遙控消防水炮控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李少華　水盼盼　孫志誠(chéng)

摘 要：本文研究了基于ARM Cortex-M3 內(nèi)核的微控制器LPC1768的無(wú)線遙控消防水炮的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)消防水炮水平回轉(zhuǎn)、上下俯仰、直流噴霧，自擺等一系列操作。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、性能可靠，大為降低了火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)消防人員的安全威脅，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：消防水炮；LPC1768；驅(qū)動(dòng)電機(jī)

0 引言

隨著現(xiàn)代消防技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的人工操作消防方式由于其覆蓋范圍小、快速響應(yīng)能力和控制精度較差已經(jīng)越來(lái)越難以滿(mǎn)足日趨龐大的工業(yè)化體系和城市規(guī)模化的需求。傳統(tǒng)的水炮需要人工進(jìn)行操作，這種操作模式一方面消耗了消防人員的體力，另一方面消防人員與火場(chǎng)的距離由水炮的射程決定，如果火場(chǎng)的火勢(shì)迅猛有爆炸危險(xiǎn)或消防水炮的射程有限，則消防人員的人身安全將遭受巨大的威脅[1]。隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，通過(guò)嵌入式平臺(tái)將計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子控制技術(shù)、機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)和無(wú)線傳輸技術(shù)等應(yīng)用到消防領(lǐng)域，用以取代現(xiàn)有傳統(tǒng)的人工操作消防方式被首先提出并逐漸推廣，因此高效、安全的現(xiàn)代消防要求出現(xiàn)一種既能夠滿(mǎn)足消防需求，變換噴射樣式，又能夠遠(yuǎn)距離遙控、帶有一定驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的新型水炮[2]。

1 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

圖1為整個(gè)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，通過(guò)遙控器或手動(dòng)按鍵的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，進(jìn)入到主控芯片LPC1768，然后輸出PWM波，進(jìn)入驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中讀取電池電量，并顯示電量指示燈和對(duì)應(yīng)動(dòng)作按鍵指示燈。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 電源部分設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)輸入電源為直流24V，通過(guò)可調(diào)直流電源芯片ADJ-LM2576轉(zhuǎn)成12V，再用12V轉(zhuǎn)成5V，5V通過(guò)芯片LM1117-3.3V生成3.3V，其中12V為433M無(wú)線接收模塊供電，3.3V為主控芯片供電。

2.2 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

此驅(qū)動(dòng)模塊核心主要是使用驅(qū)動(dòng)芯片LMD18200。它非常適用于驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，峰值輸出電流高達(dá)6A，并且具有過(guò)電流檢測(cè)、方向轉(zhuǎn)換控制、高溫檢測(cè)等功能。

芯片的6腳為芯片的供電電源，一般為12V-24V，5腳為PWM輸入，3腳為電機(jī)方向控制，2腳和10腳分別接電機(jī)的兩端，8腳為電流檢測(cè)引腳。

2.3 電量檢測(cè)電路

電量檢測(cè)電路主要是通過(guò)v2252放大器芯片，加上一些濾波、穩(wěn)壓電路，將處理好的模擬量電壓接入主控芯片里，然后進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換，得出電量值，同時(shí)用指示燈顯示電量。電量指示采用3種顏色指示，分別是3綠、1黃、1紅。

3 軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖2所示：首先單片機(jī)上電，初始化各個(gè)引腳及外部時(shí)鐘，當(dāng)檢測(cè)到某一路按鍵按下產(chǎn)生電平變化時(shí)，單片機(jī)LPC1768在對(duì)應(yīng)的引腳上輸出占空比100%的PWM波，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中檢測(cè)電流，當(dāng)電流大于預(yù)定值時(shí)就截止PWM輸出，以防電機(jī)堵轉(zhuǎn)，燒壞電機(jī)。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，反復(fù)調(diào)試，最后能夠滿(mǎn)足消防行業(yè)所需要求，并且可以大批量投入使用。與傳統(tǒng)手動(dòng)相比，本文所設(shè)計(jì)的遙控消防水炮可進(jìn)行遠(yuǎn)程距離無(wú)線遙控輕巧靈便地完成水炮的水平回轉(zhuǎn)、上下俯仰、直流噴霧等一系列操作，較好的滿(mǎn)足了不同情況下消防救援的需要[3]。確保該消防水炮具有高效、安全可靠、自動(dòng)化水平高和減少操作人員操作強(qiáng)度等性能，能夠在有效消滅火災(zāi)的同時(shí)保護(hù)消防救援人員的人身安全[4]。

參考文獻(xiàn)

[1]徐建，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(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2011，11（上）：128-129.

[2]李鑫.遙控消防水炮系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].大連海事大學(xué)，2009.

[3]聞名.無(wú)線遙控消防炮控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，2014.

[4]喻興隆，鄧成中.自動(dòng)消防炮驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2010，（6）：510-512.

（作者單位：合肥工業(yè)大學(xué)儀器科學(xué)與光電工程學(xué)院）