CN109420272A - 一种车载灭火系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车载灭火系统，包括以下模块：采集火场实时信息的视频采集模块，测量灭火系统与火场之间距离的激光测距模块，测量投送器角度的倾角测量模块，对采集信息进行处理的控制核心模块，击发灭火弹的灭火弹投送控制模块，在控制核心模块控制下调解灭火弹投送控制模块方向和角度的电机驱动模块，检测灭火弹的装填状况的灭火弹检测模块，指示灭火弹是否装填的灭火弹装填状态指示模块，为系统提供工作电压的供电模块，及显示采集的火场信息的视频显示模块。本发明提供的智能车载灭火控制系统，可以根据系统采集的火场信息来判断灭火弹的发射，减少了人工参与，降低了伤亡风险。

Description

一种车载灭火系统

技术领域

本发明涉及消防领域，特别是一种用于森林消防的车载灭火系统。

背景技术

本发明主要用于森林消防领域。森林火灾不但烧毁成片的森林和植被，伤害林内的生命，而且还降低森林的更新能力，它是森林最危险的敌人，也是林业最可怕的灾害，它会给森林带来最有害，最具有毁灭性的后果。

目前，尽管科学在不断发展，但是人类在制服森林火灾上却依然尚未取得长久的进展，森林灭火主要还是人工灭火，火势比较大的地方若消防人员靠的太近可能会造成一定的伤亡，因此发明一种智能车载灭火系统变的尤为必要，这种灭火系统机动性强，可以在远处对火势进行抑制，与消防人员协同作用既能达到灭火的目的又能有效的避免人员伤亡。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供一种车载灭火系统，可以根据系统采集的火场信息来判断灭火弹的发射，减少了人工参与，降低了伤亡风险。

一种车载灭火系统，包括以下模块：采集火场实时信息的视频采集模块，测量灭火系统与火场之间距离的激光测距模块，测量投送器角度的倾角测量模块，对采集信息进行处理的控制核心模块，击发灭火弹的灭火弹投送控制模块，在控制核心模块控制下调解灭火弹投送控制模块方向和角度的电机驱动模块，检测灭火弹的装填状况的灭火弹检测模块，指示灭火弹是否装填的灭火弹装填状态指示模块，为系统提供工作电压的供电模块，及显示采集的火场信息的视频显示模块。

根据上述车载灭火系统，控制核心模块采用ARM处理器STM32，激光测距模块和倾角测量模块通过SP3232芯片及外围器件与控制核心模块的ARM处理器STM32相连，电机驱动模块通过74LVC4245A驱动芯片、继电器及外围器件与控制核心模块的ARM处理器STM32和灭火弹检测模块连接，灭火弹检测模块通过光耦隔离器芯片PS2801-4及外围器件与控制核心模块的ARM处理器STM32、电机驱动模块连接，灭火弹投送控制模块为开关电路，灭火弹装填状态指示模块为指示灯显示电路。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：本发明电路在功耗及稳定性上有很大的提高，延长系统的运行时间、提高系统稳定性，而且系统机动性强、操作简单、功能强，可以迅速、有效地抑制火势，为消防人员扑灭火情提供充足时间，减少人员伤亡和财产损失。

下面结合说明书附图对本发明做进一步描述。

附图说明

图1是本发明的总体结构图；

图2是本发明的供电模块结构图；

图3是本发明的电机控制模块电路图；

图4是本发明的激光测距仪、倾角仪与控制核心通信原理图；

图5是本发明的点火控制模块及电机驱动模块电路图；

图6是本发明的灭火弹检测模块及点火电路电路图；

图7是本发明的控制模块原理图；

图8是本发明的灭火弹投送控制模块原理图；

图9是本发明的灭火弹装填状态指示模块原理图。

具体实施方式

结合图1，本发明一种车载灭火系统包括供电模块1、视频显示模块2、视频采集模块3、倾角测量模块4、激光测距模块5、控制核心模块6、电机驱动模块7、灭火弹检测模块8、灭火弹装填状态指示模块9、灭火弹投送控制模块10，各个模块之间协同作用实现系统功能。

所述电源模块的设计供电是一组蓄电池，蓄电池提供电压，该电压直接为电机驱动器、电源转换板和点火装置供电，电源转换板则将电压转换为其他模块和芯片所需的电压。

所述灭火处距离的测量采用激光测距仪，可以测出系统与目标处距离。

所述投送器倾角的测量采用倾角仪，可以准确测出投送器的角度。

所述控制核心的控制芯片采用ARM处理器STM32，可以协调各模块的运动，实现系统功能。

所述灭火弹的检测采用检测电路，通过设计的检测电路可以检测投送器里灭火弹的装填状况。

所述电机驱动的设计采用驱动芯片，STM32输出的脉冲及方向控制通过驱动芯片连接到电机驱动盒上，然后驱动电机完成指定功能。

所述点火控制电路采用电路设计，通过设计的点火控制电路实现灭火弹的激发。

所述灭火弹装填状态指示电路的设计，控制芯片根据灭火弹装填状态的检测结果来控制指示灯的亮和灭实现装填状态的指示，为操作人员提供直观的判断。

所述灭火弹投送控制电路的设计，按下按钮则投送灭火弹。

结合图2，供电模块是系统的动力源，为系统的运行提供能量。系统由蓄电池组11供电，供电电压为24～48V之间。蓄电池电压分三路，一路为电机驱动器12供电，一路为电源转接板13供电，最后一路为点火装置14供电。电源转接板将蓄电池提供的电压转化为12V、5V、3.3V为观瞄模块15、控制板16、倾角仪17供电。

结合图3，电机控制模块接口电路由接口的元件P1及其他器件组成，P1是一个5路的接口插件，1、2、3、4脚分别于ARM处理器STM32的4、5、7、8脚连接，同时分别与电阻R6、R7、R8、R9的一端连接，电阻R6、R7、R8、R9的另一端连接3.3V，P1的5脚和地相连。电阻R6、R7、R8、R9取值为500Ω～10KΩ。为实现电机的控制P1的1、2、3、4脚分别与4个按键开关的一端连接，开关的另一端同时接P1的5脚，4个开关控制电机上下左右在运行。当按键按下时，处理器相应引脚电平为低，电机运行；否则电平为高，电机不运行。

结合图4，控制核心模块为ARM处理器STM32，该处理器结合了当前微控制器领域最先进的90nm工艺和自适应实时闪存加速器以及多层总线矩阵，能以120MHz的主频在片上闪存运行，能获得150DMIPS的运算效率，影响动态功耗的电流变化仅仅为188uA/MHz，功能满足系统需求。STM32的11、19、21、22、28、50、75、100脚接3.3V，10、20、27、37、74、99脚接地，10和11脚之间接电容C7，12和13脚之间接晶振Y1，Y1两端接电容C8、C9再接地，19和20脚之间接电容C10，22脚接电容C11一端，C11另一端接地，27和28脚之间接电容C12，49脚接电容C13再接地，50脚接电容C14再接地，73和74脚接电容C16，75和74脚之间接电容C15，99和100脚之间接电容C6。电容C6、C7、C10～C15容值为0.1uF～1uF，电容C8、C9容值为33pF，晶振Y1为8M～25M。STM32的26、69脚分别接图5中SP3232的9、12脚，45、46、61脚分别接图6中电平转换芯片74LVC4245A的20、19、15脚，60脚接图7中光耦PS2801-4的16脚，81脚接图8中接口P5的1脚，42脚接图9中接口P6的2脚。STM32的26、69脚分别4、5、7、8脚分别接图3中1、2、3、4脚。

结合图5，激光测距仪和测距仪与控制核心的通信通过RS-232总线采用异步方式实现。ARM处理器STM32与激光测距仪和测距仪通信时存在电平不匹配的问题，这里采用专用的串口芯片SP3232来解决这个问题，SP3232起到驱动、匹配、隔离、保护等作用，而且这种芯片功耗较低、抗干扰能力较强。ARM处理器串口通信部分由发送缓冲寄存器、串行口控制寄存器、接收寄存器、移位寄存器和控制门电路构成。该部分电路由SP3232及外围器件及接口构成，P3和P4为测距仪和倾角仪接口，P3的2脚与SP3232的13脚连接，测距仪的信息由此输出到SP3232，P4的2脚与SP3232的8脚连接，倾角仪的信息由此输出到SP3232，P3和P4的1脚均接地。SP3232的15脚接地，16脚接3.3V电源，6脚接电容C1的一端，C1另一端接地。SP3232的4和5脚接电容C2的两端。SP3232的1和3脚接电容C4的两端，SP3232的6脚接电容C3的一端，C3另一端接地。SP3232的12和9脚接ARM处理器STM32的69和25脚。SP3232其他引脚不接。电容C5的一端接3.3V，另一端接地。电容C1～C5取值为0.1～1uF。

结合图6，电机驱动模块与点火控制模块采用驱动芯片74LVC4245A、继电器及其他器件实现。74LVC4245A的1脚接5V电压，24、23脚接3.3V电压，2、11、12、13、22脚接地，4脚、5脚接电机驱动器，20、19、15脚分别接ARM处理器STM32的45、46、61脚，9脚接R5一端，R5另一端接场效应管Q1，Q1另外两端其中一端接地，另一端接继电器RL1的5脚和二极管D1一端，RL1的4脚和二极管D1另一端均接电源电压V2(5～36V)。继电器1脚和3脚分别接图7的电阻R1和R3。电机驱动输入高电平需5V，而STM32输出为3.3V不能直接驱动电机，发明采用电平转换芯片74LVC4245A来解决这个问题。74LVC4245A是一款电平转换芯片，能将输入端的3.3V电压转换为5V电压输出，转换频率可达250MHZ，可以满足单片机输出脉冲信号的电平转换。电阻R5取值20～500Ω，Q1为压控放大器场效应管，用来提高可控电压以控制继电器RL1。RL1为继电器，1脚和3脚分别与图7中的电阻R1和R2连接，用于隔离及提高控制电压以满足灭火弹点火需求。继电器RL1工作时1脚与3脚连通，停止工作时断开。

结合图7，灭火弹检测模块，该部分通过光耦隔离器连接实现，U1为光耦隔离器PS2801-4，光耦2脚、15脚接地，1脚接电阻R3，16脚接电阻R4及STM32的60脚，R4接3.3V电压取值为500Ω～10KΩ，R3接继电器RL1的5、R2的一端及接口P2的2脚，R3取值为1～2KΩ，R2的另一端接电源电压V3(5～15V)，R2取值为500Ω～2KΩ。R1一端接电源电压V1(12～36V)，R1为大功率电阻，功率为20～100W，阻值为20～100Ω。P2的2脚接继电器RL1的5脚，1脚接地，1脚和2脚之间接灭火弹或者不接。检测原理，继电器RL1不工作，CH0与CH1断开，此时若P2两脚间不接入灭火弹，电源电压V3产生的电流流通R2和R3流入光耦，光耦工作，16脚和15脚导通，16脚接地，即FR01为地，相反若P2两脚间接入灭火弹，电源电压V3产生的电流流通灭火弹到地，此时光耦不工作，16脚和15脚断开，流经R4的电流流向STM32，FR01为3.3V，STM32由此来检测灭火弹。击发灭火弹过程，若要击发灭火弹，只需CH0与CH1连通，即继电器RL1工作，电源电源V1产生的电流流经R1，流过灭火弹进入地，进而击发灭火弹。

结合图8灭火弹投送控制模块为开关电路，电阻R10、电容C35、接口P5的1脚连接在一起然后与STM32的81脚连接，电阻R10另一端接3.3V电压，电容C35另一端与P5的2脚连接然后接地。P5的1脚和2脚之间接按键，按下按键时，电流流经R10流过按键流向地，否则电流流经R10流向STM32的81脚。R2取值为1KΩ～10KΩ，C35取值为0.1uF～1uF。

结合图9灭火弹装填状态指示模块为指示灯显示电路，电阻R11一端接3.3V、另一端接接口P6的1脚+，P6的2脚接STM32的42脚，P6的1脚和2脚之间接指示灯，电流流过R11流过指示灯最后流向STM32的42脚，当STM32的42脚输出3.3V时灯灭，否则灯亮。R2取值为330Ω～2KΩ。

本发明智能灭火系统操作简单、机动性强，操作人员只需将各模块间正确连接后上电，控制步进电机上下左右运行同时带动CCD摄像机运动以寻找目标，从显示屏观察CCD摄像机收集的火场信息，确认目标后，步进电机自动调整投射角度，然后操作人员装填灭火弹，按下投射按钮即可完成操作。

Claims (7)

1.一种车载灭火系统，其特征在于，包括：

采集火场实时信息的视频采集模块，

测量灭火系统与火场之间距离的激光测距模块，

测量投送器角度的倾角测量模块，

对采集信息进行处理的控制核心模块，

击发灭火弹的灭火弹投送控制模块，

在控制核心模块控制下调整灭火弹投送控制模块方向和角度的电机驱动模块，

检测灭火弹的装填状况的灭火弹检测模块，

指示灭火弹是否装填的灭火弹装填状态指示模块，

为系统提供工作电压的供电模块，及

显示采集的火场信息的视频显示模块。

2.根据权利要求1所述的车载灭火系统，其特征在于，控制核心模块采用ARM处理器STM32：

STM32的VSS_5引脚分别接第七电容(C7)的第1引脚和地，

STM32的VDD_5引脚分别接第七电容(C7)和供电模块，

STM32的OSC_IN引脚分别接第八电容(C8)的第1引脚和晶振器(Y1)的第1引脚，

STM32的OSC_OUT引脚分别接第九电容(C9)第1引脚和晶振器(Y1)的第2引脚，

第八电容(C8)和第九电容(C9)的第2引脚接地，

STM32的VDD引脚分别接第十电容(C10)第1引脚和供电模块，

STM32的VSSA引脚分别接第十电容(C10)第2引脚和地，

STM32的VREF+引脚分别接STM32的VDDA引脚、第十一电容(C11)第1引脚和供电模块，

第十一电容(C11)第2引脚接地，

STM32的VSS_4引脚分别接第十二电容(C12)的第1引脚和地，

STM32的VDD_4引脚分别接第十二电容(C12)的第2引脚和供电模块，

STM32的PB2/BOOT1引脚接地，

STM32的VCAP_1引脚通过第十三电容(C13)接地，

STM32的VDD_1引脚分别接第十四电容(C14)第1引脚和供电模块，

第十四电容(C14)第2引脚接地，

STM32的VCAP_2引脚接第十六电容(C16)的第1引脚，

STM32的VSS_2引脚分别接第十六电容(C16)的第2引脚、第十五引脚(C15)第2引脚和地，

STM32的VDD_2引脚分别接第十五电容(C15)的第1引脚和供电模块，

STM32的RFU引脚分别接第六电容(C6)第2引脚和地，

STM32的VDD_3引脚分别接第六电容(C6)第1引脚和供电模块，

STM32的PE5、PE6、PE14、PE15、PC13、PC14、PD13、PD14引脚分别接电机驱动模块，

STM32的NRST引脚接复位信号，

STM32的PA3/ADC123_IN3和PA10/USART1_RX引脚分别接激光测距模块和倾角测量模块，

STM32的PE11引脚接灭火弹装填状态指示模块，

STM32的PD0/CAN1_RX引脚接灭火弹投送控制模块，

STM32的其余引脚悬空。

3.根据权利要求1或2所述的车载灭火系统，其特征在于，激光测距模块和倾角测量模块通过SP3232芯片及外围器件与控制核心模块的ARM处理器STM32相连：

激光测距模块接口(P3)的第2引脚接SP3232芯片的RR-IN1引脚，

激光测距模块接口(P3)的第1引脚接地，

倾角测量模块接口(P4)的第2引脚接SP3232芯片的RR-IN2引脚，

倾角测量模块接口(P4)的第1引脚接地，

SP3232芯片的GND引脚分别接地和第一电容(C1)的第2引脚，

SP3232芯片的CAP-引脚接第一电容(C1)的第1引脚，

SP3232芯片的CAP_2+引脚接第二电容(C2)的第2引脚，

SP3232芯片的CAP_2-引脚接第二电容(C2)的第1引脚，

SP3232芯片的VCC引脚分别接供电模块和第五电容(C5)的第1引脚，

SP3232芯片的CAP+引脚接第三电容(C3)的第1引脚，

第三电容(C3)的第2引脚分别接地和第五电容(C5)的第2引脚，

SP3232芯片的CAP_1+引脚接第四电容(C4)的第2引脚，

SP3232芯片的CAP_1-引脚接第四电容(C4)的第1引脚，

SP3232芯片的R-OUT_1接引脚接ARM处理器STM32的第PA10/USART1_RX引脚，

SP3232芯片的R-OUT_2接引脚接ARM处理器STM32的第PA3/ADC123_IN3引脚，

SP3232芯片的其余引脚悬空。

4.根据权利要求3所述的车载灭火系统，其特征在于，电机驱动模块通过74LVC4245A驱动芯片、继电器(RL1)及外围器件与控制核心模块的ARM处理器STM32和灭火弹检测模块连接：

74LVC4245A驱动芯片的VCCA引脚接供电模块，

74LVC4245A驱动芯片的DIR引脚接地，

74LVC4245A驱动芯片的A1、A2引脚接电机，

74LVC4245A驱动芯片的A6引脚接第五电阻(R5)的第2引脚，

第五电阻(R5)的第1引脚接N沟道场效应管(Q1)的栅极，

N沟道场效应管(Q1)的漏极接地，源极分别接第一二极管(D1)的阳极和继电器(RL1)的第5引脚，

第一二极管(D1)的阴极接供电模块，

继电器(RL1)的第4引脚接供电模块，

继电器(RL1)第1、3引脚接灭火弹检测模块，

继电器(RL1)第2引脚悬空，

74LVC4245A驱动芯片的GND引脚接地，

74LVC4245A驱动芯片的B6引脚接STM32芯片的PD14引脚，

74LVC4245A驱动芯片的B2引脚接STM32芯片的PE15引脚，

74LVC4245A驱动芯片的B1引脚接STM32芯片的PE14引脚，

74LVC4245A驱动芯片的OE引脚接地，

74LVC4245A驱动芯片的两个VCCB引脚连接于供电模块，

74LVC4245A驱动芯片其余引脚悬空。

5.根据权利要求4所述的车载灭火系统，其特征在于，灭火弹检测模块通过光耦隔离器芯片PS2801-4及外围器件与控制核心模块的ARM处理器STM32、电机驱动模块连接：

PS2801-4芯片的A1引脚接第三电阻(R3)的第2引脚，

第三电阻(R3)的第1引脚分别接继电器(RL1)的第3引脚、第二电阻(R2)的第2引脚和第二接口插件(P2)的第2引脚，

第二电阻(R2)的第1引脚接供电模块，

第二接口插件(P2)的第1引脚接地，第二接口插件(P2)的第1引脚和第2引脚之间接或者不接灭火弹，

第一电阻(R1)的第1引脚接继电器(RL1)的第1引脚，第一电阻(R1)的第2引脚接供电模块，

PS2801-4芯片的K1、E1引脚接地，

PS2801-4芯片的C1引脚分别接STM32芯片的PD13引脚和第四电阻(R4)的第1引脚，

第四电阻(R4)的第2引脚接供电模块。

6.根据权利要求1或2所述的车载灭火系统，其特征在于，灭火弹投送控制模块为开关电路，包括：

第五接口插件(P5)的第1引脚分别接第十电阻(R10)的第2引脚、第三十五电容(C35)的第1引脚和STM32的PD0/CAN1_RX引脚，

第五接口插件(P5)的第2引脚分别接第三十五电容(C35)的第2引脚和地。

7.根据权利要求1或2所述的车载灭火系统，其特征在于，灭火弹装填状态指示模块为指示灯显示电路，包括：

第六接口插件(P6)的第1引脚通过第十一电阻(R11)接供电模块，

第六接口插件(P6)的第2引脚接STM32的PE11引脚。