CN109731268B - 一种基于火源定位的室内消防系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于火源定位的室内消防系统及方法，该室内消防系统包括旋转台、外罩和支架，外罩外部设置有喷水嘴和灭火剂喷嘴以及一圈均匀分布有若干个传感器阵列，外罩内部设置有控制板、水平旋转电机、俯仰电机和无线传输系统。该方法包括：安装室内消防系统；划分区域；监测温度；预设阈值和启动灭火。本发明采用阵列式温度传感器测量室内温度，控制系统通可以过控制电机转动调节喷水口的位置，测量结果可以通过网络发给管理者，实现可靠、高效、快速的预警、灭火功能。

Description

一种基于火源定位的室内消防系统及方法

技术领域

本发明涉及一种基于火源定位的室内消防系统及方法，属于火警消防技术领域。

背景技术

随着社会经济的快速发展，高楼、仓库、商场越来愈多，这些地方人员密集、内部贵重物品众多、结构复杂，传统的灭火装置采用喷淋式，其灭火精度有限，不能够实时监测待测区域的温度，灭火效率低。现有的智能化灭火装置主要由基于无人机平台的灭火系统和基于图像处理的精确灭火系统。基于无人机平台的灭火系统主要用于室外火源的扑灭，主要有低温热气溶胶灭火剂的多旋翼无人机灭火方法 (该方法解决了高层建筑和有毒易爆区域的初期火灾施救的问题)和遥控飞行式干粉灭火救生装置(该装置克服现有灭火器需要人工操作或预设固定地点的缺点)。无人机平台的灭火系统的缺点是其控制精度要求高，且载荷有限。基于图像处理的灭火系统中需要有较为复杂的图像处理算法，其运算效率较低，由于只有一个摄像头，需要系统不间断地巡检，提高了系统的复杂度，降低了系统工作效率。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种基于火源定位的室内消防系统，其具体技术方案如下：

一种基于火源定位的室内消防系统，包括旋转台、外罩和支架，所述支架将旋转台支撑悬于空中，所述外罩拱起在旋转台的一侧或两侧，形成内部空腔；

所述外罩外部设置有一圈均匀分布有若干个传感器阵列，所述外罩还设置有喷水嘴和/或灭火剂喷嘴；

所述旋转台朝向外罩的一侧设置有水平旋转电机，支架穿过旋转台与水平旋转电机连接，所述水平旋转电机连接水平旋转电机驱动器；

所述外罩内部还设置有俯仰电机，所述俯仰电机输出端连接喷水嘴和灭火剂喷嘴，所述俯仰电机的输入端连接俯仰电机驱动器；

所述旋转台内部设置有控制板，所述水平旋转电机驱动器和俯仰电机驱动器均连接控制板，

所述外罩内还设置有无线传输系统，所述控制板和传感器阵列均与无线传输系统连接，无线传输系统将传感器阵列采集的信息发射给控制端，并接收来自数字终端的指令，执行对应的水平旋转电机驱动器、俯仰电机驱动器以及喷水嘴和灭火剂喷嘴动作。

所述外罩四周呈圆环形状，若干个所述传感器阵列均匀朝向圆周四周，每个传感器均与控制板连接，所有的传感器阵列顺序编号，并记录在控制板中。

所述外罩内还设置有通水腔和/或灭火剂通腔，灭火剂通腔内充满灭火剂，且为高压容器，所述通水腔中充满水；

所述通水腔设置有喷水嘴，喷水嘴与通水腔贯通，所述喷水嘴设置有高压喷水阀门；

所述灭火剂喷嘴设置在灭火剂通腔上，灭火剂喷嘴与灭火剂通腔贯通，所述灭火剂喷嘴设置有高压喷射阀门；

所述高压喷水阀门和高压喷射阀门均选用电磁阀，且均与控制板控制连接，控制板接收数字终端发送过来的指令控制高压喷水阀门和高压喷射阀门的开关。

所述俯仰电机的输出轴与喷水嘴和/或灭火剂喷嘴的末端连接，俯仰电机带动喷水嘴和灭火剂喷嘴围绕其末端旋转；

所述喷水嘴和/或灭火剂喷嘴的末端设置有弧形内齿环，所述俯仰电机的输出轴的末端设置有轮齿，所述弧形内齿环与齿轮啮合连接，当俯仰电机带动齿轮在竖直平面旋转时，齿轮带动弧形内齿环旋转，进而带动喷水嘴和/或灭火剂喷嘴在竖直平面俯仰旋转，

当只有喷水嘴或灭火剂喷嘴时，齿轮与喷水嘴或灭火剂喷嘴末端的弧形内齿环啮合，当设置有喷水嘴和灭火剂喷嘴时，喷水嘴和灭火剂喷嘴末端与同一个弧形内齿环固定，实现喷水嘴和灭火剂喷嘴同步旋转。

所述旋转台与水平旋转电机的输出轴固定连接，水平旋转电机驱动旋转台和外罩能够水平旋转。

所述传感器阵列设置在传感器固定板上，所述传感器固定板呈圆筒形状，套设在外罩外面，

每个传感器阵列均包括有若干个温度传感器，所述温度传感器选用红外温度传感器、半导体温度传感器或测温模块中的一种或任意组合。

所述支架站立在地面上，所述外罩朝向上方鼓起，所述喷水嘴和灭火剂喷嘴设置在外罩的顶部；

或者所述支架悬挂在屋顶或天花板下，所述外罩朝向下方鼓起，所述喷水嘴和灭火剂喷嘴设置在外罩的底部。

所述数字终端为台式机、服务器、平板电脑、智能手机或者笔记本电脑，所述数字终端接收现场发送过来的实时温度；并将实时温度与预设的预警温度和灭火温度比较，在数字终端以及现场发送对应的指令。

所述控制板接收每个传感器阵列中的每个传感器的温度数据，并该传感器阵列内的存有传感器的平均值，作为监测该区域的实时温度值，该嵌入式控制板中设置有两个阈值与测量到的温度进行比较，一个是预警温度，另一个是灭火温度；当传感器阵列监测到室内某区域温度大于预警温度时，产生预警指令，通过无线传输系统传输到数字终端，监测到的数据放入数据库，作为先验数据为大数据分析提供数据基础；灭火温度用于触发水平旋转电机、俯仰电机，当监测区域温度急剧升高大于灭火温度时，产生灭火指令，根据测量的超过预警温度的位置使水平旋转电机、俯仰电机带动喷水嘴、灭火剂喷嘴指向对应空间的火源位置，进行精准灭火。

一种基于火源定位的室内消防方法，包括以下操作步骤：

步骤1：安装室内消防系统：选定监测区域，根据监测区域的面积安装布设对应数量的如上述任一权利要求所述的基于火源定位的室内消防系统，使得每个室内消防系统监测的区域为其四周10米以内；

步骤2：划分区域：划分每个传感器阵列朝向的区域，并依次编号，顺序记录在控制板和数字终端中；

步骤3：监测温度：每个传感器阵列中的所有温度传感器分别连接到控制板，控制板能够识别对应传感器阵列中温度传感器，并接收温度传感器的数据，计算得到对应的传感器阵列的平均温度和温度变化突变值，传送给数字终端；

步骤4：预设阈值：在步骤1所安装的室内消防系统中设定工作阈值，分别为预警温度和灭火温度，并在数字终端设置预警温度和灭火温度分别启动的动作；所述预警温度和灭火温度通过在监测区域进行若干组试验测试得到的经验值；

步骤5：启动灭火：当控制板得到一个或一个以上传感器阵列的温度高于预警温度时，给数字终端发送预警信号，当控制板得到一个或一个以上传感器阵列的温度高于灭火温度时，给数字终端发送报警信号，数字终端控制喷水嘴、灭火剂喷嘴指向对应空间的火源位置喷射。

本发明的工作原理是：

本发明中的外罩使用防火隔热材料制成，具有隔热防火的作用，在火灾中不影响内部传感器以及其他部件的正常工作。

本发明通过传感器阵列监测对应区域的温度，根据温度的高低判断该区域是否有火灾，设定一个预警温度和一个灭火温度，根据温度不同给数字终端发送对应的提示，以及在火灾发生时，及时喷射出灭火剂和火，对火灾进行扑灭。

本发明的有益效果是：

1)采用阵列式温度传感器进行监测区域的温度探测，不需要系统进行不间断的旋转巡检，提高了系统的可靠性；

2)用温度传感器替代图像传感器，降低了系统算法复杂度，提高了系统的效率；

3)本系统可以进行组网，安装在多个封闭空间中，通过系统不但可以定点灭火，而且还可以对监测区域进行数据分析和火情预警。

附图说明

图1是本发明的整体示意图，

图2是本发明的旋转台和外罩内部电路布置图，

图3是本发明传感器固定板及其传感器布置状态图，

图4是本发明外罩内部的水管和灭火剂管布置状态图，

图5是本发明灭火剂喷嘴和喷水嘴的连接结构图，

附图标记列表：1—支架，2—旋转台，3—水平旋转电机，4—俯仰电机，5—防热外罩，6—传感器固定板，7—温度传感器，8—传感器阵列，9—喷水嘴，10—灭火剂喷嘴，11—电源系统，12—阀门盒，13—导线，14—无线传输系统，15—控制板，16—水平旋转电机驱动器，17—数字终端，18—台式机，19—服务器，20—平板电脑，21—智能手机，22—笔记本电脑，23—俯仰电机驱动器，24—电磁阀，25—水管，26—电路接口，27—灭火剂管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

图1是本发明的结构示意图，结合附图可见，本基于火源定位的室内消防系统，本发明所有的电器设备均与电源系统11接通，使其处于接通电源状态，数字终端17为台式机18，服务器19，平板电脑20，智能手机21，笔记本电脑22中的一个或多个。旋转台通过支架悬吊在屋顶下方，或者通过支架支撑举在空中。通过无线传输系统实现传感器的监测数据传输到数字终端，数字终端的指令传输到控制板，进而控制对应水平旋转电机、俯仰电机、喷水嘴和灭火剂喷嘴的工作。

当本发明中的旋转台通过支架支撑时，通水腔与民政供水管道连通，民政供水管道从支架内部延伸到通水腔，灭火剂通腔与设置在支架内的灭火剂罐连通。

当本发明中的旋转台悬挂与室内屋顶时，支架1为悬挂杆，民政供水管道从悬挂杆中连接到通水腔，灭火剂罐设置于悬挂杆内。

下面以悬挂在屋顶下方状态作为具体实施例说明，如图2所示，支架1的一头用于固定在监测区域的房顶上，另一头连接旋转台2，旋转台2在水平旋转电机3的驱动下可以360°旋转。喷水觜9、灭火剂喷嘴10连接至俯仰电机4，在俯仰电机4的控制下，喷水觜9、灭火剂喷嘴10可以进行0°~90°俯仰转动。外罩5具有防热作用，用于保护系统内部机构和电子系统受高温影响导致系统失效，为了提高系统可靠性在外罩5、喷水觜9、灭火剂喷嘴10、传感器固定板6外涂有耐高温涂层。外罩5上安装温度传感器阵列8，它由传感器固定板6和温度传感器7组成，温度传感器阵列8安装时，可以根据待检测区域的大小以及系统安装的高度调节它与支架1间的角度。温度传感器阵列8通过导线13连接到核心控制板15,核心控制板15与水平旋转电机3、俯仰电机4、水平旋转电机驱动器16和俯仰电机电机驱动器23连接，在温度信号的控制下进行旋转、俯仰运动，使喷水觜9、灭火剂喷嘴10可以准确快速地对准火源位置。喷水觜9、灭火剂喷嘴10、俯仰电机4、电磁阀24、电路接口26安装在阀门盒12内，电路接口26与控制板15连接，用于接收电磁阀24的打开和关闭信号，电磁阀24用来控制喷水嘴9和灭火剂喷嘴10的打开和关闭。电磁阀24一端连接水管25和灭火剂管27，另一端连接喷水嘴9和灭火器喷嘴10，它们在控制板15的控制下可以单独喷射或同时喷射。在监测得到的室内温度信息通过无线传输系统14传输至数字终端17，数字终端17可以安装在控制室也可以随身携带。在数字终端17中装有控制模块、监测模块、数据库，监测模块可以实时显示监测区域各部分的温度，观察者可以随时了解监测区域的温度情况；控制模块可以远程控制水平旋转电机3、俯仰电机4，从而控制喷水觜9、灭火剂喷嘴10的角度，可以在系统不受控的情况下进行应急操作；数据库可以存储监测区域的历史温度值，进行数据处理和大数据分析，用来对监测区域的温度变化情况进行分析，为监测区域的防火保障提供数据支撑，这在重点保护区域如化工厂、油田、橡胶厂等地显得尤为重要。整个系统在电源系统11的驱动下工作。

如图3所示，温度传感器阵列8由多个温度传感器7组成，它们可以是红外温度传感器、半导体温度传感器、测温模块等，它们具有测量可靠、稳定、测量距离远的特点，其作用距离大于10米。系统安装时，测算监测空间面积，根据面积大小，将待测空间分成若干组，温度传感器阵列8被分成相应的传感器组，每组由若干个温度传感器7组成，它们对准已分组的监测空间中的某一个区域，专门负责这片区域的温度监测，传感器组与监测空间的分组一一对应，图3中的黑实线表示温度传感器阵列8的分界线。单一的传感器不能够全面反映区域温度情况，因此在温度测量时，每组中的所有温度传感器7同时进行温度测量，测量的结果输入核心控制板15，核心控制板15对接收到的温度数据求平均值，作为监测区域的实时温度值，系统中设置有两个阈值与测量到的温度进行比较，一个是预警温度，另一个是灭火温度。当系统监测到室内某区域温度大于预警温度时，产生预警指令，通过无线传输系统14传输到数字终端17，观察者可以根据情况派相关人员到现场进行检查，可以提前排除隐患，监测到的数据放入数据库，作为先验数据为大数据分析提供数据基础。灭火温度用于触发水平旋转电机3、俯仰电机4，当监测区域温度急剧升高大于灭火温度时，产生灭火指令，根据测量的超过预警温度的位置使水平旋转电机3、俯仰电机4带动喷水觜9、灭火剂喷嘴10指向对应空间的火源位置，进行精准灭火，同时将火警发送给观察者。在系统安装时，考虑到不同监测区域面积、层高不同，温度传感器阵列8与支架1之间可以以任意角度朝下安装，在不同面积的空间下可以覆盖其所有区域，当遇到空间特别大、存在监测盲区时，可以采用增加温度传感器阵列8大小、增加温度传感器7个数、安装多个火源定位消防系统的方法解决。

下面给出本发明中使用的控制板的一个具体型号：ALINX ALTERA FPGA控制板。当然其他能够实现本发明功能的其他控制板也是本发明的保护范围。

本发明中的数字终端安装的控制模块、检测模块和数据库与专利201210446147.4中应用的模块类似。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.一种基于火源定位的室内消防系统，其特征在于，包括旋转台、外罩和支架，所述支架将旋转台支撑悬于空中，所述外罩拱起在旋转台的一侧或两侧，形成内部空腔；

所述外罩外部设置有一圈均匀分布有若干个传感器阵列，所述外罩四周呈圆环形状，若干个所述传感器阵列均匀朝向圆周四周，每个传感器均与控制板连接，所有的传感器阵列顺序编号，并记录在控制板中；

所述传感器阵列设置在传感器固定板上，所述传感器固定板呈圆筒形状，套设在外罩外面，每个传感器阵列均包括有若干个温度传感器，所述温度传感器选用红外温度传感器、半导体温度传感器或测温模块中的一种或任意组合；

所述外罩还设置有喷水嘴和/或灭火剂喷嘴；所述外罩内还设置有通水腔和/或灭火剂通腔，灭火剂通腔内充满灭火剂，且为高压容器，所述通水腔中充满水；

所述通水腔设置有喷水嘴，喷水嘴与通水腔贯通，所述喷水嘴设置有高压喷水阀门；

所述灭火剂喷嘴设置在灭火剂通腔上，灭火剂喷嘴与灭火剂通腔贯通，所述灭火剂喷嘴设置有高压喷射阀门；

所述高压喷水阀门和高压喷射阀门均选用电磁阀，且均与控制板控制连接，控制板接收数字终端发送过来的指令控制高压喷水阀门和高压喷射阀门的开关；

所述旋转台朝向外罩的一侧设置有水平旋转电机，支架穿过旋转台与水平旋转电机连接，所述水平旋转电机连接水平旋转电机驱动器；

所述外罩内部还设置有俯仰电机，所述俯仰电机输出端连接喷水嘴和灭火剂喷嘴，所述俯仰电机的输入端连接俯仰电机驱动器；

所述旋转台内部设置有控制板，所述水平旋转电机驱动器和俯仰电机驱动器均连接控制板，所述外罩内还设置有无线传输系统，所述控制板和传感器阵列均与无线传输系统连接，无线传输系统将传感器阵列采集的信息发射给控制端，并接收来自数字终端的指令，执行对应的水平旋转电机驱动器、俯仰电机驱动器以及喷水嘴和灭火剂喷嘴动作；

所述数字终端模块接收现场发送过来的实时温度；并将实时温度与预设的预警温度和灭火温度比较，在数字终端以及现场发送对应的指令；所述数字终端为台式机、服务器、平板电脑、智能手机或者笔记本电脑；

所述控制板接收每个传感器阵列中的每个传感器的温度数据，并传感器阵列内的存有传感器的平均值，作为监测区域的实时温度值，嵌入式控制板中设置有两个阈值与测量到的温度进行比较，一个是预警温度，另一个是灭火温度；当传感器阵列监测到室内某区域温度大于预警温度时，产生预警指令，通过无线传输系统传输到数字终端，监测到的数据放入数据库，作为经验数据为大数据分析提供数据基础；灭火温度用于触发水平旋转电机、俯仰电机，当监测区域温度急剧升高，大于灭火温度时，产生灭火指令，根据测量的超过预警温度的位置使水平旋转电机、俯仰电机带动喷水嘴、灭火剂喷嘴指向对应空间的火源位置；

所述俯仰电机的输出轴与喷水嘴和/或灭火剂喷嘴的末端连接，俯仰电机带动喷水嘴和灭火剂喷嘴围绕其末端旋转；

所述喷水嘴和/或灭火剂喷嘴的末端设置有弧形内齿环，所述俯仰电机的输出轴的末端设置有轮齿，所述弧形内齿环与齿轮啮合连接，当俯仰电机带动齿轮在竖直平面旋转时，齿轮带动弧形内齿环旋转，进而带动喷水嘴和/或灭火剂喷嘴在竖直平面俯仰旋转，

当只有喷水嘴或灭火剂喷嘴时，齿轮与喷水嘴或灭火剂喷嘴末端的弧形内齿环啮合，

当设置有喷水嘴和灭火剂喷嘴时，喷水嘴和灭火剂喷嘴末端与同一个弧形内齿环固定，实现喷水嘴和灭火剂喷嘴同步旋转。

2.根据权利要求1所述的一种基于火源定位的室内消防系统，其特征在于，所述旋转台与水平旋转电机的输出轴固定连接，水平旋转电机驱动旋转台和外罩能够水平旋转。

3.根据权利要求1所述的一种基于火源定位的室内消防系统，其特征在于，所述支架站立在地面上，所述外罩朝向上方鼓起，所述喷水嘴和灭火剂喷嘴设置在外罩的顶部；

或者所述支架悬挂在屋顶或天花板下，所述外罩朝向下方鼓起，所述喷水嘴和灭火剂喷嘴设置在外罩的底部。

4.一种基于火源定位的室内消防方法，其特征在于，包括以下操作步骤：

步骤1：安装室内消防系统：选定监测区域，根据监测区域的面积安装布设对应数量的如上述任一权利要求所述的基于火源定位的室内消防系统，使得每个室内消防系统监测的区域为其四周10米以内；

步骤2：划分区域：划分每个传感器阵列朝向的区域，并依次编号，顺序记录在控制板和数字终端中；

步骤3：监测温度：每个传感器阵列中的所有温度传感器分别连接到控制板，控制板能够识别对应传感器阵列中温度传感器，并接收温度传感器的数据，计算得到对应的传感器阵列的平均温度，传送给数字终端；

步骤4：预设阈值：在步骤1所安装的室内消防系统中设定工作阈值，分别为预警温度和灭火温度，并在数字终端设置预警温度和灭火温度分别启动的动作；所述预警温度和灭火温度通过在监测区域进行若干组试验测试得到的经验值；

步骤5：启动灭火：当控制板得到一个以上传感器阵列的温度高于预警温度时，给数字终端发送预警信号，当控制板得到一个以上传感器阵列的温度高于灭火温度时，给数字终端发送报警信号，数字终端控制喷水嘴、灭火剂喷嘴指向对应空间的火源位置喷射。

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