湯先軍 查兵

摘要：針對(duì)兼容性、系統(tǒng)可靠性、易操作性、操作人員安全性等消防水炮控制系統(tǒng)中的部分關(guān)鍵指標(biāo)，提出了合理、簡(jiǎn)便、可靠的解決方案，并以此為基礎(chǔ)建立了一種多模式融合的水炮控制系統(tǒng)模型。

關(guān)鍵詞：消防水炮；多模式；Arduino；Zigbee；圖形化

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）31-0184-02

Construction of Key Indicators to Fire Water Monitor Control System Model

TANG Xian-jun， ZHA Bing

（School of Electronic Engineering， Jiujiang University， Jiujiang 332005， China）

Abstract： For some key indexes of fire water monitor control system such as compatibility， system reliability， easy operation， operation personnel safety， a reasonable， simple and reliable solution for this system is put forward， and thus as the foundation established a multi model fusion water cannon control system model.

Key words： fire water monitor； multi-mode； Arduino； Zigbee； graphical

1 概述

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的平穩(wěn)高速發(fā)展和現(xiàn)代化、城市化進(jìn)程的加劇，直接導(dǎo)致城區(qū)區(qū)域面積不斷擴(kuò)大，建筑物高度、密度的不斷增加，給新時(shí)期消防工作帶來了新的挑戰(zhàn)[1]。

各項(xiàng)消防設(shè)施中，使用最為廣泛且使用頻率最高的，當(dāng)屬消防水炮。從早期的手動(dòng)控制式、水力自擺式發(fā)展到現(xiàn)在的按鍵電控式消防水炮，雖然自動(dòng)化程度不斷提高，也在一定程度上減輕了操作人員的工作強(qiáng)度，但是都存在一個(gè)較大的缺陷，即由于上述控制系統(tǒng)一般都與水炮炮體連接緊密，因此操作人員在實(shí)際實(shí)施滅火救援時(shí)，不可避免的必須近距離操作設(shè)備。而一旦火場(chǎng)環(huán)境惡劣或?qū)嵤┚仍^程中突發(fā)險(xiǎn)情，不僅救援效果很難保證，而且會(huì)直接危及操作人員的人身安全，例如2015年8月12日在天津市濱海新區(qū)發(fā)生的危險(xiǎn)品倉(cāng)庫(kù)爆炸事故中就發(fā)生了類似的悲劇。此外，傳統(tǒng)消防水炮的手動(dòng)控制系統(tǒng)、水力自擺系統(tǒng)或按鍵電控系統(tǒng)在工作模式選擇、可調(diào)精度范圍等方面已經(jīng)不能滿足復(fù)雜多變的救援環(huán)境，在火場(chǎng)情況日趨多樣化和復(fù)雜化的今天，操作人員很難實(shí)現(xiàn)精確控制以實(shí)現(xiàn)最快救援。

基于以上現(xiàn)狀，本文提出一種多模式融合的水炮控制系統(tǒng)模型，在充分考慮消防水炮工作效率的前提下，針對(duì)控制系統(tǒng)部分關(guān)鍵指標(biāo)提出有效解決方案。

2 基于Arduino平臺(tái)多模式融合

控制系統(tǒng)軟硬件基于Arduino開源軟硬件項(xiàng)目開發(fā)平臺(tái)，采用Arduino平臺(tái)開發(fā)的最大優(yōu)勢(shì)在于：主控設(shè)備與各外圍部件間均采用模塊化設(shè)計(jì)，可根據(jù)實(shí)際功能需求靈活增減模塊，便于系統(tǒng)調(diào)整與升級(jí)。除主控設(shè)備外，可對(duì)現(xiàn)有手動(dòng)控制式、水力自擺式或按鍵電控式等模式的消防水炮進(jìn)行模塊化升級(jí)，盡量避免因設(shè)備升級(jí)造成的原有資源浪費(fèi)。

優(yōu)化后的水炮控制系統(tǒng)在保留上述幾種傳統(tǒng)控制模式基礎(chǔ)上，針對(duì)原有控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)整合，增設(shè)遠(yuǎn)距離無線遙控模式，配合上、下位機(jī)結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)多模式融合，適應(yīng)實(shí)際救援環(huán)境的多樣化和復(fù)雜化要求，提高系統(tǒng)的易操作性、可靠性和易維護(hù)性[2]。

系統(tǒng)使用性價(jià)比較高的AVR ATmega2560微控制器為核心器件，上位機(jī)部分為基于zigbee的手持終端，下位機(jī)部分與炮體電控、機(jī)械驅(qū)動(dòng)部分連接。在保證處理速度的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)極簡(jiǎn)方式與外圍傳感器、步進(jìn)電機(jī)等模塊接駁[3]。系統(tǒng)下位機(jī)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)下位機(jī)結(jié)構(gòu)圖

3 采用多冗余Zigbee自組網(wǎng)絡(luò)通信

增設(shè)的遠(yuǎn)距離無線遙控模式，充分考慮到火災(zāi)救援現(xiàn)場(chǎng)的惡劣環(huán)境，為避免出現(xiàn)通信中斷等情況，采用多冗余Zigbee自組網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對(duì)消防水炮的遠(yuǎn)距離控制。較之其他常見無線通信模式，如移頻鍵控（FSK）、振幅鍵控（ASK）等模式，采用Zigbee模式具有低功耗、高信道容量、短時(shí)延、高安全性、傳輸靈活等優(yōu)點(diǎn)，特別是在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)控制等低信噪比環(huán)境下，具有較低的位誤碼率，提高了實(shí)時(shí)通信的可靠性[4]。

采用多個(gè)上位機(jī)節(jié)點(diǎn)思路來構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)多冗余通道，避免出現(xiàn)單個(gè)節(jié)點(diǎn)故障導(dǎo)致控制中斷等故障，實(shí)際上位機(jī)節(jié)點(diǎn)數(shù)量可依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況適時(shí)調(diào)整。多冗余Zigbee自組網(wǎng)絡(luò)示意圖如圖2所示。

圖2 多冗余Zigbee自組網(wǎng)絡(luò)示意圖

4 基于圖形化操作界面的坐標(biāo)定位系統(tǒng)

消防水炮要在實(shí)際救援中發(fā)揮應(yīng)有的功效，很大程度上取決于水炮控制系統(tǒng)的易操作性。在實(shí)際使用中，如何快速準(zhǔn)確將水炮炮口調(diào)整至指定位置或區(qū)域范圍則顯得尤為重要。傳統(tǒng)消防水炮早期人工調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)速度、精度均較粗放，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且實(shí)際救援效能浪費(fèi)嚴(yán)重；采用按鍵電控系統(tǒng)后，調(diào)節(jié)精度和速度有所提高，但在一些需要設(shè)定水炮自擺范圍的救援場(chǎng)合，設(shè)置過于繁瑣，容易造成誤操作[5]。針對(duì)這些問題，本系統(tǒng)以圖形式操作界面為主，輔助按鍵操作面板。正常情況下，采用圖形化界面操作，當(dāng)圖形化操作界面出現(xiàn)故障時(shí)，可采用按鍵操作面板進(jìn)行應(yīng)急補(bǔ)充。

圖形化操作界面配合坐標(biāo)定位系統(tǒng)可方便實(shí)現(xiàn)消防水炮水流運(yùn)動(dòng)軌跡的立體調(diào)整，完成水炮的空間定位，例如通過兩點(diǎn)或多點(diǎn)坐標(biāo)定位可設(shè)置水炮實(shí)現(xiàn)二維或三維空間內(nèi)的智能自擺，提高滅火效能。同時(shí)，圖形化操作界面能直觀顯示系統(tǒng)電源狀態(tài)、電池電量、各模塊工作狀態(tài)等相關(guān)信息。

5 結(jié)束語(yǔ)

較之傳統(tǒng)消防水炮控制系統(tǒng)，多模式融合的水炮控制系統(tǒng)模型針在兼容原有設(shè)備，提高控制系統(tǒng)可靠性，簡(jiǎn)化操作提升效能及充分保障操作人員安全等控制系統(tǒng)部分關(guān)鍵指標(biāo)上提出了合理、簡(jiǎn)便、可靠的解決方案，具有一定實(shí)際應(yīng)用價(jià)值和借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

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