CN104888395A - 基于Zigbee模块的高层消防车射水枪控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于Zigbee模块的高层消防车射水枪控制系统，包括：超高层消防车、中央控制上位机、云梯、高空控制下位机、水枪动作执行机构、上位机、下位机Zigbee模块、消防水枪、红外火焰探测器；所述高层消防车上设有中央控制上位机，还设有上位机Zigbee模块；中央控制上位机通过上位机、下位机Zigbee模块与高空控制下位机通信连接；实现Zigbee无线网络技术和图像采集与处理技术在高层消防水枪控制上的应用，使得此类消防车云梯无需承载消防员，从而降低云梯的负重，减少云梯对材料及设计的要求，大大降低高层消防车的制造及设计成本、提高灭火效率，使得更多城市公安机关消防机构配备具有高层云梯的消防车成为可能。

Description

基于Zigbee模块的高层消防车射水枪控制系统

技术领域

本发明涉及消防设备技术领域，具体说是一种使得高层消防车的成本大幅降低，同时显著提高了灭火效率的基于Zigbee模块的高层消防车射水枪控制系统。

背景技术

目前，国内外关于红外图像识别的算法研究与应用技术虽然正在蓬勃发展，但却主要应用于红外热成像仪的设计与使用。国内外的消防车辆仍然主要采用传统的射水枪人工控制方式，最高云梯只能达到101米，而对于超高层建筑的灭火，国外主要依赖与直升机灭火的方式，而国内仅单纯依靠具有高云梯的消防车辆进行灭火。超高层消防车因云梯高达百米而导致云梯造价高、结构设计复杂和材料要求特殊。而且当着火点距离地面超过100米时，消防员很难及时有效控制火情，进而造成重大经济损失。

发明内容

针对以上问题，本发明设计了一种基于Zigbee的高层消防车水枪控制系统。本系统采用分体式消防机器人自动采集烟火图像，对其进行无损压缩后进行无线传输，再由机器人核心控制单元对图像进行视觉理解，进而产生超高层消防射水枪控制指令，控制射水枪执行转动和开关操作。由其取代消防员的人工操作，从而降低了云梯的负重要求，使云梯高度超过百米且结构简单。从而具备了对发生火灾的超高层建筑进行有效灭火的能力。整个控制系统全程自动化处理，具有智能化程度高、功耗低以及操作便捷等特点，并采用多帧火焰图像综合分析比较技术，确定火焰生长速率，进而智能调整其射水枪喷射角度。系统图像智能分析模块解析所采集的火焰红外图像，判定着火点的位置，并通过伺服机控制淡云控制消防车高压射水枪的方位调整及龙头的开、关操作，进而在节约消防车成本的同时帮助消防部门实现对超高层建筑有效灭火的能力。

本发明的实施方式是：

一种基于Zigbee模块的高层消防车射水枪控制系统，包括：超高层消防车、中央控制上位机、云梯、高空控制下位机、水枪动作执行机构、上位机、下位机Zigbee模块、消防水枪、红外火焰探测器；

所述高层消防车上设有中央控制上位机，还设有上位机Zigbee模块模块；中央控制上位机通过上位机、下位机Zigbee模块与高空控制下位机通信连接；

所述超高层消防车的云梯上设有消防水枪，消防水枪与水枪动作执行机构连接；该水枪动作执行机构实现消防水枪的出水角度调节；消防水枪的准星位置上设有红外火焰探测器；

所述高空控制下位机与红外火焰探测器及水枪动作执行机构连接，采集消防水枪的喷射角度及火焰的中心位置信息；

所述高空控制下位机通过下位机Zigbee模块将消防水枪的角度信息及火焰信息传递给中央控制上位机；在中央控制上位机上进行高层的火情信息扫描；

所述中央控制上位机通过高空控制下位机控制水枪动作执行机构进行消防水枪的角度调节，实现红外火焰探测器的火焰扫描；

根据红外火焰探测器检测到的火焰信息，实现火焰红外图像的获取，通过消防水枪对准着火点实施准确灭火喷射。

本发明特点：

1、本发明采用自动控制装置(自重低于15KG)取代了消防员(自重不低于60KG)，克服了现有消防车云梯因承重量较大而无法设计的过高的弊端。

2、为了进一步降低消防机器人的重量，系统采用了分体式机器人设计方式，即将机器人的核心处理部分从一体机中分离出来，并非放在云梯上而是置于消防车内部。

3、系统通过图像采集装置自动聚焦获取远处着火点的火焰图像然后借助无线通讯模块将其发到核心控制单元，由核心控制单元进行视觉判定并生成控制指令，再将生成的控制指令借助无线发送模块发至机械手控制装置，最后由机械手执行射水枪方位的调整以及龙头的打开和关闭操作。

4、为避免由于火灾现场的大量烟雾造成的图像模糊，本发明借助红外火焰探测器获取着火点信息。

5、本发明是以拍摄红外图像的方式来获取火灾现场着火点情况。摄像头采集到的数据是压缩后的JPEG数据流，图像采集节点只需将摄像头采集到的数据进行无线发送。

6、采用Zigbee无线网络通信技术，适合用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。

附图说明

图1本发明的结构框图

图2本发明的总体结构示意图。

图3本发明的中央控制上位机流程图。

图4本发明的高空控制下位机流程图。

附图标记对应的名称为：1、中央控制上位机，2、上位机Zigbee模块，3、云梯，4、下位机Zigbee模块，5、高空控制下位机，6、水枪动作执行机构，7、红外火焰探测器，8、消防水枪。

具体实施方式

结合说明书附图对本发明进一步详细说明。

如图1-4所示，一种基于Zigbee模块的高层消防车射水枪控制系统，包括：超高层消防车、中央控制上位机1、云梯3、高空控制下位机5、水枪动作执行机构6、上位机、下位机Zigbee模块2、4、消防水枪8、红外火焰探测器7；

所述高层消防车上设有中央控制上位机1，还设有上位机Zigbee模块模块；中央控制上位机1通过上位机、下位机Zigbee模块2、4与高空控制下位机5通信连接；

所述超高层消防车的云梯3上设有消防水枪8，消防水枪8与水枪动作执行机构6连接；该水枪动作执行机构6实现消防水枪8的角度调节；消防水枪8的准星位置上设有红外火焰探测器7；

所述高空控制下位机5与红外火焰探测器7及水枪动作执行机构6连接，采集消防水枪8的喷射角度及火焰的中心位置信息；

所述高空控制下位机5通过下位机Zigbee模块4将消防水枪8的角度信息及火焰信息传递给中央控制上位机1；在中央控制上位机1上进行高层的火情信息扫描；

所述中央控制上位机1通过高空控制下位机5控制水枪动作执行机构6进行消防水枪8的角度调节，实现红外火焰探测器7的火焰扫描；

根据红外火焰探测器7检测到的火焰信息，实现火焰红外图像的获取，通过消防水枪8对准着火点实施准确灭火喷射。

所述水枪动作执行机构6采用伺服电机驱动万向头实现角度调节。

一种基于Zigbee模块的高层消防车射水枪控制系统，所述中央控制上位机1内的控制系统如下：

1)系统初始化，检测各个模块的状态是否正常；

2)中央控制上位机接收上位机、下位机Zigbee模块传递的图像信息；

3)中央控制上位机显示和处理图像信息；

4)根据需要通过上位机、下位机Zigbee模块对水枪动作执行机构发送控制信号，准确喷射灭火；

5)发送完毕控制信号，继续接收上位机、下位机Zigbee模块传递的图像信息。

所述高空控制下位机控制过程如下：

1)系统初始化，检测各个模块状态是否能正常工作；

2)高空控制下位机采集火源红外图像；

3)高空控制下位机通过上位机、下位机Zigbee将图像信息传输到中央控制上位机；

4)高空控制下位机通过上位机、下位机Zigbee接受中央控制上位机发送的控制指令；

5)高空控制下位机根据控制指令对射水枪执行水平和垂直方向的转动及电磁阀启闭操作。

本发明综合了Zigbee无线网络通信技术、视频采集技术、红外图像处理技术和伺服机自动控制技术。

1、包含IEEE 802.15.4标准的Zigbee技术是近年来兴起的无线网络通信技术，可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(欧洲流行)和915MHz(美国流行)3个频段上，分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输速率，通常其传输距离在10-75m的范围内，但可以通过增强型芯片增加通信距离。作为一种无线通信技术，Zigbee具有如下特点：近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本。

2、图像采集模块是整个系统中的关键部分。红外测温技术作为一种先进的检测手段，有着远距离、不接触、测温范围广、响应速度快、灵敏度高、不取样、不解体、准确、直观等特点。火灾发生时，红外辐射光的波长较长，烟颗粒对其吸收较弱，所以在烟雾较浓的条件下仍能工作，非常适用于火灾发生时对着火点信息的采集。此外，由于Zigbee的带宽很小，在传输大的数据时传输时延很长，所以并不利于传输诸如音频和视频等数据。所以本发明是以拍摄红外图像的方式来获取火灾现场着火点情况。

3、现场火焰图片通过采用以挪威半导体公司Chipcon推出的CC2530射频芯片作为Zigbee无线网络传感器模块传输信号。Zigbee协议栈采用了TI公司提供的基于IEEE802.15.4的Zigbee协议栈实现。无线通信模块的数据传输程序工作在Zigbee协议栈应用层，通过调用Zigbee协议栈下层函数接口对摄像头采集的图像数据进行无线传输。

实施例

附图4给出了高层消防车射水枪控制系统的各项技术指标。根据给出的技术指标进行具体的开发设计。具体可以分为：

(1)、设计实现无线通信模块的发送与接收的功能，主要针对文本数据；

(2)、设计实现火焰红外图像的获取功能；

(3)、设计实现火焰红外图像的压缩功能；

(4)、设计实现对压缩后火焰红外图像的发送与接收功能；

(5)、设计实现对火灾红外图像的解压和后期处理功能；

(6)、设计实现消防车辆高压射水枪枪口与图像中心位置的对应功能；

(7)、设计实现根据红外图像数据调整高压射水枪左、右和上、下偏转角度的控制指令功能；

(8)、设计实现将控制指令发送到云梯前端高压射水枪控制模块，并由其控制高压射水枪平转和上下转动角度；

(9)、设计实现高压射水枪远程遥控打开和关闭的功能。

本发明将红外图像采集和处理技术、视频采集技术、无线通信技术以及伺服机自动控制技术等多种先进的科技手段有机结合起来，实现智能机器人依据着火点火焰情况控制高压射水枪方位和开闭。整个控制系统实现全程自动化控制，并采用多帧火焰图像综合分析比较技术，确定火焰生长速率，进而智能调整其射水枪喷射角度。使得高层消防车的成本大幅降低，同时显著提高了灭火效率。

高层消防车射水枪控制系统基本原理描述如下：

本系统由红外火焰探测器采集火焰图像，在对其进行无损压缩后通过Zigbee无线网络进行无线传输，再由系统核心控制接收图像信息后对图像进行分析和处理，并判断火源位置，进而产生消防射水枪控制指令，控制射水枪执行水平和垂直方向的转动操作。

Claims (4)

1.一种基于Zigbee模块的高层消防车射水枪控制系统，其特征在于：

包括：超高层消防车、中央控制上位机、云梯、高空控制下位机、水枪动作执行机构、上位机Zigbee模块、下位机、消防水枪、红外火焰探测器；

所述高层消防车上设有中央控制上位机，还设有上位机Zigbee模块模块；中央控制上位机通过上位机、下位机Zigbee模块与高空控制下位机通信连接；

所述超高层消防车的云梯上设有消防水枪，消防水枪与水枪动作执行机构连接；该水枪动作执行机构实现消防水枪的出水角度调节；消防水枪的准星位置上设有红外火焰探测器；

所述高空控制下位机与红外火焰探测器及水枪动作执行机构连接，采集消防水枪的喷射角度及火焰的中心位置信息；

所述高空控制下位机通过下位机Zigbee模块将消防水枪的角度信息及火焰信息传递给中央控制上位机；在中央控制上位机上进行高层的火情信息扫描；

所述中央控制上位机通过高空控制下位机控制水枪动作执行机构进行消防水枪的角度调节，实现红外火焰探测器的火焰扫描；

根据红外火焰探测器检测到的火焰信息，实现火焰红外图像的获取，通过消防水枪对准着火点实施准确灭火喷射。

2.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee模块的高层消防车射水枪控制系统，其特征在于：

所述水枪动作执行机构采用伺服电机驱动万向头实现角度调节。

3.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee模块的高层消防车射水枪控制系统，其特征在于：

所述中央控制上位机内的控制系统如下：

1)系统初始化，检测各个模块的状态是否正常；

2)中央控制上位机接收上位机、下位机Zigbee模块传递的图像信息；

3)中央控制上位机显示和处理图像信息；

4)根据需要通过上位机、下位机Zigbee模块对水枪动作执行机构发送控制信号，准确喷射灭火；

5)发送完毕控制信号，继续接收上位机、下位机Zigbee模块传递的图像信息。

4.根据权利要求1所述的一种基于Zigbee模块的高层消防车射水枪控制系统，其特征在于：

所述高空控制下位机控制过程如下：

1)系统初始化，检测各个模块状态是否能正常工作；

2)高空控制下位机采集火源红外图像；

3)高空控制下位机通过上位机、下位机Zigbee将图像信息传输到中央控制上位机；

4)高空控制下位机通过上位机、下位机Zigbee接受中央控制上位机发送的控制指令；

5)高空控制下位机根据控制指令对射水枪执行水平和垂直方向的转动及电磁阀启闭操作。