CN104777777A - 消防车远程遥控车载控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种消防车远程遥控车载控制系统，包括中央控制器，转向控制器，车速控制器，档位控制器以及电源管理模块：中央控制器根据远程控制终端发送的指令对应控制转向控制器，车速控制器或档位控制器执行动作；转向控制器根据中央控制器的控制执行动作以驱动消防车转向；车速控制器根据中央控制器的控制执行动作以操作消防车的油门或刹车；档位控制器根据中央控制器的控制执行动作以操作消防车的档位处于前进挡、空挡和后退挡；电源管理模块向中央控制器，转向控制器，车速控制器以及档位控制器供电。能够接收远程控制终端发送的指令并执行消防车的作业。

Description

消防车远程遥控车载控制系统

技术领域

本发明涉及林用消防车远程遥控技术领域，尤其涉及消防车远程遥控车载控制系统。

背景技术

现有小型林用消防车主要依靠消防员人工驾驶接近火源，实施灭火作业，但草原和林地火的高温和浓烟对消防驾驶员的生命存在着重大的威胁。

如果能够在远处，通过无线视频和数据传输实时掌握火场信息，并能遥控消防车行走和灭火作业，就可以解决这一问题，但是，目前没有针对林用消防车的远程遥控系统。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种消防车远程遥控车载控制系统，实现遥控消防车作业。

本发明实施例的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施例提供一种消防车远程遥控车载控制系统，包括：

包括中央控制器，转向控制器，车速控制器，档位控制器以及电源管理模块：

所述中央控制器根据远程控制终端发送的指令对应控制所述转向控制器，所述车速控制器或所述档位控制器执行动作；

所述转向控制器根据所述中央控制器的控制执行动作，以驱动消防车转向；

所述车速控制器根据所述中央控制器的控制执行动作，以操作消防车的油门或刹车；

所述档位控制器根据所述中央控制器的控制执行动作，以操作消防车的档位处于前进挡、空挡和后退挡；

所述电源管理模块向所述中央控制器，所述转向控制器，所述车速控制器以及所述档位控制器供电。

由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，能够接收远程控制终端发送的指令并执行消防车的作业，实现面向森林消防车辆，还可用于扑救难度大、危险性强、人员无法接近的石油、化工、有毒有害液体气体、化学危险品等特殊火灾的消防车辆。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的消防车远程遥控车载控制系统的构成示意图。

图2为本发明实施例提供的消防车远程遥控车载控制系统控制原理示意图。

图3a-3g为本发明实施例提供的消防车远程遥控车载控制系统的中央控制器的电路原理图，其中，图3a示意中央控制器包括中央处理器模块、图3b示意作业控制模块、图3c示意信息采集模块、图3d示意状态显示模块、图3e示意无线通信模块、图3f示意电源管理模块，图3g示意地址设置模块。

图4为本发明实施例提供的消防车远程遥控车载控制系统的中央控制器应用程序流程示意图。

图5为本发明实施例提供的消防车远程遥控车载控制系统的转向控制器构成示意图。

图6a-6e为本发明实施例提供的消防车远程遥控车载控制系统的转向控制器电路原理图，其中，图6a示意中央控制器包括中央处理器模块、图6b示意大功率电机驱动模块、图6c示意接口模块、图6d示意电源转换模块、图6e示意地址设置模块。

图7为本发明实施例提供的消防车远程遥控车载控制系统的转向控制器应用程序流程示意图。

图8为本发明实施例提供的消防车远程遥控车载控制系统对消防车方向盘控制应用程序流程示意图。

图9为本发明实施例提供的消防车远程遥控车载控制系统的车速控制器构成示意图。

图10a-10e为本发明实施例提供的消防车远程遥控车载控制系统的车速控制器电路原理图，其中，图10a示意中央控制器包括中央处理器模块、图10b示意电机驱动模块、图10c示意接口模块、图10d示意电源转换模块、图10e示意地址设置模块。

图11为本发明实施例提供的消防车远程遥控车载控制系统的车速控制器应用程序流程示意图。

图12为本发明实施例提供的消防车远程遥控车载控制系统控制车速应用程序流程示意图。

图13为本发明实施例提供的消防车远程遥控车载控制系统的档位控制器示意图。

图14为本发明实施例提供的消防车远程遥控车载控制系统的档位控制器应用程序流程示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明实施例提供一种消防车远程遥控车载控制系统，包括中央控制器11，转向控制器12，车速控制器13，档位控制器14以及电源管理模块15：

中央控制器根据远程控制终端发送的指令对应控制转向控制器，车速控制器或档位控制器执行动作；

转向控制器根据中央控制器的控制执行动作，以驱动消防车转向；

车速控制器根据中央控制器的控制执行动作，以操作消防车的油门或刹车；

档位控制器根据中央控制器的控制执行动作，以操作消防车的档位处于前进挡、空挡和后退挡；

电源管理模块向中央控制器，转向控制器，车速控制器以及档位控制器供电。

由上述本发明实施例提供的技术方案可以看出，能够接收远程控制终端发送的指令并执行消防车的作业，实现面向森林消防车辆，还可用于扑救难度大、危险性强、人员无法接近的石油、化工、有毒有害液体气体、化学危险品等特殊火灾的消防车辆。

本领域技术人员可以理解远程控制终端，在此不做赘述。

本发明实施例消防车远程遥控车载控制系统，中央控制器可以包括报文处理模块，将远程控制终端发送的指令重新封装转发给转向控制器，车速控制器或档位控制器。

本发明实施例消防车远程遥控车载控制系统，中央控制器还可以包括作业控制模块，作业控制模块可以包括喷水控制模块，控制喷枪向指定方向喷水。

作业控制模块还可以包括无线视频方向控制模块，根据控制摄像头的拍摄方向。

本发明实施例消防车远程遥控车载控制系统，中央控制器还可以包括无线视频模块以及无线通信模块，无线视频模块将获取的视频数据发送给无线通信模块，由无线通信模块将视频数据发送给远程控制终端。无线通信模块，还可以接收远程控制终端发送的指令。

本发明实施例消防车远程遥控车载控制系统，中央控制器还包括信息采集模块，信息采集模块可以包括温湿度采集模块和/或车速采集模块。

示例性的，如图2所示，本发明实施例消防车远程遥控车载控制系统，每一单元在物理上和功能上是独立的，之间可以为RS485通信。图2中，中央控制器21，档位控制器22，转向控制器23，车速控制器24，喷水控制模块25，温湿度采集模块26，数据收发模块27，车速采集模块28，无线视频方向控制模块29。

喷水控制模块需要根据中央控制器的指令向指定方向喷水灭火。喷水控制模块与中央控制器通过RS485总线通信，通信协议符合ModBus协议标准。

喷水方向可以由两个相互垂直的全向数控云台进行控制，在水平方向能够实现0～300度的角度调节，在垂直方向0～170度的角度调节，具体方向调节过程由消防员在远程终端进行控制，远程控制终端将控制指令通过433MHz的无线信号传输给中央控制器，再由中央控制器通过RS485传输给喷水控制系统。喷水灭火作业通过电磁阀进行开关量控制，也由消防员在远程终端进行控制，远程控制终端将控制指令通过433MHz的无线信号传输给中央控制器，再由中央控制器通过RS485传输给喷水控制模块。

对于远程遥控消防车来说，如何准确获取火场信息对消防员正确实时灭火非常重要，本发明的远程遥控车载控制系统采用无线视频将火场信息通过2.4GHz的无线通信传输给远程控制终端。为了准确掌握火场信息，视频拍摄方向应该能够实时远程控制。无线视频方向由两个相互垂直的全向数控云台进行控制，在水平方向能够实现0～300度的角度调节，在垂直方向0～170度的角度调节，具体方向调节过程由消防员在远程终端进行控制，远程控制终端将控制指令通过433MHz的无线信号传输给中央控制器，再由中央控制器通过RS485传输给无线视频方向控制模块。

中央控制器负责采集现场温湿度数据，机车行进速，中央控制器周期性采集温湿度采集模块的温度、湿度数值，车速采集模块的速度数值，然后由中央控制器通过无线通信模块传送给远程控制终端反馈给消防车作业人员，也是消防车作业人员控制消防车的决策依据。

可见，本发明实施例消防车远程遥控车载控制系统不仅能够接收远程控制终端发送的指令并执行消防车的驾驶作业和喷水灭火作业，也能够感知火场信息并发送给远程控制终端。

具体而言，(1)中央控制器：

中央控制器与其它控制器之间采用“一主多从”控制结构。主站向从站发送控制或查询指令，从站进行指令执行和指令应答。

中央控制器与远程控制终端之间交互总是由远程控制终端发起，中央控制器作响应。中央控制器，协调各功能模块工作。远程控制终端周期性向中央控制器发送查询指令，并根据需要插入控制指令。

负责采集现场温度、湿度数据，机车行进速，并周期性将速度数值发送至车速控制器(也可以称为油门刹车控制器)及档位控制器。

负责摄像头/喷枪方向控制、灭火剂喷洒均。

本领域技术人员可以理解，喷洒灭火剂控制为开关量，具体形式可以取决于喷枪结构，并可以通过电磁阀控制。

消防车整车自动控制系统供电是独立的，在消防车开动状态下，机车发电机可以为控制系统电源充电，熄火时，控制系统依然能够工作。在机车熄火、烧坏、倾覆等状况下依然能够进行无线通信(视频采集和通信不在此列)。为了降低功耗，中央控制器可以开关对云台和摄像头的供电。

为了安全操作，消防车车速最高车速控制在5.5米/秒，并可通过指令修改该车速限值。

具体而言，(2)电源管理模块：

采用12VDC供电，电源管理模块从机车获得电能(12VDC,30A)，并向各控制/检测单元供电。

本领域技术人员可以理解，电源管理模块本身具备必要的短路防护等措施，及时做出短路/断路判断和防护，以免危及整系统正常工作。

考虑到电机驱动对控制电路的影响，提高可靠性，各功能模块供电分为驱动线和信号线两根电缆。

具体而言，(3)转向控制器：

转向控制器从中央控制器获得指令，执行转向驱动，响应查询指令。转向角度通过编码器获知。

转向控制器工作时最大电流为17A，实时采集电机驱动电流，除了驱动器保护、功率限制等功能。

本领域技术人员可以理解，转向控制技术涉及惯性补偿控制，转向电机过热保护控制。

具体而言，(4)车速控制器：

车速控制主要是通过油门/刹车来完成，控制实现通过两路推杆电机完成，推杆电机配有行程末端传感器。刹车时，油门自动复位至怠速开度，但不会熄火。

具体而言，(5)档位控制器：

档位控制器用来实现机车档位操作，档位包括前进、空挡和后退三种。档位控制机械手来实现，机械手的核心驱动部件为推杆电机，并且驱动机构上安装霍尔开关传感器判断档杆位置。

档位控制器上电立即检查档位状态，复位为空挡状态。

如图3a-3g所示，中央控制器的电路原理图，如图3a所示中央控制器包括中央处理器模块、如图3b作业控制模块、如图3c信息采集模块、如图3d状态显示模块、如图3e无线通信模块、如图3f电源管理模块和如图3g地址设置模块等。

中央控制器是与远程控制终端之间进行无线通信控制的唯一接口，包括控制指令控制和视频通信。中央控制器将来自远程控制终端的报文指令进行解析，并发送给其他控制器，中央控制器其他控制器及云台之间采用RS485通信。

中央处理器模块主要是嵌入式CPU芯片的最小系统，包括系统复位、晶振和在线调式和RS485通信和相应的保护电路。

作业控制模块主要包括视频和喷水云台控制、喷水电磁阀控制和消防车的打火、熄火控制等相关电路。喷水电磁阀功率较大，通过继电器进行驱动，便于实现PCB设计时功率电源轨和逻辑电源轨分开。

通过继电器控制在电路板PCB设计时便于将功率线路和其它线路分开，提高可靠性。该电路板中，摄像头、云台、电磁阀功率均相对较大，尤其是电磁阀容易造成电源轨不稳定，因此，除了布局布线分开以外，还通过快速抑制二极管(TVS)进行了防护处理，避免逻辑部分电路被瞬间高压击穿。

信息采集模块主要包括消防车周围的温度、湿度、车速、视频和喷水云台的位置信息、消防车的加速等信息获取电路。采用RS232接口的AM2321传感器感知其周围环境的温度、湿度。采用ADXL345(SPI接口，分辨率13位，测量范围达±16g)传感器测量消防车的加速度，作为车辆翻车预警信号。车速检测霍尔传感器，安装于车轮轴上，可以每1/4周会触发一次，采用定时器判断两次触发时长，以计算车速。而且，霍尔传感器不受灰尘、污泥等影响，比较可靠。

状态显示模块主要包括各模块的工作状态、消防车的刹车、转向、换档和无线通信状态信息的显示电路，其中绿灯亮表示正常，红灯表示有故障。

无线通信模块包括无线数据通信和无线视频通信两部分。无线数据通信可以采用433MHz通信，模块与电路板之间通过串口3进行。该无线通信采用E13-TTL无线模块，底层通信协议已由模块完成，最大限度减小主板的负担，以保证较高的实时性。无线视频通信模块可以为高峰牌GF-T/R4058无线远距离无线监控传输设备，无阻传输2000米，供电12VDC，工作频率2.4GHz～2.5GHz，可用频道8通道，发射功率3W。摄像头数据直接到无线通信模块，实时向终端控制箱发送视频图像数据。视频数据不需要通过主板转发，减小主板系统开销，提高控制系统实时性。

电源管理模块包括电源输入电路、电压转换电路、视频云台和视频相机的供电控制、喷水云台供电控制电路、无线视频通信供电控制电路。供电电压12V，通过RECOMR-7805-0.5降压至5V，通过LM1117S-3.3将5V电压转换成CPU和相关芯片需要的3.3V电压。

中央控制器的软件在功能上，中央控制器起着整过现场控制系统的协调管理作用，对于其实时性和可靠性要求都比较高。中央控制器的任务包括接受来自终端控制器的指令报文，还包括了现场数据采集和部分直接控制功能。

根据需要，中央控制器将指令报文重新封装转发给其他控制器模块，并实时获取其他控制器模块的工作状态。在指令设计上，当从站收到主站的指令，将立即执行，并应答，这样是为了提高通信可靠性。

中央控制器的软件流程图如图4所示。

41、硬件上电初始化。

消防车远程遥控车载控制系统的中央控制器硬件上电初始化，完成微处理器的初始化，包括设置微处理器的核心寄存器和控制寄存器、微处理器核心工作模式和微处理器的局部总线模式等。

42、控制系统变量初始化。

控制系统初始化，主要是设置特定的工作状态，包括定时器的设置、串口通信的设置，其中定时器控制系统计时。

43、指令解析。

主要是对与串口连接的无线通信模块接收的指令进行解析，指令采用ModBus报文结构，指令格式如下表1所示，这些指令可能包括消防车驾驶指令、作业控制指令和信息查询指令。

当有新指令，且是无线指令时，从与无线接收模块连接的串口接收报文数据，解析指令，也就是按照表1格式将功能码、数据长度和数据区从报文中分离，根据指令集将档位控制指令、车速控制指令、消防车转向指令、作业控制指令和消防车状态及火场周围信息查询指令分离，送给指令处理单元。

当有新指令，且不是无线指令时，从与RS485总线连接的串口接收报文数据，解析指令，也就是按照表1格式将将功能码、数据长度和数据区从报文中数据区分离，根据指令集将档位控制指令、车速控制指令、消防车转向指令、作业控制指令和消防车状态及火场周围信息查询指令分离，送给指令处理单元。

44、指令处理。

主要是根据不同类型的指令执行相应的操作，对于消防车驾驶指令通过RS485总线传送给各自的控制器，档位控制指令传送给档位控制器，车速控制指令传送给车速控制器，消防车转向指令传送给转向控制器；作业控制指令通过中央控制器执行相应的操作，消防车状态及火场周围信息查询指令通过中央控制器执行相应的操作。

45、温湿度数据采集时间到时，温湿度数据采集。

消防车周围的温湿度信息主要是间隔一定的时间，通过中央控制器主动查询，温湿度数据查询模块负责完成此工作。

46、当没有新指令，且状态查询时间到时，发送状态查询报文。

中央控制器与远程控制终端、转向控制器、车速控制器、档位控制器、喷水控制模块和无线视频方向控制模块的通信采用了ModBus报文结构，如表1所示，报文中包含了报文的原地址和目标地址，用功能码来描述具体的指令，为了增强通信可靠性，引入了CRC16校验字节。

表1

本发明实施例消防车远程遥控车载控制系统，转向控制器包括第一控制器，方向盘、电机、传动齿轮和编码器，如图5所示，电机51、传动齿轮52和编码器53。

第一控制器根据中央控制器的指令驱动电机，电机通过传动齿轮驱动方向盘旋转；

电机的电机轴上设置编码器以实时获取电机旋转角度，调整方向盘旋转至目标角度。

具体的，设置方向盘主要考虑到特殊情况需要认为控制消防车的方向。远程遥控时第一控制器驱动执行机构采用直流减速电机，驱动方式采用齿轮啮合方式，电机通过齿轮传动驱动方向盘旋转。电机轴上装有编码器，CPU可以用来实时获取电机旋转角度，并结合目标角度进行调整控制。

转向控制器硬件供电电压12V，CPU采用LPC1768FBD100，与中央控制器之间通信为RS4485(串口1)，电路原理图如图6a-6e所示。如图6a为转向控制器包括中央处理器模块、如图6b为大功率电机驱动模块、如图6c为接口模块、如图6d为电源转换模块和如图6e为地址设置模块。

中央处理器模块主要是嵌入式CPU芯片的最小系统，包括系统复位、晶振和在线调式和RS485通信和相应的保护电路，CPU采用LPC1768FBD100。

大功率电机驱动模块，主要针对消防车没有转向助力装置，在林区转向时需要的转动力很大，为此在消防车电动转向系统上安装了一个100W直流电机，其驱动电路主要包括74LVC424AD双向电平转换芯片、IR2110SPBF芯片、IRF3205场效应管，以及相应的电子元器件，电机驱动部分IRF2110驱动H桥实现，HEXFET功率NMOS管采用IRF3205，为提高可靠性，功率NMOS管栅极与源极之间通过TVS管进行了防护处理，保证功率NMOS不会因为电机电感带来的高压脉冲冲击影响；在大功率电机驱动模块还有一个由ACS711ELCTR-12AB-T芯片和相应电子元器件组成电流检测电路，实时检测转向系统的电流大小，电流太大可能存在电机堵转的情况，防止烧毁电机。

接口模块包括编码器接口、霍尔传感器接口和电机接口，其中电机接口是电机与大功率电机驱动模块之间的连接桥梁；编码器接口是400线编码器与中央处理器模块之间的接口，可以直接通过寄存器读取速度和角度位置；霍尔传感器接口是霍尔传感器与中央处理器模块之间的接口，用于检测方向盘位置信息。

电源转换模块包括电源输入电路、电压转换电路，通过RECOM R-7805-0.5降压至5V，通过LM1117S-3.3将5V电压转换成CPU和相关芯片需要的3.3V电压。

地址设置模块，在RS485通信中，所有的设备都连接在一对线中，通过不同的地址来区分不同的设备，在地址设置模块中通过三个拨码开关来实现不同的地址设置，具体的地址由三位二进制数组成，对应的地址是0～7。

ADC用来采集电机电流，通过CPU自带12位AD采集，AD供电通过磁珠和电容滤波与逻辑供电进行了分离，以减小干扰。电机工作电流采集主要是用来判断方向盘转动是否顺利，电机是否堵转，防止长时间堵转而烧坏电机。

在PCB布局布线中，功率电源轨与逻辑电源轨进行了分离处理。尽量减小对逻辑电源轨的影响，且进行了必要的防护。电机在工作过程中，会向电源轨输送高压能力，因此为了保证电源轨安全可用，必须进行防护处理。

转向控制器的任务包括方向左转，右转和保持。在获得新的转向报文时，立即以一定功率驱动，转到目标位置，即可减小到保持功率。这样做的好处是一方面避免了方向盘在目标角度附近抖动，一方面节约了电能。电机电流的采集是为了防止电机由于转向阻力过大而造成堵转时，电机长时间过流而烧坏电机。另外，电机过流还会大大增加蓄电池和机车发电机的负担。

如图7所示，转向控制器控制程序流程：

71、硬件上电初始化。

消防车远程遥控车载控制系统的转向控制器硬件上电初始化，完成微处理器的初始化，包括设置微处理器的核心寄存器和控制寄存器、微处理器核心工作模式和微处理器的局部总线模式等。

72、控制系统初始化。

主要是设置特定的工作状态，包括定时器的设置、串口通信的设置，其中定时器1用于计时中断通过编码器获取方向盘的位置信息，定时器2的中断设置，定时器2的中断主要用于大功率直流电机的电流计算、判断电机的过流情况，并进行相应的处理；串口设置为中断触发接收数据模式。

73、指令解析。

串口通过中断方式接收来自中央控制器传送来的速度控制指令，指令格式采用ModBus报文结构，需要解析指令模块将报文中指令信息提取出来，获得控制指令要求的转向角度数值。

74、方向控制。

将指令解析获得的方向角度数值与当前的方向盘位置进行比较，按照图8所示的程序流程控制消防车的方向盘。

如图8所示，消防车的方向盘控制程序流程：

81、当转向指令中方向角度与目前方向盘的位置的差值在一个预先设定范围之内，方向盘保持不变也就是消防车保持目前的方向，即大功率电机不进行转动操作。

82、当转向指令中方向角度与目前方向盘的位置的差值超出预先设定的范围，则判断消防车是左偏还是右偏，当消防车左偏的时候，则方向盘向右校正，即图5所示的大功率直流电机需要顺时针转动一定的角度，具体数值根据指令中方向角度与目前方向盘的位置的差值计算确定。

83、当转向指令中方向角度与目前方向盘的位置的差值超出预先设定的范围，则判断消防车是左偏还是右偏，当消防车右偏的时候，则方向盘向左校正，即图5所示的大功率直流电机需要逆时针转动一定的角度，具体数值根据指令中方向角度与目前方向盘的位置的差值计算确定。

本发明实施例消防车远程遥控车载控制系统，车速控制器包括第二控制器和两个推杆电机，如图9所示，车速控制器包括两个推杆电机91，92。

第二控制器根据中央控制器的指令驱动两个推杆电机，分别连接油门、刹车(推杆电机91连接刹车，推杆电机92连接油门)，推杆电机伸长拉动油门或刹车；推杆电机退回时，刹车或油门自动复位。

或者，第二控制器根据车速采集模块的速度数值与目标车速的比较结果，驱动两个推杆电机中的一个，两个推杆电机分别拉动油门或刹车，推杆电机退回时，刹车或油门自动复位。

具体的，车速控制器也就是油门刹车控制系统，通过控制消防车的刹车和油门来控制消防车的速度。车速控制器是一个独立的结构，不会影响人工驾驶时的感觉。在人工驾驶时，控制系统停止自动控制功能就行了。

车速控制通过PID来完成，动态调整。该驱动机构的优势在于控制驱动器机械位置比较方便安装，最大程度减小对原有结构的影响。

如图10a-10e所示车速控制器要用来控制车速及停车，车速控制器来控制推杆电机，电机通过线驱动去拉动刹车或油门。机车本身带有弹簧机械复位机构，档推杆电机退回时，刹车油门将自动复位。

如图10a中央处理器模块、如图10b电机驱动模块、如图10c接口模块、如图10d电源转换模块和如图10e地址设置模块。

中央处理器模块主要是嵌入式CPU芯片的最小系统，包括系统复位、晶振和在线调式和RS485通信和相应的保护电路，CPU采用LPC1768FBD100。

电机驱动模块主要是对油门和刹车操作的推杆电机的驱动电路，电机驱动芯片MC33887来实现，图9驱动机构上配有终端位置传感器93(如霍尔传感器)，另外根据电流监测结果对过流情形进行判断。

接口模块包括霍尔传感器接口和供电接口，霍尔传感器接口是霍尔传感器与中央处理器模块之间的接口，用于检测油门的位置信息；供电接口主要用于+5V和+3.3V接入。

电源转换模块包括电源输入电路、电压转换电路，通过RECOM R-7805-0.5降压至5V，通过LM1117S-3.3将5V电压转换成CPU和相关芯片需要的3.3V电压。

地址设置模块，在RS485通信中，所有的设备都连接在一对线中，通过不同的地址来区分不同的设备，在地址设置模块中通过三个拨码开关来实现不同的地址设置，具体的地址由三位二进制数组成，对应的地址是0～7。

车速控制器功能是用来控制车速，包括停车在内。在控制流程上比较简单，控制器接收到指令报文，将当前车速和目标车速相比较，采用PID智能控制算法，计算出控制量，决定油门或刹车的动作，以及调节刹车油门的“深度”。

如图11所示，车速控制器控制程序流程：

111、硬件上电初始化。

消防车远程遥控车载控制系统的车速控制器硬件上电初始化，完成微处理器的初始化，包括设置微处理器的核心寄存器和控制寄存器、微处理器核心工作模式和微处理器的局部总线模式等。

112、控制系统初始化。

主要是设置特定的工作状态，包括定时器的设置、串口通信的设置，其中定时器1用于电机动作时间计时，定时器2的中断设置，定时器2的中断主要用于两个推杆电机的电流计算；串口设置为中断触发接收数据模式。

113、指令解析。

串口通过中断方式接收来自中央控制器传送来的速度控制指令，指令格式采用ModBus报文结构，需要解析指令模块将报文中指令信息提取出来，获得控制指令要求的速度数值。

114、车速控制。

将指令解析获得的车速数值与当前的车速进行比较，按照图12所示的程序流程控制车速。

如图12所示，控制车速程序流程：

121、将指令解析获得的车速数值与当前的车速送入PID计算模块，获得车速控制调节量。

122、如果调节量为负则消防车需要减速，在消防车需要减速且消防车油门没有减小到最小时，继续减小油门，减小油门就是图9所示的与消防车油门相连的推杆电机收缩，收缩量根据PID计算模块输出的调节量大小进行计算，并实时获取车速循环进入PID计算模块，重新进行车速控制。

123、如果调节量为负则消防车需要减速，在消防车需要减速且消防车油门已经最小时，启动刹车，即图9所示的与消防车刹车相连接的推杆电机伸长，伸长量根据PID计算模块输出的调节量大小进行计算，并实时获取车速循环进入PID计算模块，重新进行车速控制。

124、如果调节量不为负则消防车需要匀速行驶或者加速，如果消防车需要匀速行驶，消防车则保持速度不变，也就是如图9所示的与油门和刹车相连接的两个推杆电机不进行伸长或者收缩操作，保持现有的位置，并实时获取车速循环进入PID计算模块，重新进行车速控制。

125、如果调节量不为负则消防车需要匀速行驶或者加速，如果消防车需要加速同时消防车的刹车没有完全抬起，则抬起刹车，即如图9所示的与消防车刹车相连接的推杆电机收缩，收缩量根据PID计算模块输出的调节量大小进行计算，并实时获取车速循环进入PID计算模块，重新进行车速控制。

126、如果调节量不为负则消防车需要匀速行驶或者加速，如果消防车需要加速同时消防车的刹车已经完全抬起，则加大油门，即如图9所示的与消防车油门相连的推杆电机伸长，伸长量根据PID计算模块输出的调节量大小进行计算，并实时获取车速循环进入PID计算模块，重新进行车速控制。

本发明实施例消防车远程遥控车载控制系统，档位控制器包括第三控制器、档杆、两个推杆电机和位置传感器，如图13所示，档位控制器包括第三控制器、档杆131、两个推杆电机132，133和位置传感器。

第三控制器接收中央控制器的指令，根据档杆的当前档位确定驱动两个推杆电机中的一个，两个推杆电机包括第一推杆电机和第二推杆电机；档位控制器模拟了人工操作，由于空间限制，同事满足可人工控制的要求。第一推杆电机实际上一个机械手，紧紧抓住档杆，在控制器的驱动下，实现前后推拉控制。另外，档位处于空挡时，通过第二推杆电机可以横向推拉档杆。

第一推杆电机推动档杆向前移动同时第二推杆电机伸长至前进挡，第一推杆电机推动档杆向后移动同时第二推杆电机伸长至后退挡；

第一推杆电机推动档杆向后移动同时第二推杆电机收缩至空挡；

控制器需要根据当前档位来决定档杆需要前推或后拉。在空挡位置由霍尔传感器获知其位置。

该驱动结构尺寸小巧(30×50cm)，位于主副驾驶之间，不影响人员乘坐或人工操作。只要机械手与档杆脱离，即可实现消防车人工驾驶。档杆推动/拉动时，根据电机电流即可知道档位控制是否到位。另一方面电流监测对于控制系统的可靠性具有很重要的作用。

如图14所示，档位控制器的控制程序流程：

141、硬件上电初始化。

消防车远程遥控车载控制系统的档位控制器硬件上电初始化，完成微处理器的初始化，包括设置微处理器的核心寄存器和控制寄存器、微处理器核心工作模式和微处理器的局部总线模式等。

142、控制系统初始化。

主要是设置特定的工作状态，包括定时器1的设置、串口通信的设置，其中定时器1中断设置，定时器1的中断主要用于两个推杆电机的电流计算。

143、回到空档。

在消防车启动时，档位控制器强制将档位回到空档位置，否则目前档位信息无法获知，造成换档操作的不可控性，也就是第一推杆电机推动档杆向后移动同时第二推杆电机收缩至空挡。

144、解析指令。

串口通过中断方式接收来自中央控制器传送来的换档控制指令，指令格式采用ModBus报文结构，需要解析指令模块将报文中指令信息提取出来，同时与指令表进行查询分析目前的换档控制指令是前进档、后退档还是空档。

145、换档操作。

如果档位控制指令要求的档位与目前消防车的档位一致，则不进行换档操作，两个推杆电机不需要进行任何动作；如果档位控制指令要求的档位与目前的档位要求不一致，两个推杆电机需要进行动作，将档杆推到相应的档位中，在换档过程中需要实时计算电机的电流，判断档杆是否入位。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

Claims (9)

1.一种消防车远程遥控车载控制系统，其特征在于，包括中央控制器，转向控制器，车速控制器，档位控制器以及电源管理模块：

所述中央控制器根据远程控制终端发送的指令对应控制所述转向控制器，所述车速控制器或所述档位控制器执行动作；

所述转向控制器根据所述中央控制器的控制执行动作，以驱动消防车转向；

所述车速控制器根据所述中央控制器的控制执行动作，以操作消防车的油门或刹车；

所述档位控制器根据所述中央控制器的控制执行动作，以操作消防车的档位处于前进挡、空挡和后退挡；

所述电源管理模块向所述中央控制器，所述转向控制器，所述车速控制器以及所述档位控制器供电。

2.根据权利要求1所述的消防车远程遥控车载控制系统，其特征在于，所述中央控制器包括报文处理模块，将所述远程控制终端发送的指令重新封装转发给所述转向控制器，所述车速控制器或所述档位控制器。

3.根据权利要求1所述的消防车远程遥控车载控制系统，其特征在于，所述中央控制器包括作业控制模块，所述作业控制模块包括喷水控制模块，控制喷枪向指定方向喷水。

4.根据权利要求3所述的消防车远程遥控车载控制系统，其特征在于，所述作业控制模块包括无线视频方向控制模块，控制摄像头的拍摄方向。

5.根据权利要求1-4中任一所述的消防车远程遥控车载控制系统，其特征在于，所述中央控制器包括无线通信模块以及无线视频模块，所述无线视频模块将获取的视频数据发送给所述无线通信模块，由所述无线通信模块将所述视频数据发送给所述远程控制终端。

6.根据权利要求5所述的消防车远程遥控车载控制系统，其特征在于，所述中央控制器包括信息采集模块，所述信息采集模块包括温湿度采集单元和/或车速采集单元，由所述无线通信模块将所述温湿度采集模块的温度、湿度数值和/或车速采集单元的车速数值发送给所述远程控制终端。

7.根据权利要求1所述的消防车远程遥控车载控制系统，其特征在于，所述转向控制器包括第一控制器，方向盘、电机、传动齿轮和编码器：

所述第一控制器根据所述中央控制器的指令驱动所述电机，所述电机通过所述传动齿轮驱动方向盘旋转；

所述电机的电机轴上设置所述编码器以实时获取所述电机旋转角度，调整方向盘旋转至目标角度。

8.根据权利要求1或6所述的消防车远程遥控车载控制系统，其特征在于，所述车速控制器包括第二控制器和两个推杆电机：

所述第二控制器根据所述中央控制器的指令驱动所述两个推杆电机中的一个，所述两个推杆电机分别连接油门、刹车，所述推杆电机拉动油门或刹车，所述推杆电机退回时，刹车或油门自动复位；

或者，所述第二控制器根据所述车速采集单元的速度数值与目标车速的比较结果，驱动所述两个推杆电机中的一个，所述两个推杆电机分别连接油门、刹车，所述推杆电机拉动油门或刹车，所述推杆电机退回时，刹车或油门自动复位。

9.根据权利要求1所述的消防车远程遥控车载控制系统，其特征在于，所述档位控制器包括第三控制器、档杆、两个推杆电机和位置传感器：

所述第三控制器接收所述中央控制器的指令，根据所述档杆的当前档位确定驱动所述两个推杆电机中的一个，所述两个推杆电机包括第一推杆电机和第二推杆电机；

所述第一推杆电机推动所述档杆向前移动至前进挡，所述第一推杆电机推动所述档杆向后移动至后退挡；

所述第二推杆电机推动所述档杆至空挡。