消防水炮控制系统中关键指标的模型构建

汤先军 查兵

摘要：针对兼容性、系统可靠性、易操作性、操作人员安全性等消防水炮控制系统中的部分关键指标，提出了合理、简便、可靠的解决方案，并以此为基础建立了一种多模式融合的水炮控制系统模型。

关键词：消防水炮；多模式；Arduino；Zigbee；图形化

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：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

随着我国经济的平稳高速发展和现代化、城市化进程的加剧，直接导致城区区域面积不断扩大，建筑物高度、密度的不断增加，给新时期消防工作带来了新的挑战[1]。

各项消防设施中，使用最为广泛且使用频率最高的，当属消防水炮。从早期的手动控制式、水力自摆式发展到现在的按键电控式消防水炮，虽然自动化程度不断提高，也在一定程度上减轻了操作人员的工作强度，但是都存在一个较大的缺陷，即由于上述控制系统一般都与水炮炮体连接紧密，因此操作人员在实际实施灭火救援时，不可避免的必须近距离操作设备。而一旦火场环境恶劣或实施救援过程中突发险情，不仅救援效果很难保证，而且会直接危及操作人员的人身安全，例如2015年8月12日在天津市滨海新区发生的危险品仓库爆炸事故中就发生了类似的悲剧。此外，传统消防水炮的手动控制系统、水力自摆系统或按键电控系统在工作模式选择、可调精度范围等方面已经不能满足复杂多变的救援环境，在火场情况日趋多样化和复杂化的今天，操作人员很难实现精确控制以实现最快救援。

基于以上现状，本文提出一种多模式融合的水炮控制系统模型，在充分考虑消防水炮工作效率的前提下，针对控制系统部分关键指标提出有效解决方案。

2 基于Arduino平台多模式融合

控制系统软硬件基于Arduino开源软硬件项目开发平台，采用Arduino平台开发的最大优势在于：主控设备与各外围部件间均采用模块化设计，可根据实际功能需求灵活增减模块，便于系统调整与升级。除主控设备外，可对现有手动控制式、水力自摆式或按键电控式等模式的消防水炮进行模块化升级，尽量避免因设备升级造成的原有资源浪费。

优化后的水炮控制系统在保留上述几种传统控制模式基础上，针对原有控制系统进行升级整合，增设远距离无线遥控模式，配合上、下位机结构以实现多模式融合，适应实际救援环境的多样化和复杂化要求，提高系统的易操作性、可靠性和易维护性[2]。

系统使用性价比较高的AVR ATmega2560微控制器为核心器件，上位机部分为基于zigbee的手持终端，下位机部分与炮体电控、机械驱动部分连接。在保证处理速度的同时，可实现极简方式与外围传感器、步进电机等模块接驳[3]。系统下位机结构图如图1所示。

图1 系统下位机结构图

3 采用多冗余Zigbee自组网络通信

增设的远距离无线遥控模式，充分考虑到火灾救援现场的恶劣环境，为避免出现通信中断等情况，采用多冗余Zigbee自组网络实现对消防水炮的远距离控制。较之其他常见无线通信模式，如移频键控（FSK）、振幅键控（ASK）等模式，采用Zigbee模式具有低功耗、高信道容量、短时延、高安全性、传输灵活等优点，特别是在工业现场控制等低信噪比环境下，具有较低的位误码率，提高了实时通信的可靠性[4]。

采用多个上位机节点思路来构建通信网络，实现多冗余通道，避免出现单个节点故障导致控制中断等故障，实际上位机节点数量可依据现场情况适时调整。多冗余Zigbee自组网络示意图如图2所示。

图2 多冗余Zigbee自组网络示意图

4 基于图形化操作界面的坐标定位系统

消防水炮要在实际救援中发挥应有的功效，很大程度上取决于水炮控制系统的易操作性。在实际使用中，如何快速准确将水炮炮口调整至指定位置或区域范围则显得尤为重要。传统消防水炮早期人工调节，调节速度、精度均较粗放，费时费力，且实际救援效能浪费严重；采用按键电控系统后，调节精度和速度有所提高，但在一些需要设定水炮自摆范围的救援场合，设置过于繁琐，容易造成误操作[5]。针对这些问题，本系统以图形式操作界面为主，辅助按键操作面板。正常情况下，采用图形化界面操作，当图形化操作界面出现故障时，可采用按键操作面板进行应急补充。

图形化操作界面配合坐标定位系统可方便实现消防水炮水流运动轨迹的立体调整，完成水炮的空间定位，例如通过两点或多点坐标定位可设置水炮实现二维或三维空间内的智能自摆，提高灭火效能。同时，图形化操作界面能直观显示系统电源状态、电池电量、各模块工作状态等相关信息。

5 结束语

较之传统消防水炮控制系统，多模式融合的水炮控制系统模型针在兼容原有设备，提高控制系统可靠性，简化操作提升效能及充分保障操作人员安全等控制系统部分关键指标上提出了合理、简便、可靠的解决方案，具有一定实际应用价值和借鉴意义。

参考文献：

[1] 李华嵩， 李小兵， 董全义. 基于CANOPEN的智能消防水炮系统设计[J].微计算机信息，2007，23（14）：32-34.

[2] 徐健， 杨亚琴， 查兵. 基于嵌入式控制器的智能多模消防水炮控制系统设计[J].制造业自动化，2011，33（21）：128-130.

[3] 卞永明， 申睿章. 消防水炮电机驱动系统的设计与实现[J].电子制作，2013（4）：37.

[4] 成小良， 邓志东. 基于ZigBee规范构建大规模无线传感器网络[J].通信学报，2008，29（11）：158-164.

[5] 喻兴隆， 邓成中. 自动消防炮驱动系统的设计[J].消防科学与技术，2010，29（6）：510-512.