CN107456694A - 一种3d虚拟消防灭火培训系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3D虚拟消防灭火培训系统，包括有操作台，主机，以及与主机连接的显示屏；操作台上设置有多个灭火器放置槽和操控平台，多个灭火器放置槽内分别放置有种类不同的仿真灭火器；操控平台上设置有监控单片机、以及分别与监控单片机连接的操作按键和第一无线传输模块，多个灭火器放置槽内均设置有与监控单片机连接的接近开关传感器；多个仿真灭火器内部均设置有信号采集单片机，分别与信号采集单片机连接的六轴加速度陀螺仪、灭火器启动传感器和第二无线传输模块；第一无线传输模块、第二无线传输模块均与主机无线通信连接。本发明通过虚拟现实技术，培训者通过操作仿真灭火器并配合计算机显示的模拟实景画面实现消防灭火培训的目的。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟现实技术,具体是一种3D虚拟消防灭火培训系统。
背景技术
随着经济和社会的发展，各种火灾时常发生，发生火灾时，如果用错灭火器不仅达不到灭火效果，有时还会造成更大的火灾，例如油锅着火，如果采用清水灭火器，容易使火灾蔓延扩散，必须使用干粉灭火器对准火焰根部将其扑灭。因必须培训人们正确的识别火灾，选择和使用正确的灭火器。主流的消防安全培训方式主要是通过PPT或者视频介绍火灾和灭火的基本常识，然后通过实际操作灭火器进行实训。实际操作灭火器进行实训这种方式，由于场地限制，人员众多，现场有烟雾火苗、场面混乱，容易造成人员伤害，同时如果每个人都使用灭火器进行灭火，成本较高，也容易造成烟尘等污染。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种3D虚拟消防灭火培训系统，通过虚拟现实技术，培训者通过操作仿真灭火器并配合计算机显示的模拟实景画面实现消防灭火培训的目的。
本发明的技术方案为：
一种3D虚拟消防灭火培训系统，包括有操作台，主机，以及与主机连接的显示屏；所述的操作台包括有底座，设置于底座上的多个灭火器放置槽和操控平台，多个设置于对应灭火器放置槽内且种类不同的仿真灭火器；所述的操控平台上设置有监控单片机、以及分别与监控单片机连接的多个操作按键和第一无线传输模块，所述的多个灭火器放置槽内均设置有与监控单片机连接的接近开关传感器；所述的多个仿真灭火器内部均设置有信号采集单片机，分别与信号采集单片机连接的六轴加速度陀螺仪、灭火器启动传感器和第二无线传输模块；所述的监控单片机通过第一无线传输模块与主机无线通信连接，所述的信号采集单片机通过第二无线传输模块与主机无线通信连接。
所述的灭火器启动传感器选用微动开关，所述的微动开关设置于仿真灭火器按压手柄的下方。
所述的六轴加速度陀螺仪选用MPU6050芯片。
所述的第一无线传输模块选用433Mhz无线通讯模块，所述的第二无线传输模块选用2.4G无线模块。
所述的接近开关传感器通过接近开关输出信号处理电路与监控单片机连接，所述的接近开关输出信号处理电路包括有光电耦合器U2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、指示灯LED和滤波电容C1，光电耦合器U2输入端的正极通过电阻R1与接近开关传感器的信号输出端连接，光电耦合器U2输入端的负极接地，光电耦合器U2的输出端-光敏晶体管的集电极连接电源输入端，指示灯LED的正极、滤波电容C1的一端、电阻R2的一端、光电耦合器U2的输出端-光敏晶体管的发射极均与监控单片机的引脚P2.0连接，指示灯LED的负极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端、滤波电容C1的另一端、电阻R2的另一端均接地。
所述的多个操作按键包括有左键、右键、确定和返回四个按键，每个按键均通过按键检测电路与监控单片机连接，所述的按键检测电路包括有电阻R4和电阻R5，电阻R4的一端连接电源输入端，电阻R5的一端连接按键的一端，按键的另一端接地，电阻R4的另一端、电阻R5的另一端均与监控单片机的引脚P32连接。
所述的多个仿真灭火器内部均设置有充电式锂电池，所述的信号采集单片机、六轴加速度陀螺仪、灭火器启动传感器和第二无线传输模块均与充电式锂电池连接实现供电。
本发明的优点：
（1）、本发明的主机控制显示屏显示3D虚拟仿真灭火图像，逼真还原火灾及灭火场景；
（2）、本发明采用仿真灭火器进行培训，节能环保；
（3）、本发明操控平台上的监控单片机通过第一无线传输模块与主机连接，仿真灭火器上的信号采集单片机通过第二无线传输模块与主机连接，无需布线，降低了安装的难度；
（4）、本发明设置有多种类型的仿真灭火器，每种灭火器与对应的接近开关传感器配合感应，当某种灭火器提起时，对应的接近开关传感器感应到灭火器远离的信号，监控单片机通过第一无线传输模块将对应灭火器的开启信号发送给主机，主机判断是否选择正确，不正确时在显示屏上发送错误提醒，便于培训者掌握对应情况应该使用哪种类型的灭火器；
（5）、本发明仿真灭火器上配备有六轴加速度陀螺仪，内置了运动融合引擎，内置三轴MEMS 陀螺仪、三轴 MEMS 加速度计、数字运动处理引擎（DMP）以及用于第三方的数字传感器接口的辅助 IIC 端口（常用于扩展磁力计），与单片机通过IIC接口连接，可直接输出X、Y、Z轴的加速度数据量和角速度数据量，实现仿真灭火器姿态位置数据的采集；
（6）、本发明采用微动开关感应灭火器的开启情况，结构简单、操作方便。
本发明适用于多场景互动式交互体验（有操作按钮，并提示培训者根据火灾类型选择合适的灭火器），并根据培训者的需求扩展定制场景，适用于各种使用场合。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的控制原理框图。
图3是本发明接近开关输出信号处理电路的电路图。
图4是本发明按键检测电路的电路图。
具体实施方式
下面将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。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
见图1和图2，一种3D虚拟消防灭火培训系统，包括有操作台，主机5以及与主机5连接的显示屏6；操作台包括有底座1，设置于底座1上的多个灭火器放置槽2和操控平台3，多个设置于对应灭火器放置槽内且种类不同的仿真灭火器4；操控平台3上设置有监控单片机31、以及分别与监控单片机31连接的多个操作按键32（左键、右键、确定和返回按键）和第一无线传输模块33，多个灭火器放置槽2内均设置有与监控单片机31连接的接近开关传感器21；多个仿真灭火器4内部均设置有信号采集单片机41，分别与信号采集单片机41连接的六轴加速度陀螺仪42、微动开关43和第二无线传输模块44；微动开关43设置于仿真灭火器4按压手柄的下方，监控单片机31通过第一无线传输模块33与主机5无线通信连接，信号采集单片机41通过第二无线传输模块44与主机5无线通信连接。
仿真灭火器4上设置有充电式锂电池，信号采集单片机41、六轴加速度陀螺仪42、微动开关43和第二无线传输模块44均与充电式锂电池连接实现供电。
其中，六轴加速度陀螺仪42选用MPU6050芯片，第一无线传输模块33选用433Mhz无线通讯模块，第二无线传输模块44选用2.4G无线模块。
见图3，接近开关传感器21通过接近开关输出信号处理电路与监控单片机31连接，接近开关输出信号处理电路包括有光电耦合器U2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、指示灯LED和滤波电容C1，光电耦合器U2输入端的正极通过电阻R1与接近开关传感器21的信号输出端连接，光电耦合器U2输入端的负极接地，光电耦合器U2的输出端-光敏晶体管的集电极连接电源输入端，指示灯LED的正极、滤波电容C1的一端、电阻R2的一端、光电耦合器U2的输出端-光敏晶体管的发射极均与监控单片机31的引脚P2.0连接，指示灯LED的负极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端、滤波电容C1的另一端、电阻R2的另一端均接地。
见图4，每个按键32均通过按键检测电路与监控单片机31连接，按键检测电路包括有电阻R4和电阻R5，电阻R4的一端连接电源输入端，电阻R5的一端连接按键32的一端，按键32的另一端接地，电阻R4的另一端、电阻R5的另一端均与监控单片机31的引脚P32连接。
本发明的操作原理：
首先启动主机5，然后进入3D消防灭火系统，此时显示屏6上会出现“灭火实战训练”和“灭火器常识”的按钮，通过按键32进行选择，选择“灭火器常识”确定进入，其显示屏6上会介绍了灭火器的基本原理、灭火方式、灭火类型、常见的灭火器、灭火器的维修、灭火器的报废各方面信息内容，让使用者更清楚了解灭火器；当选择“灭火实战训练”确定进入后，显示屏6会显示几个3D场景供培训者选择，如油库、配电房、办公室、工人宿舍等，通过左右按键进行选择场景，选择后点击确定按钮进入该场景，并提示培训者出现火灾，让培训者根据火灾场景选择仿真灭火器4进行灭火，培训者根据火灾场景及火灾类型选择合适的灭火器，当仿真灭火器4被提起来时，接近开关传感器21的触点闭合，接近开关传感器21输出高电平，导致光耦U2导通，光耦U2输出高电平至监控单片机31；如果仿真灭火器4被放回，则接近开关传感器21输出低电平，光耦U2不导通，由于下拉电阻R2，光耦U2输出低电平至监控单片机31，监控单片机31检测到该信号时，通过第一无线传输模块33发送数据到主机5，主机5接收到数据后判断是哪一个灭火器被提起来或者放下去，如果培训者选择了错误的灭火器，则显示屏6提示培训者选择正确的灭火器。例如配电箱着火，属于E类火灾，属电器着火，那么就不可以用含有水份的灭火器，如果这时候选择还有水成分的泡沫灭火器，就是错误的。培训者选择正确的灭火器后则提示如何使用灭火器，步骤如下：1.拔出灭火器保险销，2.对准火源根部，3.按下压把喷射。这时点击确定按钮，就进入3D灭火场景里了，显示屏6的画面中会相应的出现一个灭火器模型，培训者按压仿真灭火器4的按压手柄，微动开关43闭合，信号采集单片机41将按压信号通过第二无线传输模块44发送给主机5，主机5接收到该按压信息时，即可判读仿真灭火器4正在进行喷射；培训者摆动手中灭火器时，六轴加速度陀螺仪42采集仿真灭火器4的加速度、位置和角度信息给信号采集单片机41，信号采集单片机41将上述信息通过第二无线传输模块44发送给主机5，主机5判断仿真灭火器4的位置，当用户拿起仿真灭火器4时，主机5即可根据位置信息判断培训者是否把仿真灭火器4对准火苗根部，如果偏离灭火根部，则提示培训者调整仿真灭火器4的位置，让仿真灭火器4对准火苗根部进行灭火。在规定的时间内完成灭火，则显示屏6提示灭火成功。灭火过程中如果光标偏离火焰根部，或者没有在屏幕上方规定时间内灭掉火灾，又或者在灭火过程中灭火器压力值不够，都会导致最后的灭火失败。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种3D虚拟消防灭火培训系统，其特征在于：包括有操作台，主机，以及与主机连接的显示屏；所述的操作台包括有底座，设置于底座上的多个灭火器放置槽和操控平台，多个设置于对应灭火器放置槽内且种类不同的仿真灭火器；所述的操控平台上设置有监控单片机、以及分别与监控单片机连接的多个操作按键和第一无线传输模块，所述的多个灭火器放置槽内均设置有与监控单片机连接的接近开关传感器；所述的多个仿真灭火器内部均设置有信号采集单片机，分别与信号采集单片机连接的六轴加速度陀螺仪、灭火器启动传感器和第二无线传输模块；所述的监控单片机通过第一无线传输模块与主机无线通信连接，所述的信号采集单片机通过第二无线传输模块与主机无线通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种3D虚拟消防灭火培训系统，其特征在于：所述的灭火器启动传感器选用微动开关，所述的微动开关设置于仿真灭火器按压手柄的下方。
3.根据权利要求1所述的一种3D虚拟消防灭火培训系统，其特征在于：所述的六轴加速度陀螺仪选用MPU6050芯片。
4.根据权利要求1所述的一种3D虚拟消防灭火培训系统，其特征在于：所述的第一无线传输模块选用433Mhz无线通讯模块，所述的第二无线传输模块选用2.4G无线模块。
5.根据权利要求1所述的一种3D虚拟消防灭火培训系统，其特征在于：所述的接近开关传感器通过接近开关输出信号处理电路与监控单片机连接，所述的接近开关输出信号处理电路包括有光电耦合器U2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、指示灯LED和滤波电容C1，光电耦合器U2输入端的正极通过电阻R1与接近开关传感器的信号输出端连接，光电耦合器U2输入端的负极接地，光电耦合器U2的输出端-光敏晶体管的集电极连接电源输入端，指示灯LED的正极、滤波电容C1的一端、电阻R2的一端、光电耦合器U2的输出端-光敏晶体管的发射极均与监控单片机的引脚P2.0连接，指示灯LED的负极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端、滤波电容C1的另一端、电阻R2的另一端均接地。
6.根据权利要求1所述的一种3D虚拟消防灭火培训系统，其特征在于：所述的多个操作按键包括有左键、右键、确定和返回四个按键，每个按键均通过按键检测电路与监控单片机连接，所述的按键检测电路包括有电阻R4和电阻R5，电阻R4的一端连接电源输入端，电阻R5的一端连接按键的一端，按键的另一端接地，电阻R4的另一端、电阻R5的另一端均与监控单片机的引脚P32连接。
7.根据权利要求1所述的一种3D虚拟消防灭火培训系统，其特征在于：所述的多个仿真灭火器内部均设置有充电式锂电池，所述的信号采集单片机、六轴加速度陀螺仪、灭火器启动传感器和第二无线传输模块均与充电式锂电池连接实现供电。
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