本發(fā)明是一種基于紅外溫度傳感器的自主尋的消防水炮系統(tǒng)及控制方法，屬于基于紅外溫度傳感器的自主尋的消防水炮系統(tǒng)及控制方法的創(chuàng)新技術(shù)。

背景技術(shù)：

目前的消防設(shè)備大多都是人為操作，當(dāng)火情發(fā)生時，消防人員需要近距離觀察火情，并且近距離地人為控制消防水炮進(jìn)行降溫滅火操作，在某些特別危險的火災(zāi)場景，如大型油罐等設(shè)施發(fā)生火警時，受當(dāng)前消防設(shè)備的限制，消防人員需要在距離火源幾十米的范圍內(nèi)操控消防水炮進(jìn)行滅火，由于受火災(zāi)現(xiàn)場濃煙等因素的影響，消防人員難以掌握火災(zāi)現(xiàn)場的溫度分布情況，無法優(yōu)先對高溫區(qū)域進(jìn)行滅火降溫，這樣對快速有效地降溫滅火極為不利；況且，由于大型油罐等設(shè)施起火時，隨時有爆炸的危險，一旦發(fā)生爆炸，油罐周圍幾十米甚至更大的范圍都是重創(chuàng)區(qū)，重創(chuàng)區(qū)內(nèi)人們的生命財產(chǎn)安全將受到極大威脅；所以，大型油罐等設(shè)施起火時，消防人員依靠傳統(tǒng)消防裝備進(jìn)入火場開展滅火工作時十分危險的；其自身的生命安全受到極大威脅。

目前，實際應(yīng)用的消防水炮設(shè)備大部分都需要消防人員進(jìn)行人工操控，雖然具有自擺功能的水炮可在消防人員撤離后仍在一定時間內(nèi)執(zhí)行噴水滅火任務(wù)，但是這種消防水炮缺乏智能，不能快速有效地找到火場的最高溫區(qū)域，對快速有效地降溫滅火不利，無法將人們的生命或財產(chǎn)損失減少到最小。

市場上現(xiàn)有的較為智能的消防水炮設(shè)備，一般都基于圖像處理技術(shù)。盡管這種消防設(shè)備彌補(bǔ)了傳統(tǒng)消防水炮的一些不足，但其中的硬件部件價格昂貴，難以普遍裝備，對于一些財政不寬裕的地方消防單位來說，所需的列裝費(fèi)用更是無法承擔(dān)。

鑒于上述客觀事實，迫切需要一種高性價比的能自動識別火場最高溫度點(diǎn)，并且能自動優(yōu)先對最高溫度點(diǎn)快速高效地進(jìn)行降溫滅火的新型消防水炮系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于考慮上述問題而提供一種基于紅外溫度傳感器的自主尋的消防水炮系統(tǒng)。本發(fā)明可在無人操控的情況下自動識別起火油罐的最高溫度點(diǎn)，并驅(qū)動移動水炮對該點(diǎn)進(jìn)行自動噴水降溫。且本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉、操作方便。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于紅外溫度傳感器的自主尋的消防水炮系統(tǒng)的控制方法，采用本發(fā)明的方法，大型油罐等設(shè)施火警升級時，消防人員可撤離到安全距離之外，水炮則仍可自動尋找火場最高溫點(diǎn)并進(jìn)行降溫滅火任務(wù)，從而有效保護(hù)消防人員的生命安全，減小事故造成的損失。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：本發(fā)明的基于紅外溫度傳感器的自主尋的消防水炮系統(tǒng)，包括有輸入系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及輸出系統(tǒng)，輸入系統(tǒng)的輸出端與控制系統(tǒng)的輸入端連接，控制系統(tǒng)的輸出端與輸出系統(tǒng)的輸入端連接，輸出系統(tǒng)則驅(qū)動消防水炮進(jìn)行滅火降溫工作。

本發(fā)明基于紅外溫度傳感器的自主尋得消防水炮系統(tǒng)的控制方法，包含如下步驟：

(1)紅外溫度傳感器獲取溫度數(shù)據(jù)，并以電壓格式輸出；

(2)a/d轉(zhuǎn)換模塊將溫度電壓標(biāo)量轉(zhuǎn)為溫度的數(shù)字量；

(3)單片機(jī)處理溫度的數(shù)字量；

(4)單片機(jī)根據(jù)溫度數(shù)字量度的處理結(jié)果，輸出相應(yīng)脈沖。

本發(fā)明基于紅外溫度傳感器的自主尋的消防水炮系統(tǒng)由于采用包括有輸入系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及輸出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，輸入系統(tǒng)在一定范圍內(nèi)循環(huán)轉(zhuǎn)動，通過紅外溫度傳感器獲取溫度數(shù)據(jù)，并以電壓的形式輸出到控制系統(tǒng)的輸入端，控制系統(tǒng)接收到輸入系統(tǒng)的輸出信號后，由a/d轉(zhuǎn)換模塊將代表溫度的電壓值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量并輸入到單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并將數(shù)據(jù)處理結(jié)果以相應(yīng)脈沖形式輸出到輸出系統(tǒng)。輸出系統(tǒng)接收到相應(yīng)脈沖后作出相應(yīng)的動作。本發(fā)明的的控制方法是單片機(jī)先將輸入系統(tǒng)的輸出電壓通過a/d轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，數(shù)字量不斷變大則表明消防水炮不斷對準(zhǔn)高溫點(diǎn)；數(shù)字量不斷變小，則表明消防水炮偏離最高溫點(diǎn)，在數(shù)字量轉(zhuǎn)折突變時，表示已找到探測范圍內(nèi)的最高溫度位置，控制系統(tǒng)(單片機(jī))發(fā)送相關(guān)驅(qū)動脈沖到輸出系統(tǒng)以驅(qū)動輸出系統(tǒng)的動作。本發(fā)明可在無人操控的情況下自動識別起火油罐的最高溫度點(diǎn)，并驅(qū)動移動水炮對該點(diǎn)進(jìn)行自動噴水降溫。采用本發(fā)明的系統(tǒng)，大型油罐等設(shè)施火警升級時，消防人員可撤離到安全距離之外，水炮則仍可執(zhí)行滅火任務(wù)，從而有效保護(hù)消防人員的生命安全，減小事故造成的損失。且本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉、操作方便，具有很高的性價比。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)構(gòu)成圖。

圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖。

圖3為本發(fā)明的步進(jìn)電機(jī)控制流程圖。

圖4為本發(fā)明單片機(jī)電機(jī)驅(qū)動信號控制流程圖。

圖5為本發(fā)明的數(shù)學(xué)模型示意圖。

實施例：

本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，本發(fā)明是基于紅外溫度傳感器的自主尋的消防水炮系統(tǒng)，包括有輸入系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及輸出系統(tǒng)，輸入系統(tǒng)的輸出端與控制系統(tǒng)的輸入端連接，控制系統(tǒng)的輸出端與輸出系統(tǒng)的輸入端連接。

本實施例中，上述輸入系統(tǒng)包括紅外溫度傳感器，紅外溫度傳感器的信號輸出端與控制系統(tǒng)的輸入端連接，上述控制系統(tǒng)包括單片機(jī)、a/d轉(zhuǎn)換模塊，a/d轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與輸入系統(tǒng)的輸出端連接，a/d轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與單片機(jī)的輸入端連接。輸入系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)，并以電壓的形式輸入到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)接收到數(shù)據(jù)后首先通過8位a/d芯片將電壓信號轉(zhuǎn)化為代表溫度高低的數(shù)字量，即a/d轉(zhuǎn)換值，該值越大，代表溫度越高，該值越小，代表溫度越低，控制系統(tǒng)通過不斷刷新a/d轉(zhuǎn)換值來判斷是否尋找到探測區(qū)域的高溫點(diǎn)。上述輸出系統(tǒng)是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動裝置，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動水炮工作。

本發(fā)明基于紅外溫度傳感器的自主尋得消防水炮系統(tǒng)的控制方法，包含如下步驟：

(1)紅外溫度傳感器獲取溫度數(shù)據(jù)，并以電壓格式輸出；

(2)a/d轉(zhuǎn)換模塊將溫度電壓標(biāo)量轉(zhuǎn)為溫度的數(shù)字量；

(3)單片機(jī)處理溫度的數(shù)字量；

(4)單片機(jī)根據(jù)溫度數(shù)字量度的處理結(jié)果，輸出相應(yīng)脈沖。

本實施例中，上述步驟(1)中，通過紅外溫度傳感器獲取溫度數(shù)據(jù)，并以電壓的形式輸出至a/d轉(zhuǎn)換模塊。

本實施例中，上述步驟(2)中，通過8位a/d轉(zhuǎn)換模塊將代表溫度的電壓值轉(zhuǎn)換位數(shù)字量，8位a/d轉(zhuǎn)換模塊能將溫度分為256個等級。

本實施例中，上述步驟(4)中，所輸出的脈沖位四相八拍步進(jìn)驅(qū)動脈沖；正轉(zhuǎn)脈沖順序為：a-ab-b-bc-c-cd-d-da；反轉(zhuǎn)脈沖順序為：d-dc-c-cb-b-ba-a-ad；通過水炮的不斷旋轉(zhuǎn)掃描，紅外溫度傳感器獲取溫度數(shù)據(jù)，并以電壓形式輸入到控制系統(tǒng)的a/d轉(zhuǎn)換模塊中，a/d轉(zhuǎn)換模塊將電壓值轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并不斷重復(fù)這一操作，通過數(shù)字量的前后對比，如果發(fā)現(xiàn)數(shù)字量不斷增大，則表明水炮在水平方向上不斷對準(zhǔn)高溫點(diǎn)，則輸出相應(yīng)脈沖，控制水炮繼續(xù)旋轉(zhuǎn)；如果數(shù)字量不斷減小，則表明消防水炮在水平方向上偏離高溫點(diǎn)，則輸出相應(yīng)脈沖，控制水炮反轉(zhuǎn)。當(dāng)a/d轉(zhuǎn)換值(溫度數(shù)字量)再次達(dá)到a/d轉(zhuǎn)換突變值(最大溫度數(shù)字量)時，水炮暫停轉(zhuǎn)動，開始進(jìn)行噴水降溫滅火工作。

本實施例中，上述控制水炮旋轉(zhuǎn)的過程如下：

單片機(jī)首先將當(dāng)前數(shù)字量、前一數(shù)字量、轉(zhuǎn)折數(shù)字量都設(shè)為0，然后不斷讀入當(dāng)前數(shù)字量，將當(dāng)前數(shù)字量與前一數(shù)字量作比較，如果當(dāng)前數(shù)字量大于或者等于前一數(shù)字量，則輸出相應(yīng)脈沖使得步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)；如果當(dāng)前數(shù)字量小于前一數(shù)字量，則表明數(shù)字量發(fā)生轉(zhuǎn)折，將轉(zhuǎn)折數(shù)字量設(shè)為前一數(shù)字量，并且輸出相應(yīng)脈沖使得步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，再不斷讀入當(dāng)前數(shù)字量，如果當(dāng)前數(shù)字量等于轉(zhuǎn)折數(shù)字量，步進(jìn)電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。消防水炮開始噴水降溫滅火。

本實施例中，自主尋得消防水炮系統(tǒng)的控制采用的數(shù)學(xué)模型如下：

n(x,y,z)＝α(z)t(x,y),(1)其中,n(x,y,z)為代表實際溫度值的數(shù)字量,其為一個與x,y,z空間直角坐標(biāo)系相關(guān)的函數(shù)；α(z)為實際溫度值與實際溫度數(shù)字量之間的關(guān)系系數(shù)，其與消防水炮到檢測范圍的直線距離z有關(guān)；t(x,y)為檢測平面內(nèi)對應(yīng)點(diǎn)(x,y)的實際溫度；

上述數(shù)學(xué)模型(1)中，把y看做是一個無關(guān)量，其具體原因為:因為消防水炮自身有一定的仰角，并且噴水降溫滅火時水壓較大，其在垂直方向上能形成一道弧形或者近似直線的水柱，當(dāng)水柱淋到應(yīng)用場景(大型油罐)的高處時，水流會沿著罐壁由上而下留下，因此，當(dāng)確定檢測范圍內(nèi)最高溫度點(diǎn)的橫向坐標(biāo)時(即x坐標(biāo))，即使水柱落點(diǎn)的y軸坐標(biāo)與最高溫度點(diǎn)的y軸坐標(biāo)不一致，也不影響對最高溫點(diǎn)的滅火降溫效果。若要確定y的值，只需對y坐標(biāo)進(jìn)行如x坐標(biāo)的掃描處理即可；

數(shù)學(xué)模型(1)中，溫度數(shù)字量n與x，y，z有關(guān)，當(dāng)y看做一個無關(guān)量時，數(shù)學(xué)模型簡化為：

n(x,z)＝α(z)t(x).(2)當(dāng)距離z一定時，α(z)一定，即n(x,z0)＝α(z0)t(x)，這樣溫度數(shù)字量與實際溫度值之間有著明確的對應(yīng)關(guān)系，實際溫度值越大，溫度數(shù)字量越大，因此，通過溫度數(shù)字量的大小來判斷實際溫度的高低是可行有效的；

本發(fā)明尋找檢測范圍內(nèi)的溫度最高點(diǎn)所采用的算法為“數(shù)值比較法”，具體實現(xiàn)方法如下：

將溫度數(shù)字量的當(dāng)前值nm(x,z)與前一溫度數(shù)字量nm-1(x,z)作比較，從而確定檢測范圍內(nèi)溫度最高點(diǎn)的位置，具體實現(xiàn)方法如下：

首先將數(shù)學(xué)模型的最大值，即最大溫度數(shù)字量nmax(x,z)設(shè)置為0；將當(dāng)前溫度數(shù)字量nm(x,z)設(shè)置為0；將前一溫度數(shù)字量nm-1(x,z)設(shè)置為0；

單片機(jī)先將輸入系統(tǒng)的輸出電壓通過a/d轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成當(dāng)前溫度數(shù)字量nm(x,z)，并且與前一溫度數(shù)字量nm-1(x,z)作比較：若當(dāng)前數(shù)字量不小于前一數(shù)字量，表明消防水炮不斷靠近最高溫點(diǎn)，則將前一數(shù)字量nm-1(x,z)的值設(shè)置為當(dāng)前數(shù)字量nm(x,z)的值，并且輸出脈沖驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)；若當(dāng)前數(shù)字量nm(x,z)小于前一數(shù)字量nm-1(x,z)，表明消防水炮偏離最高溫點(diǎn)，則控制系統(tǒng)輸出驅(qū)動脈沖使得步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)；在數(shù)字量轉(zhuǎn)折突變時，表示已找到探測范圍內(nèi)的最高溫度位置，則將最大溫度數(shù)字量nmax(x,z)設(shè)置為突變時的溫度數(shù)字量；當(dāng)最大溫度數(shù)字量nmax(x,z)與當(dāng)前數(shù)字量nm(x,z)相等時，控制系統(tǒng)輸出驅(qū)動脈沖使得電機(jī)停轉(zhuǎn)；

本實施例中，自主尋的消防水炮系統(tǒng)的控制圍繞獲取、處理三個溫度數(shù)字量進(jìn)行；這三個溫度數(shù)字量分別為：當(dāng)前溫度數(shù)字量、前一溫度數(shù)字量以及最大溫度數(shù)字量；根據(jù)數(shù)學(xué)模型，這三個溫度數(shù)字量表示為：

當(dāng)前溫度數(shù)字量：nm(x,z)；

前一溫度數(shù)字量：nm-1(x,z)；

最大溫度數(shù)字量：nmax(x,z)；

利用數(shù)學(xué)模型，自主尋的消防水炮系統(tǒng)的控制方法，包括有如下步驟：

(1)根據(jù)數(shù)學(xué)模型：n(x,z)＝α(z)t(x)

將當(dāng)前溫度數(shù)字量nm(x,z)、前一溫度數(shù)字量nm-1(x,z)與及最大溫度數(shù)字量nmax(x,z)的初始值全部設(shè)為0；

(2)紅外溫度傳感器獲取溫度數(shù)據(jù)，并以電壓格式輸出；

(3)a/d轉(zhuǎn)換模塊將溫度電壓標(biāo)量轉(zhuǎn)為溫度的數(shù)字量，根據(jù)數(shù)學(xué)模型：n(x,z)＝α(z)t(x)

獲得當(dāng)前溫度數(shù)字量nm(x,z)；

(4)單片機(jī)處理當(dāng)前溫度數(shù)字量nm(x,z)、前一溫度數(shù)字量nm-1(x,z)與及最大溫度數(shù)字量nmax(x,z)之間的關(guān)系；

(5)單片機(jī)根據(jù)溫度數(shù)字量度的處理結(jié)果，輸出相應(yīng)脈沖，輸出系統(tǒng)根據(jù)接收到的脈沖執(zhí)行相應(yīng)的動作：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或者停止轉(zhuǎn)動。

本發(fā)明的主要參數(shù)如下：

(1)能將火場溫度分為0～255共256個等級，等級越高表示溫度越高，等級越低表示溫度越低。

(2)水炮旋轉(zhuǎn)角度0～360度。