陳 思，彭一航

（佛山職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 佛山 528137）

倉庫由于存放物品雜多、環(huán)境復(fù)雜、缺乏人員值守，常發(fā)生各種危害程度的火災(zāi)，是消防系統(tǒng)研究領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)對象[1-2]。雖然，目前已經(jīng)出現(xiàn)很多智能火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，但是火災(zāi)的擴(kuò)展速度非?？?，分秒之間就會損害大量財物，甚至奪取人們的生命。如果能在第一時間發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，利用倉庫里的智能消防系統(tǒng)準(zhǔn)確識別煙霧和火焰，迅速將火苗撲滅，就更有利于減小災(zāi)情，保護(hù)人們的生命財產(chǎn)安全。

1 智能消防系統(tǒng)的研究意義

倉庫智能消防系統(tǒng)要完成全自動無人控制的消防滅火任務(wù)，其中很重要的一步是需要快速、準(zhǔn)確檢測到火源及其位置[3-4]，考慮到傳統(tǒng)的火災(zāi)檢測傳感器具有檢測范圍小、檢測距離短及抗干擾能力差等缺點(diǎn)，本文應(yīng)用檢測范圍大，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離檢測的機(jī)器視覺檢測技術(shù)來檢測火災(zāi)，同時設(shè)計(jì)了移動滅火裝置來完成全自動滅火的任務(wù)。目前，國內(nèi)外大量研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者專注于研究基于現(xiàn)代傳感器技術(shù)、機(jī)器視覺檢測技術(shù)及人工智能等技術(shù)的智能消防系統(tǒng)，未來智能消防系統(tǒng)產(chǎn)品將會越來越成熟，為人們生命和財產(chǎn)保駕護(hù)航。目前，基于機(jī)器視覺的智能消防系統(tǒng)還不夠成熟，還沒有得到廣泛應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展和機(jī)器視覺檢測技術(shù)的不斷成熟，基于機(jī)器視覺的智能消防系統(tǒng)具有較高的研究價值。本文對基于機(jī)器視覺的倉庫智能消防滅火系統(tǒng)進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)。

2 智能消防系統(tǒng)的整體系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

整體系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示，選用計(jì)算機(jī)作為主控中心，根據(jù)倉庫的面積大小，選擇合適的工業(yè)相機(jī)數(shù)量，并給每個相機(jī)編號，多個工業(yè)相機(jī)通過交換器和計(jì)算機(jī)相連接，計(jì)算機(jī)采用掃描查詢的方式來讀取工業(yè)相機(jī)的輸入信號，并對輸入信號進(jìn)行分析處理，若所有相機(jī)都沒有檢測到煙霧和火焰，則繼讀取輸入信號；若判斷到有相機(jī)識別到煙霧和火焰，把識別到煙霧和火焰的相機(jī)編號通過以太網(wǎng)發(fā)送給報警系統(tǒng)和移動滅火裝置，觸發(fā)聲光報警系統(tǒng)并通過手機(jī)短信通知聯(lián)系人，命令移動滅火裝置執(zhí)行滅火行動，計(jì)算機(jī)的工作流程如圖2所示。本文所設(shè)計(jì)的倉庫智能消防滅火系統(tǒng)，需要根據(jù)倉庫的具體情況來布置空間，圖3為空間分布示例，在倉庫角落設(shè)置了移動滅火裝置等候區(qū)供滅火裝置充電和待機(jī)使用，在貨架周圍布置了磁軌道供移動滅火裝置用于尋跡運(yùn)動，在倉庫墻壁上選擇適合實(shí)際環(huán)境的高度安裝6個工業(yè)相機(jī)，相機(jī)安裝在兩個貨架中間，有助于移動滅火裝置定位火苗的位置。

圖1 整體系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)圖

圖2 計(jì)算機(jī)工作流程圖

圖3 空間分布示例圖

3 移動滅火裝置模塊

火災(zāi)擴(kuò)展速度快、破壞力極強(qiáng)，倉庫布置了識別火焰和煙霧的機(jī)器視覺系統(tǒng)，當(dāng)機(jī)器視覺系統(tǒng)識別到火焰和煙霧時能及時發(fā)出報警信號，通知倉管人員。但是倉庫一旦發(fā)生了火災(zāi)，人們的救援活動難免會滯后，難以及時滅火，而且火災(zāi)救援工作的危險性較大[5-7]。如果倉庫里的智能滅火機(jī)器人能配合倉庫里機(jī)器視覺系統(tǒng)來第一時間展開滅火工作，在火災(zāi)發(fā)生初期快速將火苗撲滅，加快求援的響應(yīng)速度，就能減小災(zāi)情。本文對基于機(jī)器視覺的移動滅火裝置模塊進(jìn)行研究，移動滅火裝置在接收到求救信號時，迅速尋跡到目的地附近，打開二氧化碳滅火器的電磁閥進(jìn)行滅火。

3.1 移動滅火裝置的設(shè)計(jì)

移動滅火裝置由動力源單元、控制電路系統(tǒng)、執(zhí)行單元及機(jī)械本體組成。機(jī)械本體選用耐高溫材料進(jìn)行設(shè)計(jì)，起到支撐和保護(hù)內(nèi)部的控制電路、執(zhí)行單元和動力源單元的作用。移動滅火裝置需要運(yùn)輸10kg的二氧化碳滅火器，所以動力源選用規(guī)格為24V20AH的大功率鋰電池。執(zhí)行單元模塊選用直流電機(jī)來驅(qū)動整個機(jī)械本體，選用電磁閥來控制二氧化碳滅火器。

3.2 移動滅火裝置控制電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

移動滅火裝置的控制電路系統(tǒng)由主控單元、無線充電模塊、無線通信模塊、尋跡運(yùn)動模塊、射頻讀卡模塊、機(jī)器視覺檢測模塊及滅火裝置驅(qū)動模塊組成，選用西門子S7-1200PLC作為主控電路的控制元件，主控單元與倉庫里機(jī)器視覺檢測系統(tǒng)的電腦主機(jī)通過無線通信模塊進(jìn)行通信，當(dāng)接收到電腦主機(jī)的火災(zāi)救援信號，移動滅火裝置通過霍爾傳感器尋跡到火災(zāi)附近，再通過移動滅火裝置上的工業(yè)相機(jī)確定火災(zāi)的確定地點(diǎn)，然后控制電磁閥打開移動滅火裝置上的滅火器將火苗撲滅。本文設(shè)計(jì)的移動滅火裝置，帶有無線感應(yīng)充電模塊，移動裝置上的電感與等候區(qū)的電感通過互感實(shí)現(xiàn)無線充電，在檢測到自身的電壓過低時，自主啟動充電任務(wù)，在等候區(qū)補(bǔ)充電能。見圖4。

圖4 移動滅火裝置電路系統(tǒng)組成框架圖

3.3 移動滅火裝置運(yùn)動軌跡規(guī)劃

當(dāng)智能消防系統(tǒng)檢測到火災(zāi)信號后，移動滅火裝置必須快速準(zhǔn)確到達(dá)火災(zāi)發(fā)生的地點(diǎn)，所以自動尋跡到達(dá)目的地也是很重要的一個環(huán)節(jié)，本設(shè)計(jì)在倉庫內(nèi)布置了磁軌道供移動滅火裝置尋跡，并在存在分支的節(jié)點(diǎn)和轉(zhuǎn)彎處布置了射頻卡供移動滅火裝置定位。圖5為軌道布置示例，A-A'，B-B'，C-C'，D-D'，D-D'，E-E'及F-F'通道的上方各安裝了一個工業(yè)相機(jī)，當(dāng)相應(yīng)的相機(jī)檢測到火災(zāi)，與工業(yè)相機(jī)相連的電腦主機(jī)將檢測到火災(zāi)的相機(jī)對應(yīng)的編號發(fā)送給移動滅火裝置。在接收到火災(zāi)信號和檢測到火災(zāi)的相機(jī)編號時，移動滅火裝置從等候區(qū)出發(fā)通過霍爾傳感器尋跡到達(dá)相應(yīng)的通道，再利用移動裝置上的相機(jī)檢測火災(zāi)的準(zhǔn)確地點(diǎn)，實(shí)施滅火行動。在完成任務(wù)后，移動滅火裝置返回等候區(qū)充電。

圖5 軌道布置示例

4 結(jié)束語

火災(zāi)是人類的公敵，目前市場上已經(jīng)出現(xiàn)很多智能火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)，但是火災(zāi)擴(kuò)展速度快、破壞力極強(qiáng)，響應(yīng)速度快的主動滅火裝置更有利于減小災(zāi)情。傳統(tǒng)的火災(zāi)檢測傳感器，具有檢測距范圍小、抗干擾能力差的缺點(diǎn)。機(jī)器視覺的檢測范圍廣，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離檢測，在智能消防領(lǐng)域有著重要的研究價值。目前主動實(shí)施滅火行動的產(chǎn)品還不夠成熟，關(guān)鍵技術(shù)還有待開發(fā)研究，智能消防系統(tǒng)研究應(yīng)當(dāng)?shù)玫礁嗟年P(guān)注和投入，希望有更多的機(jī)構(gòu)和學(xué)者投入到該領(lǐng)域的研究中。