遥控消防水炮控制系统的设计与实现

李少华　水盼盼　孙志诚

摘 要：本文研究了基于ARM Cortex-M3 内核的微控制器LPC1768的无线遥控消防水炮的设计与实现，能够实现消防水炮水平回转、上下俯仰、直流喷雾，自摆等一系列操作。系统结构设计简单、性能可靠，大为降低了火灾现场对消防人员的安全威胁，具有很高的实用价值。

关键词：消防水炮；LPC1768；驱动电机

0 引言

随着现代消防技术的不断发展，传统的人工操作消防方式由于其覆盖范围小、快速响应能力和控制精度较差已经越来越难以满足日趋庞大的工业化体系和城市规模化的需求。传统的水炮需要人工进行操作，这种操作模式一方面消耗了消防人员的体力，另一方面消防人员与火场的距离由水炮的射程决定，如果火场的火势迅猛有爆炸危险或消防水炮的射程有限，则消防人员的人身安全将遭受巨大的威胁[1]。随着嵌入式系统的发展，通过嵌入式平台将计算机技术、电子控制技术、机械传动技术和无线传输技术等应用到消防领域，用以取代现有传统的人工操作消防方式被首先提出并逐渐推广，因此高效、安全的现代消防要求出现一种既能够满足消防需求，变换喷射样式，又能够远距离遥控、带有一定驱动机构的新型水炮[2]。

1 控制系统的设计方案

图1为整个控制系统的结构图，通过遥控器或手动按键的开关量信号，进入到主控芯片LPC1768，然后输出PWM波，进入驱动电路驱动电机转动，同时在电机运转过程中读取电池电量，并显示电量指示灯和对应动作按键指示灯。

2 硬件设计

2.1 电源部分设计

本系统设计输入电源为直流24V，通过可调直流电源芯片ADJ-LM2576转成12V，再用12V转成5V，5V通过芯片LM1117-3.3V生成3.3V，其中12V为433M无线接收模块供电，3.3V为主控芯片供电。

2.2 驱动电路设计

此驅动模块核心主要是使用驱动芯片LMD18200。它非常适用于驱动直流电动机和步进电动机，峰值输出电流高达6A，并且具有过电流检测、方向转换控制、高温检测等功能。

芯片的6脚为芯片的供电电源，一般为12V-24V，5脚为PWM输入，3脚为电机方向控制，2脚和10脚分别接电机的两端，8脚为电流检测引脚。

2.3 电量检测电路

电量检测电路主要是通过v2252放大器芯片，加上一些滤波、稳压电路，将处理好的模拟量电压接入主控芯片里，然后进行AD转换，得出电量值，同时用指示灯显示电量。电量指示采用3种颜色指示，分别是3绿、1黄、1红。

3 软件设计

该系统软件设计流程图如图2所示：首先单片机上电，初始化各个引脚及外部时钟，当检测到某一路按键按下产生电平变化时，单片机LPC1768在对应的引脚上输出占空比100%的PWM波，驱动电机转动，同时在转动过程中检测电流，当电流大于预定值时就截止PWM输出，以防电机堵转，烧坏电机。

4 结论

经过多次试验，反复调试，最后能够满足消防行业所需要求，并且可以大批量投入使用。与传统手动相比，本文所设计的遥控消防水炮可进行远程距离无线遥控轻巧灵便地完成水炮的水平回转、上下俯仰、直流喷雾等一系列操作，较好的满足了不同情况下消防救援的需要[3]。确保该消防水炮具有高效、安全可靠、自动化水平高和减少操作人员操作强度等性能，能够在有效消灭火灾的同时保护消防救援人员的人身安全[4]。

参考文献

[1]徐建，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，2011，11（上）：128-129.

[2]李鑫.遥控消防水炮系统设计[D].大连海事大学，2009.

[3]闻名.无线遥控消防炮控制系统设计与实现[D].中国科学院大学，2014.

[4]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，（6）：510-512.

（作者单位：合肥工业大学仪器科学与光电工程学院）