湯先軍 查兵

摘要：針對兼容性、系統(tǒng)可靠性、易操作性、操作人員安全性等消防水炮控制系統(tǒng)中的部分關鍵指標，提出了合理、簡便、可靠的解決方案，并以此為基礎建立了一種多模式融合的水炮控制系統(tǒng)模型。

關鍵詞：消防水炮；多模式；Arduino；Zigbee；圖形化

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）31-0184-02

Construction of Key Indicators to Fire Water Monitor Control System Model

TANG Xian-jun， ZHA Bing

（School of Electronic Engineering， Jiujiang University， Jiujiang 332005， China）

Abstract： For some key indexes of fire water monitor control system such as compatibility， system reliability， easy operation， operation personnel safety， a reasonable， simple and reliable solution for this system is put forward， and thus as the foundation established a multi model fusion water cannon control system model.

Key words： fire water monitor； multi-mode； Arduino； Zigbee； graphical

1 概述

隨著我國經(jīng)濟的平穩(wěn)高速發(fā)展和現(xiàn)代化、城市化進程的加劇，直接導致城區(qū)區(qū)域面積不斷擴大，建筑物高度、密度的不斷增加，給新時期消防工作帶來了新的挑戰(zhàn)[1]。

各項消防設施中，使用最為廣泛且使用頻率最高的，當屬消防水炮。從早期的手動控制式、水力自擺式發(fā)展到現(xiàn)在的按鍵電控式消防水炮，雖然自動化程度不斷提高，也在一定程度上減輕了操作人員的工作強度，但是都存在一個較大的缺陷，即由于上述控制系統(tǒng)一般都與水炮炮體連接緊密，因此操作人員在實際實施滅火救援時，不可避免的必須近距離操作設備。而一旦火場環(huán)境惡劣或實施救援過程中突發(fā)險情，不僅救援效果很難保證，而且會直接危及操作人員的人身安全，例如2015年8月12日在天津市濱海新區(qū)發(fā)生的危險品倉庫爆炸事故中就發(fā)生了類似的悲劇。此外，傳統(tǒng)消防水炮的手動控制系統(tǒng)、水力自擺系統(tǒng)或按鍵電控系統(tǒng)在工作模式選擇、可調精度范圍等方面已經(jīng)不能滿足復雜多變的救援環(huán)境，在火場情況日趨多樣化和復雜化的今天，操作人員很難實現(xiàn)精確控制以實現(xiàn)最快救援。

基于以上現(xiàn)狀，本文提出一種多模式融合的水炮控制系統(tǒng)模型，在充分考慮消防水炮工作效率的前提下，針對控制系統(tǒng)部分關鍵指標提出有效解決方案。

2 基于Arduino平臺多模式融合

控制系統(tǒng)軟硬件基于Arduino開源軟硬件項目開發(fā)平臺，采用Arduino平臺開發(fā)的最大優(yōu)勢在于：主控設備與各外圍部件間均采用模塊化設計，可根據(jù)實際功能需求靈活增減模塊，便于系統(tǒng)調整與升級。除主控設備外，可對現(xiàn)有手動控制式、水力自擺式或按鍵電控式等模式的消防水炮進行模塊化升級，盡量避免因設備升級造成的原有資源浪費。

優(yōu)化后的水炮控制系統(tǒng)在保留上述幾種傳統(tǒng)控制模式基礎上，針對原有控制系統(tǒng)進行升級整合，增設遠距離無線遙控模式，配合上、下位機結構以實現(xiàn)多模式融合，適應實際救援環(huán)境的多樣化和復雜化要求，提高系統(tǒng)的易操作性、可靠性和易維護性[2]。

系統(tǒng)使用性價比較高的AVR ATmega2560微控制器為核心器件，上位機部分為基于zigbee的手持終端，下位機部分與炮體電控、機械驅動部分連接。在保證處理速度的同時，可實現(xiàn)極簡方式與外圍傳感器、步進電機等模塊接駁[3]。系統(tǒng)下位機結構圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)下位機結構圖

3 采用多冗余Zigbee自組網(wǎng)絡通信

增設的遠距離無線遙控模式，充分考慮到火災救援現(xiàn)場的惡劣環(huán)境，為避免出現(xiàn)通信中斷等情況，采用多冗余Zigbee自組網(wǎng)絡實現(xiàn)對消防水炮的遠距離控制。較之其他常見無線通信模式，如移頻鍵控（FSK）、振幅鍵控（ASK）等模式，采用Zigbee模式具有低功耗、高信道容量、短時延、高安全性、傳輸靈活等優(yōu)點，特別是在工業(yè)現(xiàn)場控制等低信噪比環(huán)境下，具有較低的位誤碼率，提高了實時通信的可靠性[4]。

采用多個上位機節(jié)點思路來構建通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)多冗余通道，避免出現(xiàn)單個節(jié)點故障導致控制中斷等故障，實際上位機節(jié)點數(shù)量可依據(jù)現(xiàn)場情況適時調整。多冗余Zigbee自組網(wǎng)絡示意圖如圖2所示。

圖2 多冗余Zigbee自組網(wǎng)絡示意圖

4 基于圖形化操作界面的坐標定位系統(tǒng)

消防水炮要在實際救援中發(fā)揮應有的功效，很大程度上取決于水炮控制系統(tǒng)的易操作性。在實際使用中，如何快速準確將水炮炮口調整至指定位置或區(qū)域范圍則顯得尤為重要。傳統(tǒng)消防水炮早期人工調節(jié)，調節(jié)速度、精度均較粗放，費時費力，且實際救援效能浪費嚴重；采用按鍵電控系統(tǒng)后，調節(jié)精度和速度有所提高，但在一些需要設定水炮自擺范圍的救援場合，設置過于繁瑣，容易造成誤操作[5]。針對這些問題，本系統(tǒng)以圖形式操作界面為主，輔助按鍵操作面板。正常情況下，采用圖形化界面操作，當圖形化操作界面出現(xiàn)故障時，可采用按鍵操作面板進行應急補充。

圖形化操作界面配合坐標定位系統(tǒng)可方便實現(xiàn)消防水炮水流運動軌跡的立體調整，完成水炮的空間定位，例如通過兩點或多點坐標定位可設置水炮實現(xiàn)二維或三維空間內的智能自擺，提高滅火效能。同時，圖形化操作界面能直觀顯示系統(tǒng)電源狀態(tài)、電池電量、各模塊工作狀態(tài)等相關信息。

5 結束語

較之傳統(tǒng)消防水炮控制系統(tǒng)，多模式融合的水炮控制系統(tǒng)模型針在兼容原有設備，提高控制系統(tǒng)可靠性，簡化操作提升效能及充分保障操作人員安全等控制系統(tǒng)部分關鍵指標上提出了合理、簡便、可靠的解決方案，具有一定實際應用價值和借鑒意義。

參考文獻：

[1] 李華嵩， 李小兵， 董全義. 基于CANOPEN的智能消防水炮系統(tǒng)設計[J].微計算機信息，2007，23（14）：32-34.

[2] 徐健， 楊亞琴， 查兵. 基于嵌入式控制器的智能多模消防水炮控制系統(tǒng)設計[J].制造業(yè)自動化，2011，33（21）：128-130.

[3] 卞永明， 申睿章. 消防水炮電機驅動系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].電子制作，2013（4）：37.

[4] 成小良， 鄧志東. 基于ZigBee規(guī)范構建大規(guī)模無線傳感器網(wǎng)絡[J].通信學報，2008，29（11）：158-164.

[5] 喻興隆， 鄧成中. 自動消防炮驅動系統(tǒng)的設計[J].消防科學與技術，2010，29（6）：510-512.