CN101554517B

CN101554517B - 基于can总线分布式控制的模拟量消防炮

Info

Publication number: CN101554517B
Application number: CN2009101434026A
Authority: CN
Inventors: 孙凤明; 何永成
Original assignee: BEIJING FIREFEND EQUIPMENT Co Ltd
Current assignee: BEIJING FIREFEND EQUIPMENT Co Ltd
Priority date: 2009-05-25
Filing date: 2009-05-25
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2029-05-25
Also published as: CN101554517A

Abstract

本发明涉及基于CAN总线分布式控制的模拟量消防炮，包括炮体、炮座和炮嘴，还包括水平旋转机构、俯仰旋转机构、第一微处理器和CAN总线；第一微处理器接入CAN总线；水平旋转机构和俯仰旋转机构均包括伺服电机和旋转位置传感器；第一微处理器，接收旋转位置传感器发送的位置信号，并根据该位置信号控制伺服电机，从而使水平旋转机构进行水平旋转，或者使俯仰旋转机进行俯仰旋转。本发明采用CAN总线通信技术，线束简单，可靠性高，抗干扰性强，传输效率较高；消防员只需在消防车的驾驶室内就可控制消防炮的喷射角度、喷射方式，操作简单可靠；而且避免了消防员直接暴露在烈焰、烟尘、有毒气体中，保证消防员的人身生命安全。

Description

基于CAN总线分布式控制的模拟量消防炮

技术领域

本发明涉及消防领域，尤其涉及基于CAN总线分布式控制的模拟量消防炮。

背景技术

目前，许多消防炮仍采用为手动操作，特别是消防车上装备的手动消防炮，大多安装于消防车的水罐顶上，消防员操作消防炮时，必须通过消防车的后背梯爬到消防车顶上，然后进行操作，操作时还必须有其他消防员操作消防车控制面板，进行流量、压力、转速等的调节，数人相互配合才能完成，操作繁杂，效率低。手控消防炮使得消防员不得不直接暴露在烈焰、烟尘、有毒气体中，对消防员的生命安全造成威胁。

许多厂家针对上述手动炮出现的问题，开发了电动控制消防炮，用电机驱动消防炮做水平旋转、俯仰操作，通过控制电机来实现对消防炮的控制。这种电控消防炮多采用开环控制，输入控制信号后，电机驱动消防炮做水平旋转、俯仰动作，但是消防炮的位置信息没有得到反馈，消防炮是否转到预想的位置并不确定，不易实现精确的位置定位。其次，此类电控消防炮仍多采用传统的布线方式，线束多，布线复杂，容易产生故障且不易排查与维修，可靠性低，抗干扰性差，传输效率较低。

发明内容

为了解决上述的技术问题，提出了基于CAN总线分布式控制的模拟量消防炮，其目的在于，提供一种基于多微处理器分布式控制、采用CAN总线通信技术的、可以通过驾驶室内模拟操控手柄操作控制的模拟量消防炮。

本发明提供了基于CAN总线分布式控制的模拟量消防炮，包括炮体、炮座和炮嘴，还包括水平旋转机构、俯仰旋转机构、第一微处理器和CAN总线；

第一微处理器接入CAN总线；

水平旋转机构和俯仰旋转机构均包括伺服电机和旋转位置传感器；

第一微处理器，接收旋转位置传感器发送的位置信号，并根据该位置信号控制伺服电机，从而使水平旋转机构进行水平旋转，或者使俯仰旋转机进行俯仰旋转。

平旋转机构还包括轴承、蜗杆、蜗轮、手动摇柄和壳体；其中伺服电机、蜗杆和轴承固定于炮座上，蜗轮固定在炮体的第二炮管上，蜗杆由伺服电机驱动并与固定于第二炮管的蜗轮啮合。

俯仰旋转机构还包括轴承、蜗杆、蜗轮、手动摇柄和壳体；其中，伺服电机、蜗杆和轴承等固定于炮体的第二炮管上，蜗轮固定在炮体的第一炮管上，蜗杆由伺服电机驱动并与固定于第一炮管的蜗轮啮合。

还包括第二微处理器、信号采集模块和操控手柄；

第二微处理器接入CAN总线；

信号采集模块采集操控手柄产生的信号并发送至第二微处理器；

第二微处理器将操控手柄产生的信号发送至第一微处理器，第一微处理器根据操控手柄产生的信号控制水平旋转机构或俯仰旋转机构进行旋转。

还包括与第一微处理器连接的操控按钮；

第一微处理器接收操控按钮产生的信号，并依据该信号控制水平旋转机构或俯仰旋转机构进行旋转。

操控手柄上设置有控制开关，用于控制在炮嘴处安装的喷嘴直流喷射或开花喷射转换控制机构，以实现炮喷嘴进行直流喷射或开花喷射。

还包括与第二微处理器连接的LED显示器；第二微处理器，还用于对喷嘴开启信号和第一微处理器发送的位置信号进行处理，以在LED显示器实时显示模拟量消防炮的位置。

第一微处理器设定了炮的最佳工作位置坐标；当模拟量炮启动时，旋转位置传感器将当前的位置信息传递给第一微处理器，第一微处理器将当前的位置信息与设定的最佳位置坐标相比较运算，从而控制炮身自动旋转到设定的最佳喷射位置角度。

第一微处理器设定了炮的初始位置坐标；当模拟量消防炮作业完成后关闭时，第一微处理器根据炮的初始位置坐标控制炮身自动恢复到初始位置状态。

第一微处理器还根据障碍物的位置信息控制模拟量消防炮自动躲避障碍物。

采用本发明的模拟量消防炮，可以实现如下有益效果：1)采用CAN总线通信技术，线束简单，可靠性高，抗干扰性强，传输效率较高；2)消防员只需在消防车的驾驶室内就可控制消防炮的喷射角度、喷射方式，操作简单可靠；而且避免了消防员直接暴露在烈焰、烟尘、有毒气体中，保证消防员的人身生命安全；3)操作消防炮时，在驾驶室内的显示屏实时显示炮的位置，操作者直观快速的得到操作的反馈信息；。

附图说明

图1a-图1b是模拟量炮结构示意图；

图2是旋转机构示意图；

图3是控制系统示意图。

在图1a、图1b和图2中，各附图标记的指代的部件如下：1、炮管I 2、炮管II 3、水平旋转机构4、炮座5、俯仰旋转机构6、炮喷嘴控制机构7、旋转位置传感器8、伺服电机9、轴承10、蜗杆11、壳体12、手动摇柄13、蜗轮

具体实施方式

本发明一种基于多微处理器分布式控制，采用CAN总线通信技术的，可以通过驾驶室内模拟操控手柄操作控制的模拟量消防炮。该模拟量炮由炮体、炮座、水平旋转机构、俯仰旋转机构、炮嘴及相关的控制系统和CAN总线通信系统组成，实现了该模拟量炮的位置驱动控制、状态反馈、数据通信等。其中水平旋转机构、俯仰旋转机构都是由伺服电机、旋转位置传感器、轴承、蜗杆蜗轮副、手动摇柄、壳体等组成。该模拟量炮主要有以下特征：

1)只需通过消防车驾驶室内的操控手柄，就可控制炮的水平旋转、俯仰旋转动作，使消防炮达到最佳的喷射位置。在驻车灭火的情况下，消防员亦可通过消防车外部的控制按钮操纵炮的水平旋转和俯仰旋转及喷射控制。

2)模拟量炮采用多微处理器分布式控制，由伺服电机、位置旋转传感器、数据采集模块、微处理器、CAN总线通信等构成闭环控制，实现了炮旋转位置的精确控制。

3)通过驾驶室内操控手柄上的控制开关，控制在炮喷嘴处安装的喷嘴直流、开花转换控制机构，实现炮喷嘴进行直流喷射和开花喷射。

4)系统将位置旋转传感器的反馈信号和喷嘴开启信号进行处理，利用LED显示器实时显示炮的位置，十分直观。

5)整个模拟量炮控制系统采用了CAN总线通信技术，提高了传输效率、可靠性和抗干扰性，而且只需要在现有总线上增加节点，就可以实现功能的扩展与升级。

6)本模拟量炮具有一定的智能化功能，实现了初始位置预置，智能归位，智能越障，作业过程中意外断电无需复位等功能。

初始位置预置：炮控制模块的程序设定了炮的初始位置坐标和最佳工作位置坐标，当模拟量炮系统启动时，位置传感器会将当前的位置信息传递给控制模块与设定的最佳位置坐标相比较运算，控制炮身自动旋转到设定的最佳喷射位置角度；

智能归位：当整个灭火作业完成后系统关闭时，炮身会自动恢复到原来的初始位置状态；

智能越障：在炮旋转时经常会需要躲避炮身附近的固定障碍物，比如炮在某个位置处要躲避障碍物时，此时的位置坐标信号传递给控制模块，无需通过手柄控制，消防炮会自动按程序设定的运行轨迹躲避障碍物，躲避动作完成后继续执行消防员通过手柄发出的操作指令。

系统在喷射作业时，由于各种原因断电后再通电时，无需进行系统及机械部分复位动作，系统可以立即确定炮的各个部分的现行状态，可直接进行喷射灭火。

7)本模拟量可以方便的实现手动操作的切换。当系统电力耗尽或自控系统出现故障时，能够实现手动操作模拟量炮。

下面结合附图，对本发明进行详细描述。

1)炮体结构及旋转功能的实现。如图1a、图1b和图2所示，该模拟量炮的水平旋转机构主要由伺服电机8、旋转位置传感器7、轴承9、蜗杆蜗轮副10和13、手动摇柄12、壳体11等组成，其中伺服电机、蜗杆、轴承等固定于炮座4上，蜗轮固定在炮管II 2上，蜗杆由伺服电机驱动，与固定于炮管II 2上的蜗轮啮合，实现了炮身的水平旋转动作。同样俯仰旋转机构也是主要由伺服电机、旋转位置传感器、轴承、蜗杆蜗轮副、手动摇柄、壳体等组成，其中伺服电机、蜗杆、轴承等固定于炮管II 2上，蜗轮固定在炮管I1上，蜗杆由伺服电机驱动，与固定于炮管I的蜗轮啮合，实现了炮身的俯仰旋转动作。

2)控制及通信部分。本模拟量炮采用了CAN总线通信技术和多微处理器分布式控制，如图3所示，操控手柄的控制信号经过数据采集模块、AD转换处理后，输入到驾驶室内的微处理器转化为控制指令，通过CAN总线传输给消防炮处的微处理器，控制伺服电机驱动安装于炮体上的蜗杆蜗轮副，实现炮的水平旋转和俯仰旋转。安装在伺服电机上的旋转位置传感器输出的旋转角度信号通过CAN总线传输至驾驶室内的微处理器上，最后通过与之相连的LED显示屏，实时的显示炮的旋转角度。

3)通过驾驶室内操控手柄上的控制开关，气动与气缸相连的气动阀门，气体压力推动推杆，控制喷嘴张合，实现炮喷嘴直流喷射和开花喷射的转换。

4)在驻车灭火的情况下，消防员亦可通过消防车外部的远程控制按钮操纵炮的水平旋转和俯仰旋转及喷射控制。

本领域的技术人员在不脱离权利要求书确定的本发明的精神和范围的条件下，还可以对以上内容进行各种各样的修改。因此本发明的范围并不仅限于以上的说明。

Claims

1.基于CAN总线分布式控制的模拟量消防炮，包括炮体、炮座和炮嘴，其特征在于，还包括水平旋转机构、俯仰旋转机构、第一微处理器和CAN总线；

第一微处理器接入CAN总线；

第一微处理器，接收旋转位置传感器发送的位置信号，并根据该位置信号控制伺服电机，从而使水平旋转机构进行水平旋转，或者使俯仰旋转机构进行俯仰旋转。

2.如权利要求1所述的基于CAN总线分布式控制的模拟量消防炮，其特征在于，水平旋转机构还包括轴承、蜗杆、蜗轮、手动摇柄和壳体；其中伺服电机、蜗杆和轴承固定于炮座上，蜗轮固定在炮体的第二炮管上，蜗杆由伺服电机驱动并与固定于第二炮管的蜗轮啮合。

3.如权利要求1所述的基于CAN总线分布式控制的模拟量消防炮，其特征在于，俯仰旋转机构还包括轴承、蜗杆、蜗轮、手动摇柄和壳体；其中，伺服电机、蜗杆和轴承固定于炮体的第二炮管上，蜗轮固定在炮体的第一炮管上，蜗杆由伺服电机驱动并与固定于第一炮管的蜗轮啮合。

4.如权利要求1所述的基于CAN总线分布式控制的模拟量消防炮，其特征在于，还包括第二微处理器、信号采集模块和操控手柄；

第二微处理器接入CAN总线；

5.如权利要求1所述的基于CAN总线分布式控制的模拟量消防炮，其特征在于，还包括与第一微处理器连接的操控按钮；

6.如权利要求4所述的基于CAN总线分布式控制的模拟量消防炮，其特征在于，操控手柄上设置有控制开关，用于控制在炮嘴处安装的喷嘴直流喷射或开花喷射转换控制机构，以实现炮喷嘴进行直流喷射或开花喷射。

7.如权利要求6所述的基于CAN总线分布式控制的模拟量消防炮，其特征在于，还包括与第二微处理器连接的LED显示器；第二微处理器，还用于对喷嘴开启信号和第一微处理器发送的位置信号进行处理，以在LED显示器实时显示模拟量消防炮的位置。

8.如权利要求1所述的基于CAN总线分布式控制的模拟量消防炮，其特征在于，第一微处理器设定了炮的最佳工作位置坐标；当模拟量消防炮启动时，旋转位置传感器将当前的位置信息传递给第一微处理器，第一微处理器将当前的位置信息与设定的最佳位置坐标相比较运算，从而控制炮身自动旋转到设定的最佳喷射位置角度。

9.如权利要求1所述的基于CAN总线分布式控制的模拟量消防炮，其特征在于，第一微处理器设定了炮的初始位置坐标；当模拟量消防炮作业完成后关闭时，第一微处理器根据炮的初始位置坐标控制炮身自动恢复到初始位置状态。

10.如权利要求1所述的基于CAN总线分布式控制的模拟量消防炮，其特征在于，第一微处理器还根据障碍物的位置信息控制模拟量消防炮自动躲避障碍物。