CN113436494B - 一种烟热模拟训练路径自动切换装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种烟热模拟训练路径自动切换装置及方法。装置包括旋转门本体、转门器及电插锁；旋转门本体包括金属网栅通道外框、旋转门框、金属网；转门器包括驱动电机、摆臂及防护外壳；电插锁包括电磁锁舌、磁力传感器及锁片、光栅编码器，驱动控制电路。方法包括控制器判断是否符合起始状态和终止状态的落锁条件，从而控制各个自动切换装置改变各自的起始状态和终止状态，实现网栅通道内的路径自动切换。本发明能够在烟热模拟训练中实现路径的自动切换，有效降低了训练设备被暴力破坏的风险，可以有效的提高消防烟热模拟训练的训练效率，路径自动切换装置包含位置反馈可以实时检测到路径的变换状态，提高烟热训练系统的使用寿命和便利性。
Description
技术领域
本发明属于烟热训练装置领域，特别是涉及一种烟热模拟训练路径自动切换装置及方法。
背景技术
烟热模拟训练是消防救援人员日常训练中必不可少的训练项目，烟热训练室中通过声、光、烟、热等模拟设备共同营造逼真的救援训练环境，在训练过程中参训人员需要佩戴专业设备在金属网栅通道内进行穿行，通常针对不同训练人员需要开展不同难度的训练，训练前需要手动恢复到指定难度的路径。在现有路径切换技术中，烟热训练系统中常用的是依靠电磁铁和弹簧共同作用下实现路径的切换，这种方式存在以下缺点：1)路径实时的状态也无法实时监控，这对训练效率以及训练效果的提升有着很大的限制；2)电磁铁需要一直保持通电才能达到路径变换，耗费电能；3)路径恢复时需要人进入到网栅通道内手动恢复，耗费大量的人力和训练时间；4)训练过程中需要受训人员推动活动门才能通过，电磁锁经常受到破坏和弹簧容易疲劳使用使用寿命短，需要经常维护。
发明内容
本发明目的是提供一种烟热模拟训练路径自动切换装置及方法，能够在烟热模拟训练中实现路径的自动切换，有效降低了训练设备被暴力破坏的风险，可以有效的提高消防烟热模拟训练的训练效率，路径自动切换装置包含位置反馈可以实时检测到路径的变换状态，提高烟热训练系统的使用寿命和便利性。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
一种烟热模拟训练路径自动切换装置，包括旋转门本体、转门器及电插锁；旋转门本体包括金属网栅通道外框、旋转门框、金属网，旋转门框内部焊接有金属网，旋转门框位于金属网栅通道外框内部，并与金属网栅通道外框铰接；转门器包括驱动电机、摆臂及防护外壳，防护外壳固定在金属网栅通道外框上，驱动电机安装于防护外壳内，驱动电机输出端与摆臂的一侧外连，摆臂的另一侧固定在旋转门框上；电插锁包括电磁锁舌、磁力传感器及锁片，电磁锁舌及磁力传感器分别安装于旋转门框底部，锁片固定在金属网栅通道外框的底部、并位于电磁锁舌及磁力传感器的下方，锁片上对应电磁锁舌及磁力传感器的部位分别开孔，与磁力传感器对应的孔中安装有永磁铁，与电磁锁舌对应的孔用于在旋转门本体处于关闭状态时供电磁锁舌插入。
所述摆臂分为两节，两节摆臂之间通过万向轴相连，驱动电机的输出端与其中一节摆臂连接，另一件摆臂与旋转门框固接。
所述防护外壳内还安装有光栅编码器，驱动控制电路光栅编码器与驱动电机同轴安装；驱动控制电路包括控制器和与其分别连接的供电电路、电机驱动芯片、CAN通讯芯片，电机驱动芯片连接驱动电机，CAN通讯芯片还通过总线连接控制室内的上位机。
所述供电电路包括12V转5V降压芯片、5V转3.3V降压芯片，5V连接光栅编码器，3.3V连接CAN通讯芯片。
所述电插锁还包括外围供电电路，外围供电电路包括降压芯片和采集运放电路，降压芯片将输入的12V电压降至5V提供给磁力传感器；12V电压为电磁锁舌供电，上通电后锁舌收回到锁腔内，断电后落锁。
所述旋转门框包括旋转门上边横梁、转门中间横梁、转门底边横梁；旋转门上边横梁设有方形钢片，摆臂的另一侧固定在旋转门框上的方形钢片上；转门中间横梁一侧设有圆形线孔，用于电导线穿过；所述电磁锁舌及磁力传感器分别安装于转门底边横梁底部。
所述控制器采用ARM单片机，所述磁力传感器采用线性磁力霍尔传感器。
所述该装置竖直安装于烟热模拟训练的金属网栅内。
一种烟热模拟训练路径自动切换方法，包括以下步骤：
S1、将自动切换装置竖直安装于烟热模拟训练的网栅内，将CAN通讯芯片输出线与控制室内的上位机进行连接；将自动切换装置的开放程度分别置于起始状态和终止状态，使锁舌对准锁片上的对应孔，使磁力传感器与永磁铁位置对应；
S2、在上述两个状态时，上位机分别输出指令给转门器的控制器，控制器检测起始状态和终止状态的落锁条件参数并保存；
S3、开展烟热训练时，上位机输出指令给烟热训练网栅通道内的多个自动切换装置的控制器，控制器判断是否符合起始状态和终止状态的落锁条件、控制电磁锁舌吐出，从而控制各个自动切换装置改变各自的起始状态和终止状态，实现网栅通道内的路径自动切换。
所述自动切换装置的起始状态时落锁条件参数为：磁力传感器检测的磁场强度当前位置的光栅编码器的角度θ1；所述自动切换装置的终止状态时的落锁条件参数为：磁力传感器检测的磁场强度φ′1，当前位置的光栅编码器的角度θ′1。
所述控制各个自动切换装置改变各自的起始状态和终止状态，包括：
假设θ′1>θ1,当旋转门的当前光栅编码器32的角度θ∈(θ1,θ′1)时；
若控制室内上位机通过CAN总线发送恢复到起始位置指令时，旋转门的控制器241在接收到指令后判断旋转门本体的当前位置光栅编码器角度θ>θ1时，控制器241控制驱动电机逆时针转动直至角度θ1，从而带动摆臂将旋转门本体恢复到起始位置；
若控制室内上位机通过CAN总线发送恢复到终点指令时，旋转门的控制器241在接收到指令后判断旋转门本体的当前位置光栅编码器角度θ<θ′1时，控制器241控制驱动电机顺时针转动直至θ′1，从而带动摆臂将旋转门本体恢复到终点位置。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明针提出的一种烟热模拟训练路径自动切换装置及方法，电动旋转门可以实现准确的角度旋转，代替人工实现路径切换。
2.本发明针提出的一种烟热模拟训练路径自动切换装置及方法，电插锁可以将旋转门锁住，防止路径在训练过程中发生改变，且电插锁配有落锁反馈，在落锁后可发出位置反馈信号，便于对旋转门状态的监控。
3.本发明针提出的一种烟热模拟训练路径自动切换装置及方法，采用CAN总线提高设备的使用广泛性和兼容性；本方法实施过程简单，本装置结构简单，安装方便，使用寿命更长，稳定性更高，适合安装多种金属网栅通道的金属支架中，用于烟热训练路径的自动切换，满足消防救援人员对训练设施的需求。
附图说明
图1是本发明的路径自动切换装置示意图；
图2是本发明的驱动控制电路示意图；
图3是本发明的外围供电电路示意图；
图4是本发明的烟热模拟训练旋转门初始位置；
图5是本发明的烟热模拟训练旋转门终点位置；
图6是本发明的烟热模拟训练第一种切换路径；
图7是本发明的烟热模拟训练第二种切换路径；
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明的目的，但不用来限定本发明的范围。
如图所示，一种烟热模拟训练路径自动切换装置包括旋转门本体1、转门器2、电插锁3。
所述旋转门本体1为方形金属焊接制成的外框，旋转门外框12形状如图1所示，旋转门框12内部焊接金属网13，旋转门外框12分为旋转门上边横梁123，旋转门中间横梁123，旋转门底边横梁123，旋转门中间横梁122右侧开有圆形线孔1221，旋转门框12右侧方形立柱上下通过连接件124(销轴铰接)与金属网栅通道外壳11立柱进行连接，旋转门底边横梁123处开有圆形通孔，尺寸大小与电插锁3外形尺寸相配合。
所述转门器2包括驱动电机21、光栅编码器22、摆臂23、驱动控制电路24和防护外壳25。驱动电机21为12V直流无刷电机。光栅编码器与直流无刷电机轴心在同一直线上，直流无刷电机轴上装有齿轮，摆臂分为两节通过万向轴连接，摆臂旋转轴心处装有机械齿轮，摆臂末端带有方形钢片1211，方形钢片1211通过燕尾螺丝固定于旋转门上边横梁。如图2，驱动控制电路24包含控制器241、供电电路242、电机驱动芯片243、CAN通讯芯片244，控制器241采用ARM架构STM32单片机。供电电路242输入电压为12V，采用现有技术的LM2576T-5稳压芯片将输入电压稳压至5V，在经过AMS1117稳压到3.3V,12V电源为直流无刷电机供电，5V电源为光栅编码器供电，3.3V为控制器和CAN芯片供电，CAN通讯芯片采用SIT65HVD230芯片，可以与控制器逻辑电平兼容。防护外壳25为长方体，采用铝合金制作，用于固定和保护驱动电机21、光栅编码器22和控制器241等核心部件，防护外壳25通过燕尾螺丝固定于金属网栅通道外框11立柱上，如图1所示。电机驱动芯片243采用芯片型号为VNH5019A。
所述电插锁3主要由电磁锁舌31、磁力传感器32、锁片33和外围供电电路34构成。电磁锁舌31为不锈钢制作，长度大于20mm；磁力传感器32采用线性磁力霍尔传感器，能够检测圆形磁铁产生的磁场大小；锁片33为长方形钢条，长边中心线开有圆形通孔，通孔分别与电磁锁舌31和磁力传感器32位置尺寸对应，长方形钢条与磁力传感器位置尺寸对应处镶嵌有圆形永磁铁，其尺寸大小与圆形通孔相同，通过燕尾螺丝固定于金属网栅通道外框11底部横梁上表面；如图3,外围供电电路34主要包括降压芯片341和采集运放电路342，降压芯片341输入电压为12V，采用现有技术的LM2576T-5稳压芯片将输入电压稳压至5V；12V电压为电磁锁舌31供电，上通电后锁舌31收回到锁腔内，断电后落锁；5V电压为线性磁力霍尔传感器供电，线性磁力霍尔传感器的0-5V模拟输出信号接入到采集运放电路342中，采集运放电路342采用现有技术的运算放大电路的方式，经过TLV2642运放芯片将采集到的信号转化为0-3.3V模拟信号。
本实用新型的烟热模拟训练路径自动切换装置及方法的工作过程包括：
S1：将一个或若干个路径自动切换装置安装于金属网栅通道内，从烟热模拟训练控制室内引出12V电源线和CAN总线；
S2：将12V电源线接入到转门器核心控制器的电源输入端子上，将驱动控制电路24的CAN线接入到控制室的CAN总线；
S3：将旋转门旋转至金属网栅通道内起始位置，使锁舌31和磁力传感器32处于锁片33上的通孔和磁铁处于合适位置，通过控制室内上位机发送确认CAN指令，转门器2的控制器241接收到该指令后，将当前位置的光栅编码器22的角度θ1和磁力传感器32检测的磁场强度保存至控制器241中，并将其作为旋转门起始位置落锁条件，当控制器241检测到符合起始位置落锁条件后，控制电磁锁舌31吐出，完成旋转门锁定动作；
S4：同理将旋转门旋转至金属网栅通道内终点位置，按照S3相同步骤，完成旋转门终点位置落锁条件,光栅编码器22的角度θ′1和磁力传感器32检测的磁场强度
S5：假设θ′1>θ1,当旋转门光栅编码器32的角度θ∈(θ1,θ′1)时，若控制室内上位机通过CAN总线发送恢复到起始位置指令时，旋转门的控制器241在接收到指令后判断旋转门当前位置光栅编码器23角度θ>θ1时，控制器241控制直流电机逆时针转动直至θ＝θ1，旋转门恢复到起始位置，若控制室内上位机通过CAN总线发送恢复到终点指令时，旋转门的控制器241在接收到指令后判断旋转门当前位置光栅编码器23角度θ<θ′1时，控制器241控制直流电机顺时针转动直至θ＝θ′1，旋转门恢复到终点位置；
S6：若金属网栅通道如图所示2所示，从金属网栅通道俯视图看出其内部包含2个旋转门，出口和入口位置如图4所示，将图4中旋转门按从左到右顺序依次命名为1号旋转门和2号旋转门，且设定图4中位置为旋转门的起始位置，设定图5中的位置为终点位置；
S7：当开展烟热训练时，需要如图6所示路径时，控制室内上位机发送1号旋转门恢复到终点位置CAN指令，同时控制室内上位机发送2号旋转门恢复到起始位置CAN指令，待1、2号旋转门接收到动作指令后，驱动电机21转动并带动摆臂23将旋转门旋转至指定位置，完成自动切换路径的任务；
S8：当开展烟热训练时，需要如图7所示路径时，控制室内上位机发送1号旋转门恢复到起始位置CAN指令，同时控制室内上位机发送2号旋转门恢复到终点位置CAN指令，待1、2号旋转门接收到动作指令后，驱动电机21转动，通过齿轮传动带动摆臂23将旋转门旋转至指定位置，并完自动切换路径的任务。
综上所述，本发明的一种烟热模拟训练路径自动切换装置及方法可以用于烟热模拟训练金属网栅训练通道路径的自动切换测。能够精准快速的完成指定路径的切换，采用ARM架构的控制芯片，性能更强，处理速度更快，同时也更加稳定；自动路径切换装置采用CAN总线提高设备的使用广泛性和兼容性；本方法实施过程简单，本装置结构简单，安装方便，使用寿命更长，稳定性更高，适合安装多种金属网栅通道的金属支架中，用于烟热训练路径的自动切换，满足消防救援人员对训练设施的需求。
以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰应视为本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种烟热模拟训练路径自动切换装置，其特征在于，包括旋转门本体(1)、转门器(2)及电插锁(3)；旋转门本体(1)包括金属网栅通道外框(11)、旋转门框(12)、金属网(13)，旋转门框(12)内部焊接有金属网(13)，旋转门框(12)位于金属网栅通道外框(11)内部，并与金属网栅通道外框(11)铰接；转门器(2)包括驱动电机(21)、摆臂(23)及防护外壳(25)，防护外壳(25)固定在金属网栅通道外框(11)上，驱动电机(21)安装于防护外壳(25)内，驱动电机(21)输出端与摆臂(23)的一侧外连，摆臂(23)的另一侧固定在旋转门框(12)上；电插锁(3)包括电磁锁舌(31)、磁力传感器(32)及锁片(33)，电磁锁舌(31)及磁力传感器(32)分别安装于旋转门框(12)底部，锁片(33)固定在金属网栅通道外框(11)的底部、并位于电磁锁舌(31)及磁力传感器(32)的下方，锁片(33)上对应电磁锁舌(31)及磁力传感器(32)的部位分别开孔，与磁力传感器(32)对应的孔中安装有永磁铁，与电磁锁舌(31)对应的孔用于在旋转门本体(1)处于关闭状态时供电磁锁舌(31)插入；
所述摆臂(23)分为两节，两节摆臂之间通过万向轴(231)相连，驱动电机(21)的输出端与其中一节摆臂连接，另一件摆臂与旋转门框(12)固接；
所述防护外壳(25)内还安装有光栅编码器(22)，驱动控制电路(24)光栅编码器与驱动电机(21)同轴安装；驱动控制电路(24)包括控制器(241)和与其分别连接的供电电路(242)、电机驱动芯片(243)、CAN通讯芯片(244)，电机驱动芯片(243)连接驱动电机(21)，CAN通讯芯片(244)还通过总线连接控制室内的上位机。
2.根据权利要求1所述的一种烟热模拟训练路径自动切换装置，其特征在于，所述供电电路(242)包括12V转5V降压芯片、5V转3.3V降压芯片，5V连接光栅编码器(22)，3.3V连接CAN通讯芯片(244)。
3.根据权利要求1所述的一种烟热模拟训练路径自动切换装置，其特征在于，所述电插锁(3)还包括外围供电电路(34)，外围供电电路(34)包括降压芯片(341)和采集运放电路(342)，降压芯片(341)将输入的12V电压降至5V提供给磁力传感器(32)；12V电压为电磁锁舌(31)供电，通电后锁舌(31)收回到锁腔内，断电后落锁。
4.根据权利要求1所述的一种烟热模拟训练路径自动切换装置，其特征在于，所述旋转门框(12)包括旋转门上边横梁(121)、转门中间横梁(122)、转门底边横梁(123)；旋转门上边横梁(121)设有方形钢片(1211)，摆臂(23)的另一侧固定在旋转门框(12)上的方形钢片(1211)上；转门中间横梁(122)一侧设有圆形线孔(1221)，用于电导线穿过；所述电磁锁舌(31)及磁力传感器(32)分别安装于转门底边横梁(123)底部。
5.根据权利要求1所述的一种烟热模拟训练路径自动切换装置，其特征在于，所述控制器(241)采用ARM单片机，所述磁力传感器(32)采用线性磁力霍尔传感器。
6.根据权利要求1所述的一种烟热模拟训练路径自动切换装置的烟热模拟训练路径自动切换方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将自动切换装置竖直安装于烟热模拟训练的网栅内，将CAN通讯芯片(244)输出线与控制室内的上位机进行连接；将自动切换装置的开放程度分别置于起始状态和终止状态，使锁舌(31)对准锁片(33)上的对应孔，使磁力传感器(32)与永磁铁位置对应；
S2、在上述两个状态时，上位机分别输出指令给转门器(2)的控制器(241)，控制器(241)检测起始状态和终止状态的落锁条件参数并保存；
S3、开展烟热训练时，上位机输出指令给烟热训练网栅通道内的多个自动切换装置的控制器(241)，控制器(241)判断是否符合起始状态和终止状态的落锁条件、控制电磁锁舌(31)吐出，从而控制各个自动切换装置改变各自的起始状态和终止状态，实现网栅通道内的路径自动切换。
7.根据权利要求6所述的一种烟热模拟训练路径自动切换装置的烟热模拟训练路径自动切换方法，其特征在于，所述自动切换装置的起始状态时落锁条件参数为：磁力传感器(32)检测的磁场强度当前位置的光栅编码器(22)的角度θ1；所述自动切换装置的终止状态时的落锁条件参数为：磁力传感器(32)检测的磁场强度φ′1，当前位置的光栅编码器(22)的角度θ′1。
8.根据权利要求6所述的一种烟热模拟训练路径自动切换装置的烟热模拟训练路径自动切换方法，其特征在于，所述控制各个自动切换装置改变各自的起始状态和终止状态，包括：
假设θ′1>θ1,当旋转门的当前光栅编码器(22)的角度θ∈(θ1,θ′1)时；
若控制室内上位机通过CAN总线发送恢复到起始位置指令时，旋转门的控制器241在接收到指令后判断旋转门本体(1)的当前位置光栅编码器(22)角度θ>θ1时，控制器241控制驱动电机(21)逆时针转动直至角度θ1，从而带动摆臂(23)将旋转门本体(1)恢复到起始位置；
若控制室内上位机通过CAN总线发送恢复到终点指令时，旋转门的控制器241在接收到指令后判断旋转门本体(1)的当前位置光栅编码器(22)角度θ<θ′1时，控制器241控制驱动电机(21)顺时针转动直至θ′1，从而带动摆臂(23)将旋转门本体(1)恢复到终点位置。
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