專利名稱：一種自動消防炮及其控制方法
技術領域：
本發明屬于消防設備技術領域，具體涉及機電一體化自動識別火焰、自動定位和自動噴水滅火并具有遠程通訊功能的自動化消防裝置。
背景技術：
據《光學技術》(2003年5月第29卷第3期292～294頁)“基于CCD圖像的火災空間定位方法”和《大洋資訊網》(http://www.dayoo.com，2001年4月14日)“我大空間火災研究世界領先”綜合報道現有的消防炮由于自身沒有自動識別火焰、自動定位及遠程通訊功能，一般只能在火災發生發展到被人或其他火災探測器發現后，由人工啟動按鈕進行噴水滅火，在火災撲滅后，也需人工手動控制消防水炮停止運行，這難免會貽誤滅火的最佳時機，也會造成次生水害的問題，尤其在無人值守的高大空間和需要重點保護區域，特別需要安裝自動消防炮；據《中國消防人網站》(http://www.china-fireren.com)2001年消防論文“深圳會議展覽中心方案消防給水設計論證綜述”一文報道“國內90年代開始消防水炮產品的研制，上海消防科研所″九五″攻關課題之一即是″消防水炮研制″，但該所研制的水炮只是一種遙控水炮，不能自動對準著火點，也不能同報警系統聯動”。可見現有的消防炮在控制上還存在很多不足之處，主要靠人工去遙控，不能由系統控制消防炮自動對準火焰；專利號ZL 02 2 20414.8提供了一種帶有滑動摩擦片的消防水炮，能夠在噴頭運動過程中遇到障礙物而被迫停止移動時可以防止電機損壞，但是，該專利提供的消防水炮也只是一種手動控制水炮，無法實行自動操作；不過，該專利提供的消防水炮的機械結構和消防水炮電機驅動電路仍然可以在本發明中使用，但需要增加與自動控制相關聯的機械結構、供水裝置、控制電路及控制方法，以實現自動噴水滅火功能。
發明內容
本發明提供一種與消防報警系統聯動的自動消防炮及其控制方法，能夠在設定監控的空間范圍內由計算機自動控制消防炮進行火焰識別、火焰空間定位和自動開閥噴水、撲滅火焰。
本發明的自動消防炮，包括炮體1和控制系統2；所述炮體1包括噴頭11、蝸輪12和19、主腔體14、蝸桿13和20、電機15和16、管體17、法蘭盤18；所述噴頭11是由左側入口支管和右側入口支管連接到出口支管構成；所述主腔體14是由圓筒及其上部的兩個支管構成的一個腔體，這兩個支管分別與噴頭左、右側入口支管相連接；所述的管體17上端置于主腔體14的圓筒內，管體17的下端固定在法蘭盤18上、并由法蘭盤18聯接到進水管道上；安裝在噴頭11右側入口支管和主腔體14右側支管連接處的蝸輪12固定在噴頭11右側入口支管上，與蝸輪12相嚙合的蝸桿13與電機15的輸出軸固聯，電機15固定在主腔體14的右側支管中部；蝸輪19固定在管體17下部，與蝸桿20相嚙合，蝸桿20與電機16的輸出軸固聯，電機16固定在主腔體14的左側支管中部；其控制系統2中的解碼器5的功率驅動模塊7，由電阻R1～R20、功率管Q1～Q4、三極管Q5～Q8、光電藕合器U1～U4、穩壓二極管DW1～DW4、二極管D1～D8、發光二極管L1～L4、插座CN2組成；其中，U1、U2、U3、U4的1腳分別和R5、R9、R13、R17的一端一一對應相接，U1、U2、U3、U4的2腳分別和L1、L4、L3、L2的陰極一一對應相接后接外部端子CN2-5、CN2-4、CN2-3和CN2-2，L1、L4、L3、L2的陽極和R6、R10、R14、R18的一端一一對應相接，U1的4腳、Q5的基極和R7的一端相接，U2的4腳、Q6的基極和R11的一端相接，U3的4腳、Q7的基極和R15的一端相接，U4的4腳、Q8的基極和R19的一端相接，R8的一端、R1的一端、D1的陰極和Q5的集電極相接，R12的一端、R2的一端、D2的陰極和Q6的集電極相接，R16的一端、R3的一端、D3的陰極和Q7的集電極相接，R20的一端、R4的一端、D4的陰極和Q8的集電極相接，R1的另一端、D1的陽極、DW1的陰極與Q1的柵極相接，R2的另一端、D2的陽極、DW2的陰極與Q2的柵極相接，R3的另一端、D3的陽極、DW3的陰極與Q3的柵極相接，R4的另一端、D4的陽極、DW4的陰極與Q4的柵極相接，U1的3腳、Q5的發射極、DW1的陽極、MOT的M+端、Q1的源極、D5的陽極、D6的陰極和Q2的漏極連接在一起，U4的3腳、Q8的發射極、DW4的陽極、Q4的源極、D8的陽極、MOT的M-端、D7的陰極和Q3的漏極連接在一起，R5、R6、R9、R10、R13、R14、R17、R18的另一端都和+5V電源相接，R7、R8、R11、R12、R15、R16、R19、R20的另一端都和+12V電源相接，Q1的漏極、D5的陰極、Q4的漏極、D8的陰極與+24V電源相接，Q2的源極、Q6發射極、DW2的陽極、U2的3腳、D6的陽極、D7的陽極、Q3的源極、DW3的陽極、Q7的發射極、U3的3腳與地相接，MOT的M+和M-端與炮體電機接線柱相聯結；其特征在于安裝在噴頭11左側入口支管和主腔體14左側支管連接處的齒輪23固定在噴頭11左側入口支管上，角度電位器21固定在主腔體14左側支管上，反饋齒輪22與角度電位器21同軸并和齒輪23相嚙合；齒輪26固定在管體17的中部，角度電位器24固定在主腔體14的圓筒外壁上，反饋齒輪25與角度電位器24同軸并和齒輪26相嚙合；所述控制系統2由供水裝置3、火焰圖像定位器4、解碼器5以及計算機6組成；該供水裝置3由泵閥控制盤27、消防泵28、電動閥29和進水管道30組成；計算機6通過RS-485總線與泵閥控制盤27相連，消防泵28與電動閥29通過控制電路分別與泵閥控制盤27連接；消防泵28安裝在進水管道30的始端，電動閥29安裝在進水管道30上，炮體法蘭盤18連接在進水管道30的另一端；所述泵閥控制盤27由集成電路U14～U25、電阻R35～R53、功率管Q9～Q12和繼電器K1～K4組成；其中，VCC0為+5V電源，VCC1為+24V電源；U14的P10～P13分別與U15的第1、2、6、5引腳相連，U14的RXD和TXD腳分別與U16的第0、3腳相連；U17的第1腳通過電阻R36接至電源VCC0上，第2腳接到U14的P00端口，第3腳接地，第4腳與Q9的基極和R38的一腳相連，R38的另一腳接至電源VCC1上，Q9的發射極與繼電器K1線圈一腳相連，集電極接地，K1線圈的另一腳接到VCC1上，接線柱A與電動閥29相接；U18的第1腳通過電阻R37接至電源VCC0上，第2腳接到U14的P01端口，第3腳接地，第4腳與Q10的基極和R39的一腳相連，R39的另一腳接至電源VCC1上，Q10的發射極與繼電器K2線圈一腳相連，集電極接地，K2線圈的另一腳接到VCC1上，接線柱A與電動閥29相接；U19的第1腳通過電阻R42連接到電源VCC1上，第2腳接至電動閥的啟動反饋腳，第4腳與U14的P02端口、電阻R40的一腳相連；U20的第1腳通過電阻R43連接到電源VCC1上，第2腳接至電動閥的停止反饋腳，第4腳與U14的P03端口、電阻R41的一腳相連；U21的第1腳通過電阻R44接至電源VCC0上，第2腳接到U14的P20端口，第3腳接地，第4腳接到Q11的基極和R46的一腳上，R46的另一腳接至電源VCC1，Q11的發射極與繼電器K3線圈一腳相連，其集電極接地，K3線圈的另一腳接到VCC1上，接線柱B與消防泵30相接；U22的第1腳通過電阻R45接至電源VCC0上，第2腳接到U14的P21端口，第3腳接地，第4腳接到Q12的基極和R47的一腳上，R47的另一腳接至電源VCC1，Q12的發射極與繼電器K4線圈一腳相連，其集電極接地，K4線圈的另一腳接到VCC1上，接線柱B與消防泵30相接；U23的第1腳通過電阻R51連接到電源VCC1上，第2腳接至消防泵的啟動反饋腳，第4腳與U14的P22、電阻R48的一腳相連；U24的第1腳通過電阻R52連接到電源VCC1上，第2腳接至消防泵的停止反饋腳，第4腳與U14的P23、電阻R49的一腳相連；U25的第1腳通過電阻R53連接到電源VCC1上，第2腳接至消防泵的故障反饋腳，第4腳與U14的P24、電阻R50的一腳相連；所述火焰圖像定位器4由一只紅外攝像機和一只彩色攝像機組成，兩只攝像機水平地固定在炮體1的噴頭11的出口支管上，通過視頻線與計算機6的圖像采集卡連接；所述解碼器5的微處理模塊8由集成電路U5、U6，撥碼開關U7，電阻R21、R22，排組PR2、PR3，發光二極管L5，電容C1、C2，晶體振蕩器CY1組成；所述通訊模塊9由集成電路U8，電阻R23，跳線夾JP1，2腳插座CN7組成；其中，U5的X2、電容C1的一端和CY1的一端相接，U5的X1、電容C2的一端和CY1的另外一端相接，U5的TXD與U8的DI相接，U5的RXD與U8的R0相接，U5的INT0接在U8的2、3引腳上，U5的P10、P11、P12、P13分別與U6的CS、SO、CK、SI相接，+5V電源通過R22、L5接在U5的INT1上，U8的A、B分別和485的兩根通訊線相接，A、B之間由R23、JP1連接，U5的RESET、R21的一端和U6的RT腳相接，R21的另一端、U6的VCC、WP兩引腳、U5的EA/VP引腳和U8的VCC引腳都接在+5V電源上，PR3一側八腳和接線端子分別接在U5的P00、P01、P02、P03、P04、P05、P06、P07上，PR3的另一側八腳接+5V電源，PR2一側的八腳和U7一側的八腳、U5的P20、P21、P22、P23、P24、P25、P26、P27一一對應相接，PR2另一側八腳接+5V電源，U7的另一側的八腳接地，U5的P04、P05、P06、P07分別與功率驅動模塊7的CN2-2、CN2-3、CN2-4、CN2-5對應相接；所述的數據采集模塊10由電阻R24～R34，電位器W1～W4，集成電路U9～U11，三端穩壓塊U12、U13，電容E1～E6、C3～C8和電感L9組成；其中，U9的RG-通過R24、W1、R25和U9的RG+相接，U10的RG-通過R28、W3、R29和U10的RG+相接，U9的IN-與W2的調節端相接，+5V電源、R26、W2、R27串聯接地，U10的IN-與W4的調節端相接，+5V電源、R30、W4、R31串聯接地，U9的REF、VS-和U10的REF、VS-都接地，U9的VS+、U10的VS+、C8的一端、C7的一端、E4的正極和E3的正極與+5V電源相接，+12V電源通過L9分別與E1的正極、C3的一端、U12的Vin、E5的正極、C5的一端、U13的Vin相接，U12的Vout、C4的一端、E2的正極相接與+5V電源聯結，U13的Vout、C6的一端、E6的正極和R32的一端相接，R32的另一端、R33的一端和端子REF+相接，E1的負極、C3的另一端、U12的GND、C4的另一端、E2的負極都接地，U13的GND、E5的負極、C5的另一端、C6的另一端、E6的負極、R34的一端都接地，U11的VCC接+5V電源，U11的GND接地，U11的A0和A1腳分別接端子A01和A02，U11的CN6-1、CN6-2、CN6-3、CN6-4、CN6-5分別與微處理模塊8的U5的P00、P01、P02、P03、P04和TO腳對應相接，U9的IN1腳和U10的IN2腳與炮體角度電位器相連接。
本發明自動消防炮的自動控制方法，特征在于計算機6在接受與消防炮相關聯的某一路火災探測器發出的報警信號、由預先設定的程序自動對火災信號進行確認之后，通過解碼器5的通訊模塊9和微處理模塊8，將信息發送給功率驅動模塊7，由功率驅動模塊7控制炮體1的水平電機和俯仰電機作旋轉運動，由炮體噴頭帶動火焰圖像定位器4進行水平方向和俯仰方向上火焰搜索定位，炮體的水平角度電位器和俯仰角度電位器及時將炮體1的位置角度信號傳遞給解碼器的數據采集模塊10，通過解碼器5的通訊模塊9，將信息發送給計算機，火焰圖像定位器4的視頻信號也傳遞給計算機；經過程序分析之后計算機將動作指令通過通訊模塊9傳遞給功率驅動模塊7，由功率驅動模塊7控制炮體1的水平電機和俯仰電機作旋轉運動，將水炮噴頭對準火焰面前鋒；另一方面，計算機6給泵閥控制盤27發送查詢指令，泵閥控制盤27將消防泵28和電動閥29的狀態信息及時反饋給計算機；一旦確認需要啟動消防泵和電動閥后，計算機6給泵閥控制盤27發送控制指令，泵閥控制盤27立即啟動消防泵和電動閥，對著火點實施噴水滅火直至火焰熄滅、該路報警信號消除為止；與此同時，計算機6繼續接受與該自動消防炮相關聯的其它各路火災探測報警器的反饋信息，如果還存在另外一路火災報警信號，炮體1在熄滅當前區域的火焰之后，在解碼器功率驅動模塊7的控制下，自動地對新的著火點進行空間搜索定位并實施滅火直至其熄滅為止；當與該自動消防炮相關聯的所有火災報警信號完全被消除之后，計算機6給泵閥控制盤27發送控制指令，泵閥控制盤27及時關閉消防泵和電動閥，系統自動地恢復到初始設定狀態，等待下一次的報警信號。
本發明自動消防炮可以適用各種液體滅火介質，但一般使用水作為滅火介質。
與現有的消防炮相比較，本發明自動消防炮具有以下主要優點1、在本發明消防炮的炮體1中，采用角度電位器21和24將炮體在水平方向和俯仰方向上的旋轉角度信息及時反饋給解碼器的數據采集模塊10，計算機6經過分析和處理之后，可以及時調整炮體1的位置和噴頭11的角度。
2、本發明中采用的解碼器5是自動消防炮的遠程自動控制設備，由功率驅動模塊7、微處理模塊8、通訊模塊9和數據采集模塊10組成；數據采集模塊10通過炮體1的角度電位器21和24能夠及時獲取炮體1的位置信息；微處理模塊8是解碼器的控制核心，將采集的模擬信號轉化為數字信號后由通訊模塊9傳遞給計算機，由計算機的控制程序進行分析和處理，實現對自動消防炮實行遠程自動控制；計算機的控制指令再通過RS485通訊接口和通訊模塊傳遞給解碼器的功率驅動模塊7，由功率驅動模塊7驅動炮體1和噴頭11在水平方向和俯仰方向發生轉動。
3、由于本發明自動消防炮采用紅外攝像機和彩色攝像機組成火焰圖像定位器4固定在炮體1的噴頭11上，可以隨著噴頭11一起運動，能夠及時獲取火焰圖像的位置信息，以實現著火點的空間定位。
4、本發明自動消防炮中的供水裝置3采用由泵閥控制盤27、消防泵28、電動閥29和進水管道30組成；計算機通過RS-485總線與泵閥控制盤相連，由泵閥控制盤27實現對消防泵28和電動閥29的巡檢、查詢和控制。消防泵啟動、停止或故障的三種狀態以及電動閥啟動或停止的兩種狀態通過泵閥控制盤27及時反饋給計算機；同時，計算機需要啟動或停止消防泵和電動閥的控制指令通過泵閥控制盤及時執行，從而可以實現供水和停水的自動控制。
5、本發明自動消防炮，采用計算機軟件來控制炮體的動作，通過設定的程序接受火災報警信號，通過角度電位器和火焰圖像定位器來獲取炮體位置和火焰圖像反饋信息，及時調整炮體位置和噴頭的角度，將炮體噴頭對準火焰面前鋒之后，自動打開水泵和電動閥，對著火點實施噴水滅火直至火焰熄滅、該路報警信號消除為止。
本發明自動消防炮特別適合于高大空間和無人值守場合的火災安全監控與撲救，使用安全方便、系統設置靈活機動；可極大地提高早期火災撲救的自動化水平。
附圖1為本發明自動消防炮總裝圖。
附圖2為炮體機械結構的主視圖，圖3為炮體機械結構的俯視圖；附圖4為解碼器功率驅動模塊電路圖，附圖5為解碼器微處理模塊和通訊模塊電路圖，附圖6為解碼器數據采集模塊電路圖；附圖7為泵閥控制盤電路圖。
附圖8為本發明自動消防炮的工作過程算法流程圖。
具體實施例方式以下結合附圖具體說明本發明的實施方式。
實施例1本發明自動消防炮由炮體1和控制系統2組成；其中控制系統2由供水裝置3、火焰圖像定位器4、解碼器5以及計算機6組成。
本實施例中自動消防炮炮體1的機械結構如下噴頭11由左側入口支管和右側入口支管連接到出口支管構成；主腔體14由圓筒及其上部的兩個支管構成的一個腔體，這兩個支管分別與噴頭左、右側入口支管相連接；管體17上端置于主腔體14的圓筒內，管體17的下端固定在法蘭盤18上、并由法蘭盤18聯接到進水管道30上；安裝在噴頭11右側入口支管和主腔體14右側支管連接處的蝸輪12固定在噴頭11右側入口支管上，與蝸輪12相嚙合的蝸桿13與電機15的輸出軸固聯，電機15固定在主腔體14的右側支管中部；蝸輪19固定在管體17下部，與蝸桿20相嚙合，蝸桿20與電機16的輸出軸固聯，電機16固定在主腔體14的左側支管中部；所述炮體1由齒輪23和26、反饋齒輪22和25以及角度電位器21和24組成；安裝在噴頭11左側入口支管和主腔體14左側支管連接處的齒輪23固定在噴頭11左側入口支管上，角度電位器21固定在主腔體14左側支管上，反饋齒輪22與角度電位器21同軸并和齒輪23相嚙合；齒輪26固定在管體17的中部，角度電位器24固定在主腔體14的圓筒外壁上，反饋齒輪25與角度電位器24同軸并和齒輪26相嚙合；供水裝置3由泵閥控制盤27、消防泵28、電動閥29和進水管道30組成；計算機6通過RS-485總線與泵閥控制盤27相連，消防泵28與電動閥29通過控制電路分別與泵閥控制盤27連接；消防泵28安裝在進水管道30的始端，電動閥29安裝在進水管道30上，炮體法蘭盤18安裝在進水管道30的另一端；本實施例中采用的消防泵28的型號為CB1.0/30，電動閥29的型號為ulli-10；泵閥控制盤27由集成電路U14～U25、電阻R35～R53、功率管Q9～Q12和繼電器K1～K4組成；其中，VCC0為+5V電源，VCC1為+24V電源；U14的P10～P13分別與U15的第1、2、6、5引腳相連，U14的RXD和TXD腳分別與U16的第0、3腳相連；U17的第1腳通過電阻R36接至電源VCC0上，第2腳接到U14的P00端口，第3腳接地，第4腳與Q9的基極和R38的一腳相連，R38的另一腳接至電源VCC1上，Q9的發射極與繼電器K1線圈一腳相連，集電極接地，K1線圈的另一腳接到VCC1上，接線柱A與電動閥29相接，U17、Q9、K1、R36和R38構成對電動閥的啟動控制；U18的第1腳通過電阻R37接至電源VCC0上，第2腳接到U14的P01端口，第3腳接地，第4腳與Q10的基極和R39的一腳相連，R39的另一腳接至電源VCC1上，Q10的發射極與繼電器K2線圈一腳相連，集電極接地，K2線圈的另一腳接到VCC1上，接線柱A與電動閥29相接，U18、Q10、K2、R37和R39構成對電動閥的停止控制；U19的第1腳通過電阻R42連接到電源VCC1上，第2腳接至電動閥的啟動反饋腳，第4腳與U14的P02端口、電阻R40的一腳相連，提供電動閥的啟動極限位反饋信號；U20的第1腳通過電阻R43連接到電源VCC1上，第2腳接至電動閥的停止反饋腳，第4腳與U14的P03端口、電阻R41的一腳相連，提供電動閥的停止極限位反饋信號；U21的第1腳通過電阻R44接至電源VCC0上，第2腳接到U14的P20端口，第3腳接地，第4腳接到Q11的基極和R46的一腳上，R46的另一腳接至電源VCC1，Q11的發射極與繼電器K3線圈一腳相連，其集電極接地，K3線圈的另一腳接到VCC1上，接線柱B與消防泵30相接，U21、Q11、K3、R44和R46構成對消防泵的啟動控制；U22的第1腳通過電阻R45接至電源VCC0上，第2腳接到U14的P21端口，第3腳接地，第4腳接到Q12的基極和R47的一腳上，R47的另一腳接至電源VCC1，Q12的發射極與繼電器K4線圈一腳相連，其集電極接地，K4線圈的另一腳接到VCC1上，接線柱B與消防泵30相接，U22、Q12、K4、R45和R47構成對消防泵的停止控制；U23的第1腳通過電阻R51連接到電源VCC1上，第2腳接至消防泵的啟動反饋腳，第4腳與U14的P22、電阻R48的一腳相連，提供消防泵的啟動反饋信號；U24的第1腳通過電阻R52連接到電源VCC1上，第2腳接至消防泵的停止反饋腳，第4腳與U14的P23、電阻R49的一腳相連，提供消防泵的停止反饋信號；U25的第1腳通過電阻R53連接到電源VCC1上，第2腳接至消防泵的故障反饋腳，第4腳與U14的P24、電阻R50的一腳相連，提供消防泵的故障反饋信號；本實施例中的火焰圖像定位器4由型號分別是BP134和LTC0450的一只紅外攝像機和一只彩色攝像機組成，兩只攝像機水平地固定在炮體1的噴頭11的出口支管上，通過視頻線直接與計算機6的圖像采集卡連接；本實施例中的解碼器5由微處理模塊8、功率驅動模塊7、數據采集模塊10、通訊模塊9組成；解碼器5提供了炮體驅動、炮體狀態反饋、微處理運算和遠程通訊功能。
所述解碼器5的功率驅動模塊7由兩個相同的電路組成，分別用于控制炮體水平和俯仰方向的旋轉；其中，U1、U2、U3、U4的1腳分別和R5、R9、R13、R17的一端一一對應相接，U1、U2、U3、U4的2腳分別和L1、L4、L3、L2的陰極一一對應相接后接外部端子CN2-5、CN2-4、CN2-3和CN2-2，L1、L4、L3、L2的陽極和R6、R10、R14、R18的一端一一對應相接，U1的4腳、Q5的基極和R7的一端相接，U2的4腳、Q6的基極和R11的一端相接，U3的4腳、Q7的基極和R15的一端相接，U4的4腳、Q8的基極和R19的一端相接，R8的一端、R1的一端、D1的陰極和Q5的集電極相接，R12的一端、R2的一端、D2的陰極和Q6的集電極相接，R16的一端、R3的一端、D3的陰極和Q7的集電極相接，R20的一端、R4的一端、D4的陰極和Q8的集電極相接，R1的另一端、D1的陽極、DW1的陰極與Q1的柵極相接，R2的另一端、D2的陽極、DW2的陰極與Q2的柵極相接，R3的另一端、D3的陽極、DW3的陰極與Q3的柵極相接，R4的另一端、D4的陽極、DW4的陰極與Q4的柵極相接，U1的3腳、Q5的發射極、DW1的陽極、MOT的M+端、Q1的源極、D5的陽極、D6的陰極和Q2的漏極連接在一起，U4的3腳、Q8的發射極、DW4的陽極、Q4的源極、D8的陽極、MOT的M-端、D7的陰極和Q3的漏極連接在一起，R5、R6、R9、R10、R13、R14、R17、R18的另一端都和+5V電源相接，R7、R8、R11、R12、R15、R16、R19、R20的另一端都和+12V電源相接，Q1的漏極、D5的陰極、Q4的漏極、D8的陰極與+24V電源相接，Q2的源極、Q6發射極、DW2的陽極、U2的3腳、D6的陽極、D7的陽極、Q3的源極、DW3的陽極、Q7的發射極、U3的3腳與地相接，MOT的M+和M-端與炮體電機接線柱相聯結；本實施例中，所述解碼器5的微處理模塊8由集成電路U5、U6，撥碼開關U7，電阻R21、R22，排組PR2、PR3，發光二極管L5，電容C1、C2，晶體振蕩器CY1組成；所述通訊模塊9由集成電路U8，電阻R23，跳線夾JP1，2腳插座CN7組成；其中，U5的X2、電容C1的一端和CY1的一端相接，U5的X1、電容C2的一端和CY1的另外一端相接，U5的TXD與U8的DI相接，U5的RXD與U8的RO相接，U5的INT0接在U8的2、3引腳上，U5的P10、P11、P12、P13分別與U6的CS、SO、CK、SI相接，+5V電源通過R22、L5接在U5的INT1上，U8的A、B分別和485的兩根通訊線相接，A、B之間由R23、JP1連接，U5的RESET、R21的一端和U6的RT腳相接，R21的另一端、U6的VCC、WP兩引腳、U5的EA/VP引腳和U8的VCC引腳都接在+5V電源上，PR3一側八腳和接線端子分別接在U5的P00、P01、P02、P03、P04、P05、P06、P07上，PR3的另一側八腳接+5V電源，PR2一側的八腳和U7一側的八腳、U5的P20、P21、P22、P23、P24、P25、P26、P27一一對應相接，PR2另一側八腳接+5V電源，U7的另一側的八腳接地，U5的P04、P05、P06、P07分別與功率驅動模塊7的CN2-2、CN2-3、CN2-4、CN2-5對應相接；所述的數據采集模塊10由電阻R24～R34，電位器W1～W4，集成電路U9～U11，三端穩壓塊U12、U13，電容E1～E6、C3～C8和電感L9組成；其中，U9的RG-通過R24、W1、R25和U9的RG+相接，U10的RG-通過R28、W3、R29和U10的RG+相接，U9的IN-與W2的調節端相接，+5V電源、R26、W2、R27串聯接地，U10的IN-與W4的調節端相接，+5V電源、R30、W4、R31串聯接地，U9的REF、VS-和U10的REF、VS-都接地，U9的VS+、U10的VS+、C8的一端、C7的一端、E4的正極和E3的正極與+5V電源相接，+12V電源通過L9分別與E1的正極、C3的一端、U12的Vin、E5的正極、C5的一端、U13的Vin相接，U12的Vout、C4的一端、E2的正極相接與+5V電源聯結，U13的Vout、C6的一端、E6的正極和R32的一端相接，R32的另一端、R33的一端和端子REF+相接，E1的負極、C3的另一端、U12的GND、C4的另一端、E2的負極都接地，U13的GND、E5的負極、C5的另一端、C6的另一端、E6的負極、R34的一端都接地，U11的VCC接+5V電源，U11的GND接地，U11的A0和A1腳分別接端子A01和A02，U11的CN6-1、CN6-2、CN6-3、CN6-4、CN6-5分別與微處理模塊8的U5的P00、P01、P02、P03、P04和TO腳對應相接，U9的IN1腳和U10的IN2腳與炮體角度電位器相連接；其自動控制模式是按照附圖8的算法流程圖編制的自動操作程序第一步是系統初始化，自動消防炮處于系統設定的初始位置；第二步是計算機接受報警信號，一旦計算機接受到與自動消防炮相關聯的某一火災探測器的火災報警信號之后，立即進入第三步火警判斷，即對采集的視頻圖像信號進行圖像處理和分析，由程序進行判斷是否存在火警，如果不存在火警，系統停留在初始狀態；一旦判斷為火警，則進入第四步由火焰圖像定位器將火焰的圖像信息傳遞給計算機，計算出著火點坐標值，再通過解碼器的功率驅動模塊啟動炮體；在啟動初期，由于起火點可能不在火焰圖像定位器的視角范圍內，解碼器控制炮體以每次30度角自動地從左往右、自上而下進行掃描，直到找準著火點；第五步自動消防炮瞄準著火點，第六步計算機獲取泵閥控制盤27反饋的消防泵28和電動閥29的狀態信息，通過軟件分析之后，通過泵閥控制盤啟動消防泵和電動閥，自動消防炮對火焰前鋒實施噴水滅火；當此路火災探測報警器發出的報警信號消除之后，系統進入第七步計算機接受其它各路的火災報警，如果其它報警器仍然存在報警信號，系統將自動調整炮體噴頭的方向，對著火點進行定位和實施滅火；如果在該自動消防炮控制范圍內所有火災報警信號都被消除之后，系統進入第八步計算機通過泵閥控制盤關閉消防水泵和電動閥，炮體自動回復原位，系統回到巡檢狀態，對設定的空間范圍進行火災安全監控。
自動控制的工作過程如下計算機6在接受與自動消防炮相關聯的某一路火災探測器發出的報警信號，由預先設定的程序自動對火災信號進行確認之后，通過解碼器5的通訊模塊和微處理模塊將炮體角度移動信息發送給功率驅動模塊，由功率驅動模塊控制炮體的水平電機和俯仰電機作旋轉運動，由炮體噴頭帶動火焰圖像定位器4進行水平方向和俯仰方向上搜索定位，炮體的水平角度電位器和俯仰角度電位器及時將炮體和火焰圖像定位器的角度信息傳遞給解碼器的數據采集模塊，采集的數字量信號和模擬量信號同時傳輸給微處理模塊進行分析和處理，在進行火災進一步確認和火焰空間精確定位之后，計算機6給泵閥控制盤27發送控制指令，泵閥控制盤27立即啟動消防泵和電動閥，炮體對著火點實施噴水滅火直至火焰熄滅、該路報警信號消除為止；與此同時，計算機繼續接受與該自動消防炮相關聯的其它各路火災探測報警器的反饋信息，如果還存在其它的火災報警信號，自動消防炮在熄滅當前區域的火焰之后，將在解碼器功率驅動模塊的控制下，自動地對新的著火點進行空間搜索定位并實施滅火直至其熄滅為止；當與該自動消防炮相關聯的所有火災報警信號完全被消除之后，系統自動地恢復到初始狀態。
權利要求
1.一種自動消防炮，包括炮體1和控制系統2；所述炮體1包括噴頭11、蝸輪12和19、主腔體14、蝸桿13和20、電機15和16、管體17、法蘭盤18；所述噴頭11是由左側入口支管和右側入口支管連接到出口支管構成；所述主腔體14是由圓筒及其上部的兩個支管構成的一個腔體，這兩個支管分別與噴頭左、右側入口支管相連接；所述的管體17上端置于主腔體14的圓筒內，管體17的下端固定在法蘭盤18上、并由法蘭盤18聯接到進水管道上；安裝在噴頭11右側入口支管和主腔體14右側支管連接處的蝸輪12固定在噴頭11右側入口支管上，與蝸輪12相嚙合的蝸桿13與電機15的輸出軸固聯，電機15固定在主腔體14的右側支管中部；蝸輪19固定在管體17下部，與蝸桿20相嚙合，蝸桿20與電機16的輸出軸固聯，電機16固定在主腔體14的左側支管中部；其控制系統2中的解碼器5的功率驅動模塊7，由電阻R1～R20、功率管Q1～Q4、三極管Q5～Q8、光電藕合器U1～U4、穩壓二極管DW1～DW4、二極管D1～D8、發光二極管L1～L4、插座CN2組成；其中，U1、U2、U3、U4的1腳分別和R5、R9、R13、R17的一端一一對應相接，U1、U2、U3、U4的2腳分別和L1、L4、L3、L2的陰極一一對應相接后接外部端子CN2-5、CN2-4、CN2-3和CN2-2，L1、L4、L3、L2的陽極和R6、R10、R14、R18的一端一一對應相接，U1的4腳、Q5的基極和R7的一端相接，U2的4腳、Q6的基極和R11的一端相接，U3的4腳、Q7的基極和R15的一端相接，U4的4腳、Q8的基極和R19的一端相接，R8的一端、R1的一端、D1的陰極和Q5的集電極相接，R12的一端、R2的一端、D2的陰極和Q6的集電極相接，R16的一端、R3的一端、D3的陰極和Q7的集電極相接，R20的一端、R4的一端、D4的陰極和Q8的集電極相接，R1的另一端、D1的陽極、DW1的陰極與Q1的柵極相接，R2的另一端、D2的陽極、DW2的陰極與Q2的柵極相接，R3的另一端、D3的陽極、DW3的陰極與Q3的柵極相接，R4的另一端、D4的陽極、DW4的陰極與Q4的柵極相接，U1的3腳、Q5的發射極、DW1的陽極、MOT的M+端、Q1的源極、D5的陽極、D6的陰極和Q2的漏極連接在一起，U4的3腳、Q8的發射極、DW4的陽極、Q4的源極、D8的陽極、MOT的M-端、D7的陰極和Q3的漏極連接在一起，R5、R6、R9、R10、R13、R14、R17、R18的另一端都和+5V電源相接，R7、R8、R11、R12、R15、R16、R19、R20的另一端都和+12V電源相接，Q1的漏極、D5的陰極、Q4的漏極、D8的陰極與+24V電源相接，Q2的源極、Q6發射極、DW2的陽極、U2的3腳、D6的陽極、D7的陽極、Q3的源極、DW3的陽極、Q7的發射極、U3的3腳與地相接，MOT的M+和M-端與炮體電機接線柱相聯結；其特征在于安裝在噴頭11左側入口支管和主腔體14左側支管連接處的齒輪23固定在噴頭11左側入口支管上，角度電位器21固定在主腔體14左側支管上，反饋齒輪22與角度電位器21同軸并和齒輪23相嚙合；齒輪26固定在管體17的中部，角度電位器24固定在主腔體14的圓筒外壁上，反饋齒輪25與角度電位器24同軸并和齒輪26相嚙合；所述控制系統2由供水裝置3、火焰圖像定位器4、解碼器5以及計算機6組成；該供水裝置3由泵閥控制盤27、消防泵28、電動閥29和進水管道30組成；計算機6通過RS-485總線與泵閥控制盤27相連，消防泵28與電動閥29通過控制電路分別與泵閥控制盤27連接；消防泵28安裝在進水管道30的始端，電動閥29安裝在進水管道30上，炮體法蘭盤18連接在進水管道30的另一端；所述泵閥控制盤27由集成電路U14～U25、電阻R35～R53、功率管Q9～Q12和繼電器K1～K4組成；其中，VCC0為+5V電源，VCC1為+24V電源；U14的P10～P13分別與U15的第1、2、6、5引腳相連，U14的RXD和TXD腳分別與U16的第0、3腳相連；U17的第1腳通過電阻R36接至電源VCC0上，第2腳接到U14的P00端口，第3腳接地，第4腳與Q9的基極和R38的一腳相連，R38的另一腳接至電源VCC1上，Q9的發射極與繼電器K1線圈一腳相連，集電極接地，K1線圈的另一腳接到VCC1上，接線柱A與電動閥29相接；U18的第1腳通過電阻R37接至電源VCC0上，第2腳接到U14的P01端口，第3腳接地，第4腳與Q10的基極和R39的一腳相連，R39的另一腳接至電源VCC1上，Q10的發射極與繼電器K2線圈一腳相連，集電極接地，K2線圈的另一腳接到VCC1上，接線柱A與電動閥29相接；U19的第1腳通過電阻R42連接到電源VCC1上，第2腳接至電動閥的啟動反饋腳，第4腳與U14的P02端口、電阻R40的一腳相連；U20的第1腳通過電阻R43連接到電源VCC1上，第2腳接至電動閥的停止反饋腳，第4腳與U14的P03端口、電阻R41的一腳相連；U21的第1腳通過電阻R44接至電源VCC0上，第2腳接到U14的P20端口，第3腳接地，第4腳接到Q11的基極和R46的一腳上，R46的另一腳接至電源VCC1，Q11的發射極與繼電器K3線圈一腳相連，其集電極接地，K3線圈的另一腳接到VCC1上，接線柱B與消防泵30相接；U22的第1腳通過電阻R45接至電源VCC0上，第2腳接到U14的P21端口，第3腳接地，第4腳接到Q12的基極和R47的一腳上，R47的另一腳接至電源VCC1，Q12的發射極與繼電器K4線圈一腳相連，其集電極接地，K4線圈的另一腳接到VCC1上，接線柱B與消防泵30相接；U23的第1腳通過電阻R51連接到電源VCC1上，第2腳接至消防泵的啟動反饋腳，第4腳與U14的P22、電阻R48的一腳相連；U24的第1腳通過電阻R52連接到電源VCC1上，第2腳接至消防泵的停止反饋腳，第4腳與U14的P23、電阻R49的一腳相連；U25的第1腳通過電阻R53連接到電源VCC1上，第2腳接至消防泵的故障反饋腳，第4腳與U14的P24、電阻R50的一腳相連；所述火焰圖像定位器4由一只紅外攝像機和一只彩色攝像機組成，兩只攝像機水平地固定在炮體1的噴頭11的出口支管上，通過視頻線與計算機6的圖像采集卡連接；所述解碼器5的微處理模塊8由集成電路U5、U6，撥碼開關U7，電阻R21、R22，排組PR2、PR3，發光二極管L5，電容C1、C2，晶體振蕩器CY1組成；所述通訊模塊9由集成電路U8，電阻R23，跳線夾JP1，2腳插座CN7組成；其中，U5的X2、電容C1的一端和CY1的一端相接，U5的X1、電容C2的一端和CY1的另外一端相接，U5的TXD與U8的DI相接，U5的RXD與U8的R0相接，U5的INT0接在U8的2、3引腳上，U5的P10、P11、P12、P13分別與U6的CS、SO、CK、SI相接，+5V電源通過R22、L5接在U5的INT1上，U8的A、B分別和485的兩根通訊線相接，A、B之間由R23、JP1連接，U5的RESET、R21的一端和U6的RT腳相接，R21的另一端、U6的VCC、WP兩引腳、U5的EA/VP引腳和U8的VCC引腳都接在+5V電源上，PR3一側八腳和接線端子分別接在U5的P00、P01、P02、P03、P04、P05、P06、P07上，PR3的另一側八腳接+5V電源，PR2一側的八腳和U7一側的八腳、U5的P20、P21、P22、P23、P24、P25、P26、P27一一對應相接，PR2另一側八腳接+5V電源，U7的另一側的八腳接地，U5的P04、P05、P06、P07分別與功率驅動模塊7的CN2-2、CN2-3、CN2-4、CN2-5對應相接；所述的數據采集模塊10由電阻R24～R34，電位器W1～W4，集成電路U9～U11，三端穩壓塊U12、U13，電容E1～E6、C3～C8和電感L9組成；其中，U9的RG-通過R24、W1、R25和U9的RG+相接，U10的RG-通過R28、W3、R29和U10的RG+相接，U9的IN-與W2的調節端相接，+5V電源、R26、W2、R27串聯接地，U10的IN-與W4的調節端相接，+5V電源、R30、W4、R31串聯接地，U9的REF、VS-和U10的REF、VS-都接地，U9的VS+、U10的VS+、C8的一端、C7的一端、E4的正極和E3的正極與+5V電源相接，+12V電源通過L9分別與E1的正極、C3的一端、U12的Vin、E5的正極、C5的一端、U13的Vin相接，U12的Vout、C4的一端、E2的正極相接與+5V電源聯結，U13的Vout、C6的一端、E6的正極和R32的一端相接，R32的另一端、R33的一端和端子REF+相接，E1的負極、C3的另一端、U12的GND、C4的另一端、E2的負極都接地，U13的GND、E5的負極、C5的另一端、C6的另一端、E6的負極、R34的一端都接地，U11的VCC接+5V電源，U11的GND接地，U11的A0和A1腳分別接端子A01和A02，U11的CN6-1、CN6-2、CN6-3、CN6-4、CN6-5分別與微處理模塊8的U5的P00、P01、P02、P03、P04和TO腳對應相接，U9的IN1腳和U10的IN2腳與炮體角度電位器相連接。
2.一種自動消防炮的自動控制方法，特征在于計算機6在接受與消防炮相關聯的某一路火災探測器發出的報警信號、由預先設定的程序自動對火災信號進行確認之后，通過解碼器5的通訊模塊9和微處理模塊8，將信息發送給功率驅動模塊7，由功率驅動模塊7控制炮體1的水平電機和俯仰電機作旋轉運動，由炮體噴頭帶動火焰圖像定位器4進行水平方向和俯仰方向上火焰搜索定位，炮體的水平角度電位器和俯仰角度電位器及時將炮體1的位置角度信號傳遞給解碼器的數據采集模塊10，通過解碼器5的通訊模塊9，將信息發送給計算機，火焰圖像定位器4的視頻信號也傳遞給計算機；經過程序分析之后計算機將動作指令通過通訊模塊9傳遞給功率驅動模塊7，由功率驅動模塊7控制炮體1的水平電機和俯仰電機作旋轉運動，將水炮噴頭對準火焰面前鋒；另一方面，計算機6給泵閥控制盤27發送查詢指令，泵閥控制盤27將消防泵28和電動閥29的狀態信息及時反饋給計算機；一旦確認需要啟動消防泵和電動閥后，計算機6給泵閥控制盤27發送控制指令，泵閥控制盤27立即啟動消防泵和電動閥，對著火點實施噴水滅火直至火焰熄滅、該路報警信號消除為止；與此同時，計算機6繼續接受與該自動消防炮相關聯的其它各路火災探測報警器的反饋信息，如果還存在另外一路火災報警信號，炮體1在熄滅當前區域的火焰之后，在解碼器功率驅動模塊7的控制下，自動地對新的著火點進行空間搜索定位并實施滅火直至其熄滅為止；當與該自動消防炮相關聯的所有火災報警信號完全被消除之后，計算機6給泵閥控制盤27發送控制指令，泵閥控制盤27及時關閉消防泵和電動閥，系統自動地恢復到初始設定狀態，等待下一次的報警信號。
全文摘要
本發明的自動消防炮及其控制方法，由炮體和控制系統組成，其特征是控制系統由供水裝置、火焰圖像定位器、解碼器以及計算機組成；采用計算機控制炮體的動作，通過設定的程序接受火災報警信號，通過角度電位器和火焰圖像定位器來獲取炮體位置和火焰圖像信息，及時調整炮體位置和噴頭的角度，將炮體噴頭對準火焰面前鋒后，自動打開水泵和電動閥，對著火點實施噴水滅火直至火焰熄滅、該路報警信號消除為止。本發明的自動消防炮能夠與消防報警系統聯動，在設定監控的空間范圍內由計算機自動控制消防炮進行火焰識別、火焰空間定位和自動開閥噴水、撲滅火焰，特別適合于高大空間和無人值守場合的火災安全監控與撲救，可提高早期火災撲救的自動化水平。
文檔編號A62C31/00GK1602978SQ03135090
公開日2005年4月6日 申請日期2003年9月30日 優先權日2003年9月30日
發明者袁宏永, 疏學明, 蘇國鋒, 梁光華, 劉申友, 劉炳海, 陳濤, 馬云, 王進軍, 方斌 申請人:中國科學技術大學