刘西阁

（常州信息职业技术学院网络空间安全学院，江苏常州，213164）

消防栓是城市建设的基础性设施，在控制火灾和保障人们生命财产安全方面意义重大。传统消防栓主要功能是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。然而在实际的应用中，由于人们的消防安全意识淡薄，消防栓被损坏或者圈占的现象特别严重，另外部分消防栓长时间不用，会出现漏水、偷水、违规用水等现象，导致出现火灾时供水压力不足，延误灭火最佳时间。

针对这些问题，目前国内的研究主要集中在将物联网技术应用到消防栓上，实现城市智能消防栓的统一监控管理[1~3]，另外对于终端上管理系统的结构、功能和操作也有相关的研究[4~6]。为了进一步优化改进常见的智能消防栓系统，本文设计了一种北斗智能消防栓系统，在应用了物联网技术的智能消防栓基础上增加北斗高精度定位模块，结合消防栓水压水流数据，能够使消防员及时跳过异常的消防栓，快速寻找到可用消防栓，节约救援时间，提高救火效率，减小火灾给人们带来的损失。

1 系统组成

基于北斗的智能消防栓系统主要由北斗定位消防栓监控终端、消防员专用APP、消防中心专用监控平台组成，系统框架如图1所示。

北斗定位消防栓监控终端是在传统消防栓上进行智能化改造，增加主控模块、北斗定位模块、GPRS模块和各类状态采集传感器，主要负责采集消防栓相关状态数据并通过Internet互联网实时上传到监控平台，方便管理人员及时做出决策。

消防员专用APP用于帮助消防员快速找到消防栓，并跳过异常不能用的消防栓，提高救援效率。具体功能包括着火区域应急报警，着火区域位置信息，自动匹配并分配距离最近，无损坏的消防栓，消防栓位置信息，消防栓线路导航信息，水压水流异常自动报警信息等。

消防中心监控平台实现对消防栓网络的远程监控，功能上包含消防栓实时数据监测、数据管理、日常维护管理、位置信息等几部分。

2 消防栓终端

智能消防栓监控终端分硬件设计和软件设计两部分。

2.1 硬件组成

消防栓终端硬件的设计是在不改变消防栓外观情况下，直接替换原有100mm出水口闷盖。终端电路组成如图2所示，主控模块选用STM32F103芯片，同时扩展北斗高精度定位电路、GPRS通信电路、传感器采集电路、复位电路和电源电路等。

图2 消防栓终端电路组成

STM32F103是增强型的32位基于ARM核心的微控制器，该控制器功耗较低，芯片资源丰富，扩展性强。共有112个通用IO口、3个SPI、2个I2C、5个串口等多个通信接口，可以外接扩展设备，符合本设计外接多个模块的要求。

电源电路采用LM2596芯片,该芯片为德州仪器开发的降压型稳压芯片，输出电压有3.3V、5V、12V三种类型，LM2596的封装有5个引脚，使用时需要另外加散热片[7]。

传感器是消防栓数据采集的核心，具有水压、偷水、漏水、被盗、撞倒等异常检测功能。水压检测通过在主控单元上连接水压传感器，将被测水压的压力直接作用于传感器的膜片上，使膜片产生与水压成正比的微位移，使传感器的电阻值发送变化，利用电子线路转换输出标准测量信号，水压传感器连接STM32的PA1管脚；偷水、漏水通过检测阀位的开度大小实现，主控单元外接微动传感器来检测阀位开度大小，通过在消防栓转轴外侧每隔90度安装一个传感器实现开度大小检测；防被盗设计采用弹片式振动开关，当消防栓被盗时，给出闭合开关信号，主控单元判断是否为被盗信号，传感器连接STM32的PB12管脚；撞倒设计采用滚珠式振动开关传感器，电路设计采用一阶RC滤波电路去除噪声，连接STM32的PB13管脚，将检测信号传给单片机，当被撞倒后，外部中断触发，主控单元进行信号识别检测，数字滤波，继而判定消防栓被撞倒[1、3]。

GPRS通信模块采用合宙Air202型号，其为四频段GSM/GPRS模块，采用的是RDA8955平台，内置32Mb NorFlash和32Mb SRAM，有丰富的外围接口，可支持最多16个GPIO，与微控制器STM32的串口1相连，利用GPRS模块实现无线数据通信，将消防栓相关监测数据通过互联网发送到监控平台。

北斗定位模块采用ATK1218-BD型号，该模块采用SkyTra公司的GPS+北斗双模定位模块，外接有源天线，30秒内即可定位，同时模块自带后备电池，可保存星历数据，掉电后半小时内重新上电，可在几秒内定位。模块支持串口通信方式，所以将该模块直接和微控制器的串口2相连接，利用串口通信，将定位数据信息及时上传至监控平台。

2.2 软件设计

消防栓软件设计实现流程图如图3所示，先将各模块初始化，初始化后接收传感器数据和定位信息，通过GPRS通讯方式发送数据，发送完毕后判断传感器数据是否有变化，当传感器数据几乎没有变化时，终端进入休眠状态，以最大程序的省电，当传感器数据发生变化时，将接收到的定位信息一起传送至监控平台并在平台上显示。

图3 消防栓软件设计流程

3 监控平台

监控平台分消防中心专用监控平台和消防员专用APP两部分。专用监控平台主要是利用先进的计算机技术，在数据库的基础上，依照消防栓管理的业务流程和功能进行开发设计，方便工作人员在电脑终端上对消防栓信息进行科学高效直观的管理。数据库内容包含消防栓所有信息、自然水源信息、着火区域信息和地图导航信息，工作人员可以在监控平台上进行输入、编辑、查询、统计、分析等操作。

消防员专用APP是指安装在消防员手机上的软件，软件功能主要分4大块：消防栓信息、自然水源信息、着火区域信息和报警信息，具体的功能如图4所示。该软件为消防员实时查看消防栓信息和高效灭火提供了便利条件。

图4 消防员专用APP功能

4 系统联调

在不改变消防栓外观的情况下，直接替换原有100mm出水口闷盖，如图5所示。联调过程中，设备能正常通过GPRS模块将传感器信息和定位数据上传至监控中心和APP，如图6所示。

图5 消防栓报警装置安装图

图6 消防栓在APP和监控平台的显示界面

通过对着火区域设定，可以在消防管理中心快速查看到附近各消防大队、消防中队的管辖范围。在管理平台中，可以及时的查看到着火区域的着火区域的位置信息、有效消防栓布局、线路导航信息，自动匹配并分配距离最近，无损坏的消防栓等功能。

在消防人员的专用APP端可以快速接收到着火区域的位置信息，查看到附近各消防大队、消防中队的管辖范围，为消防救火联动起到相应作用。还可以及时查看到消防栓位置信息、传感器数据信息、地下管网信息、消防栓线路导航等功能，自动匹配并分配距离最近，无损坏的消防栓等功能。

5 总结

本文设计的北斗智能消防栓系统,在智能消防栓基础上扩展北斗定位模块，能在灭火的过程中方便消防员更快的找到最近可用的消防栓，并规划导航路线，实时性良好,实现了消防栓应急管理,满足消防人员应急救火的需求。