孫曉軍 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)