CN110279954A - 一种功率可调式声波灭火装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率可调式声波灭火装置，包括电源模块、用于产生特定频率的正弦波模拟电信号的主控模块、功率放大模块、扬声器、声腔、测距模块、激光导向模块、显示模块、开关按钮和三档功率调节按钮。本发明利用STM32F103ZET6芯片产生一路低频振荡的SPWM信号，具有低能耗、体积小、开发成本低、可靠性高、易于携带的优点；采用三档功率调节按钮，由使用者根据火灾情况及着火面积的大小实际选择合适的功率档位，不仅提高灭火效率，而且节能，相比于其他类型声波，噪声显著减小，无化学试剂，对人体无害，对环境友好。

Description

一种功率可调式声波灭火装置

技术领域

本发明涉及灭火设备技术领域，特别是一种功率可调式声波灭火装置。

背景技术

目前较为常用的灭火器有泡沫、干粉、二氧化碳等灭火器。泡沫灭火器，产生的化学物质对人体有害，在特殊场合下错误使用可能因化学物质混合而产生爆炸且对电气火灾无效；干粉灭火器不能扑灭金属物火灾，在使用时易被吸入呼吸道，对人体产生不可逆损伤，后期清理困难；二氧化碳灭火器对于存储条件要求较高，在使用时要求环境较为密闭，因此操作人员易发生窒息的危险。

产生燃烧现象应同时具备可燃物、助燃物(氧气)、温度三个有效条件。传统的灭火装置基本以化学物质阻碍可燃物与氧气接触，从而打破燃烧的链式反应，如现有的声波灭火器，采用物理方式是：基于在较低声波频率的作用下，燃烧物周围空气在声波能量的推动下产生疏密分布，空气稀疏的部分氧气含量最少，从而以物理方式减弱燃烧反应速率，直至火焰熄灭。

中国专利号CN201620176718公开了一种智能便携式声波灭火器，包括电源、声波发射筒和电控功能模块；电控功能模块包括MSP430单片机、温度传感器、声波转换模块、声波功率放大器、扬声器和GSM无线通信模块。该实用新型可产生30～60Hz可调频率的正弦波脉冲，变换步长为5Hz。但是该实用新型未能进行输出功率的调整，对于不同面积的火灾适应性较低。

中国专利号CN201520680110公开了一种基于STC89C52单片机控制的低频声波灭火器。该实用新型由单片机控制的声波发生器、功率放大器、扬声器、瞄准仪构成。该实用新型采用硬纸筒内贴不锈钢作为瞄准仪，导向性好，重量轻，减弱的腔体对声波的削弱作用，有利于声波及时、准确的传递到火源处，提高了灭火效率，但是该实用新型未对声波发射腔体进行降噪处理，因此在高负荷状态工作时，会产生噪声污染，长期使用将对使用者身体产生不利影响。

中国专利号CN201610284059公开了一种由电源、波形发生器、功率放大器、扬声器和声腔构成的一种低频声波灭火器。该发明具有很好的便携性，供电可采用移动电源供电，方便携带进入火场，但是未能实时监测移动电源剩余电量，从而未能方便使用者了解装置使用时间。

发明内容

本发明的目的是要克服现有技术中声波灭火装置不能调节输出功率、声波发射腔外壁未进行降噪处理以及使用移动电源供电时电池电量未知的不足和缺点，提供一种功率可调式声波灭火装置。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种功率可调式声波灭火装置，包括电源模块、用于产生特定频率的正弦波模拟电信号的主控模块、功率放大模块、扬声器、声腔，所述电源模块用于为整个装置提供电力，扬声器的发声端安装有声腔，还包括设置于声腔前端的测距模块和激光导向模块，所述测距模块和激光导向模块与主控模块连接，测距模块用于检测可燃物与声腔距离，激光导向模块使用激光精确指示可燃物方向；所述主控模块、功率放大模块、电源模块固定于主控箱内，主控箱外设有与主控模块连接的显示模块、开关按钮和三档功率调节按钮，显示模块用于显示功率设定值、可燃物距离；所述主控模块采用STM32F103ZET6芯片，主控模块通过内部的高级定时器TIM1输出正弦电压波形，使用I/O口PA8作为输出口，主控模块通过通用定时器TIM3产生中断，使高级定时器TIM1输出的矩形波宽度按正弦规律变化，正弦波的频率由TIM3中断时间决定，中断函数处理过程中根据三档功率调节按钮指令改变正弦波信号的幅值，从而经过功率放大电路后改变装置输出功率值；功率放大模块用于对主控模块输出的正弦波模拟电信号进行放大产生大电流的低频声波电信号，扬声器将正弦波模拟电信号转换为声波进行播放，声腔将扬声器发出的声波进行聚集。

进一步，所述电源模块包括锂电池、充电模块、交流调压器、整流滤波电路、DC/DC降压电路和稳压电路，市电连接充电模块的输入端和交流调压器的输入端，充电模块的输出端连接锂电池的输入端，所述锂电池给功率放大模块及经过稳压电路后为主控模块、显示模块、测距模块和激光导向模块供电，交流调压器的输出端连接整流滤波电路的输入端，整流滤波电路的输出端连接DC/DC降压电路的输入端，DC/DC降压电路的输出端连接稳压电路的输入端，稳压电路的输出端为主控模块、测距模块和激光导向模块供电。

进一步，主控模块与锂电池之间连接有用于对锂电池剩余电量检测的电压/电流采集模块，电压采集模块采用运算放大器LM358P构成电压差分放大隔离采样电路，电流采集模块采用霍尔电流传感器ACS758LCB-010U。

进一步，所述主控模块连接有蜂鸣器模块，蜂鸣器模块用于在距离可燃物20cm以内时产生报警以及在电源模块中的锂电池电量不足10％时产生报警。

优选地，所述扬声器采用额定功率为60W，峰值功率140W的超重低音扬声器，直径6.5英寸，磁钢大小80磁。

优选地，所述测距模块采用US-100超声波测距模块。

优选地，所述激光导向模块采用微型激光头。

优选地，所述声腔筒体为圆柱形结构，声腔外壁由隔音材料包裹、内壁由航空FST阻燃耐高温材料制成。

优选地，所述主控箱上设有电源连接线插口，主控箱上设有背带。

优选地，所述声腔外壁设有手柄。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明利用STM32F103ZET6芯片产生一路低频振荡的SPWM信号，具有低能耗、体积小、开发成本低、可靠性高、易于携带的优点。

本发明采用特定低频正弦声波，灭火速度快，相比于其他类型声波，噪声显著减小，无化学试剂，对人体无害，对环境友好。

本发明采用三档功率调节按钮，由使用者根据火灾情况及着火面积的大小实际选择合适的功率档位，不仅提高灭火效率，而且节能。

本发明采用两种供电方式，可直接连接市电插座，亦可利用内置大容量锂电池供电，增强了不同火灾现场装置的适用性和便携性。

本发明在声波发射腔体出声口安装的激光发射器和超声波测距模块能帮助使用者精准定位火源位置，提高灭火效率。

本发明内置的有源蜂鸣器装置可在灭火装置使用锂电池供电时，提示使用者装置电量过低状态报警，且根据超声测距模块测量距离提示使用者操作在安全灭火距离。

本发明装设液晶显示模块，实时显示相关状态量，方便使用者操作。

本发明声腔外附有轻质吸音材料，在不影响灭火效果的前提下可有效降低装置使用过程中产生的噪声污染。

本发明可实现在火灾时对文物、精密设备和电路的最大程度保护，防止二次污染和损坏。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的电路结构框图。

图3为本发明的工作流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定发明。

如图1、图2所示，本实施例的一种功率可调式声波灭火装置，包括电源模块、用于产生特定频率的正弦波模拟电信号的主控模块、功率放大模块、扬声器4、声腔6，声腔6为圆柱形结构，声腔6外壁由隔音材料包裹、内壁由航空FST阻燃耐高温材料制成，聚集扬声器4发出的声波，所述电源模块用于为整个装置提供电力，扬声器4的发声端安装有声腔6，还包括设置于声腔6前端的测距模块7和激光导向模块8，所述测距模块7和激光导向模块8与主控模块连接，测距模块7采用US-100超声波测距模块，所述激光导向模块8采用微型激光头，测距模块7用于检测可燃物与声腔6距离，激光导向模块8使用激光精确指示可燃物方向；所述主控模块、功率放大模块、电源固定于主控箱1内，主控箱1外设有与主控模块连接的显示模块101、开关按钮103和三档功率调节按钮102，其中开关按钮103控制装置开机和关机，装置启动默认频率设置为45Hz，三档功率调节按钮102有三个档位，控制装置输出30W、45W、60W三个功率值，显示模块101用于显示功率设定值、可燃物距离，显示模块采用12864液晶显示模块；所述主控模块采用STM32F103ZET6芯片，内置有正弦波模拟电信号产生程序：主控模块通过内部的高级定时器TIM1输出正弦电压波形，使用I/O口PA8作为输出口，主控模块通过通用定时器TIM3产生中断，使高级定时器TIM1输出的矩形波宽度按正弦规律变化，正弦波的频率由TIM3中断时间决定，中断函数处理过程中根据三档功率调节按钮指令改变正弦波信号的幅值，从而经过功率放大电路后改变装置输出功率值；功率放大模块用于对主控模块输出的正弦波模拟电信号进行放大产生大电流的低频声波电信号，扬声器4将正弦波模拟电信号转换为声波进行播放，声腔6将扬声器4发出的声波进行聚集，扬声器采用额定功率为60W，峰值功率140W的超重低音扬声器，直径6.5英寸，磁钢大小80磁。

本实例中，所述电源模块包括锂电池、充电模块、交流调压器、整流滤波电路、DC/DC降压电路和稳压电路，市电连接充电模块的输入端和交流调压器的输入端，充电模块的输出端连接锂电池的输入端，所述锂电池给功率放大模块及经过稳压电路后为主控模块、显示模块、测距模块和激光导向模块供电，交流调压器的输出端连接整流滤波电路的输入端，整流滤波电路的输出端连接DC/DC降压电路的输入端，DC/DC降压电路的输出端连接稳压电路的输入端，稳压电路的输出端为主控模块、测距模块和激光导向模块供电；交流调压器采用单相220V输入、双21V输出变压器，所述整流滤波电路采用整流模块GBJ2510和两个10000μF/60V电解电容，所述DC/DC降压电路采用LM2596降压模块，所述稳压电路采用LM317模块，所述锂电池采用一块60V/13Ah的锂电池。电源模块首先采用变压器对市供220V单相交流电进行降压，降压后经过整流滤波电路，给功放LM3886供电，之后经过DC/DC降压模块，一方面向外提供+5V电压，另一方面继续经过稳压模块LM317向外提供+3.3V电压(在本装置中，功放模块LM3886需要±28V电压，超声波测距模块、蜂鸣器、液晶显示模块、运算放大器LM358P、霍尔电流传感器、导向模块需要+5V电压，主控芯片STM32F103ZET6需要+3.3V电压)。

本实例中，主控模块与锂电池之间连接有用于对锂电池剩余电量检测的电压/电流采集模块，电压采集模块采用运算放大器LM358P构成电压差分放大隔离采样电路，电流采集模块采用霍尔电流传感器ACS758LCB-010U。STM32F103ZET6芯片中安装有电池状态估测程序，用于估测锂电池剩余电量：锂电池接通后，在STM32F103ZET6芯片上电后第一时刻采集电池的端电压作为电池的开路电压，运用以求得的OCV-SOC辨识函数获得剩余电量的初始值；最后，STM32F103ZET6芯片检测整个放电回路，当装置运行时不断采集负载电流，运用电流安时积分法计算锂电池当前剩余电量。

在实际使用时，根据波测距模块7检测到的声腔6与可燃物距离在20cm以内时，主控模块控制蜂鸣器产生报警信号一；根据电压/电流采集模块采集的锂电池端电压和电流运算得到的锂电池电量不足10％时，主控模块控制蜂鸣器产生报警信号二；报警信号一是长鸣信号，报警信号二是间断鸣信号。

在实际使用时，为了便于携带，所述主控箱1上设有电源连接线插口104，主控箱1上设有背带2；进而为了便于手持声腔6进行灭火操作，所述声腔6外壁设有手柄5。

本装置工作流程图如图3所示，使用该装置进行灭火时，装置接通电源后，显示模块101显示当前功率设定值、锂电池剩余电量、声腔和可燃物之间的距离等状态量，其中，当前功率设定值与按键指令相对应，由显示模块101读取主控模块内部存储器得到；锂电池剩余电量由电压/电流采集模块采集的锂电池端电压和电流，经过主控模块运算得到；声腔6前端与可燃物之间的距离由测距模块7和激光导向模块8实时检测与运算。

主控模块根据按键模块的指令信号，产生特定频率和幅值的正弦波模拟电信号，功率放大模块对正弦波模拟电信号进行放大，产生大电流的低频声波电信号，驱动扬声器，将正弦波模拟电信号转换为声波进行播放，在扬声器的发生端，安装有特制的声腔，使扬声器发出的声波进行聚集，对准燃烧物，燃烧物周围空气在声波能量的推动下产生疏密分布，空气稀疏的部分氧气含量最少，从而以物理方式减弱燃烧反应速率，直至火焰熄灭。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种功率可调式声波灭火装置，包括电源模块、用于产生特定频率的正弦波模拟电信号的主控模块、功率放大模块、扬声器、声腔，所述电源模块用于为整个装置提供电力，扬声器的发声端安装有声腔，其特征在于，还包括设置于声腔前端的测距模块和激光导向模块，所述测距模块和激光导向模块与主控模块连接，测距模块用于检测可燃物与声腔距离，激光导向模块使用激光精确指示可燃物方向；所述主控模块、功率放大模块、电源模块固定于主控箱内，主控箱外设有与主控模块连接的显示模块、开关按钮和三档功率调节按钮，显示模块用于显示功率设定值、可燃物距离；所述主控模块采用STM32F103ZET6芯片，主控模块通过内部的高级定时器TIM1输出正弦电压波形，使用I/O口PA8作为输出口，主控模块通过通用定时器TIM3产生中断，使高级定时器TIM1输出的矩形波宽度按正弦规律变化，正弦波的频率由TIM3中断时间决定，中断函数处理过程中根据三档功率调节按钮指令改变正弦波信号的幅值，从而经过功率放大电路后改变装置输出功率值；功率放大模块用于对主控模块输出的正弦波模拟电信号进行放大产生大电流的低频声波电信号，扬声器将正弦波模拟电信号转换为声波进行播放，声腔将扬声器发出的声波进行聚集。

2.根据权利要求1所述的功率可调式声波灭火装置，其特征在于：所述电源模块包括锂电池、充电模块、交流调压器、整流滤波电路、DC/DC降压电路和稳压电路，市电连接充电模块的输入端和交流调压器的输入端，充电模块的输出端连接锂电池的输入端，所述锂电池给功率放大模块及经过稳压电路后为主控模块、显示模块、测距模块和激光导向模块供电，交流调压器的输出端连接整流滤波电路的输入端，整流滤波电路的输出端连接DC/DC降压电路的输入端，DC/DC降压电路的输出端连接稳压电路的输入端，稳压电路的输出端为主控模块、测距模块和激光导向模块供电。

3.根据权利要求2所述的功率可调式声波灭火装置，其特征在于：主控模块与锂电池之间连接有用于对锂电池剩余电量检测的电压/电流采集模块，电压采集模块采用运算放大器LM358P构成电压差分放大隔离采样电路，电流采集模块采用霍尔电流传感器ACS758LCB-010U。

4.根据权利要求3所述的功率可调式声波灭火装置，其特征在于：所述主控模块连接有蜂鸣器模块，蜂鸣器模块用于在距离可燃物20cm以内时产生报警以及在电源模块中的锂电池电量不足10％时产生报警。

5.根据权利要求1所述的功率可调式声波灭火装置，其特征在于：所述扬声器采用额定功率为60W，峰值功率140W的超重低音扬声器，直径6.5英寸，磁钢大小80磁。

6.根据权利要求1所述的功率可调式声波灭火装置，其特征在于：所述测距模块采用US-100超声波测距模块。

7.根据权利要求1所述的功率可调式声波灭火装置，其特征在于：所述激光导向模块采用微型激光头。

8.根据权利要求1所述的功率可调式声波灭火装置，其特征在于：所述声腔筒体为圆柱形结构，声腔外壁由隔音材料包裹、内壁由航空FST阻燃耐高温材料制成。

9.根据权利要求1所述的功率可调式声波灭火装置，其特征在于：所述主控箱上设有电源连接线插口，主控箱上设有背带。

10.根据权利要求8所述的功率可调式声波灭火装置，其特征在于：所述声腔外壁设有手柄。