張　順，侯曉霞

(德州學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，山東 德州 253023)

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智能消防車*

張順，侯曉霞

(德州學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，山東 德州 253023)

傳統(tǒng)的消防車在面對復(fù)雜地形以及危險(xiǎn)情況時(shí)并不能進(jìn)入事故現(xiàn)場進(jìn)行有效的滅火救援，所以針對這一缺點(diǎn)，本設(shè)計(jì)能有效的解決這一問題。該作品是利用STM32單片機(jī)進(jìn)行控制具有實(shí)時(shí)監(jiān)控，遠(yuǎn)程操控，適應(yīng)復(fù)雜地形，安全可靠等特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)了智能救援，安全救援，為火災(zāi)現(xiàn)場提供了有效的救援。

傳感器；單片機(jī)；智能；安全

制作背景：2015年8月12日23:30左右，位于天津?yàn)I海新區(qū)塘沽開發(fā)區(qū)的天津東疆保稅港區(qū)瑞海國際物流有限公司所屬危險(xiǎn)品倉庫發(fā)生爆炸。第一次爆炸發(fā)生在2015年8月12日23時(shí)34分6秒，近震震級ML約2.3級，相當(dāng)于3噸TNT；第二次爆炸發(fā)生在30秒鐘后，近震震級ML約2.9級，相當(dāng)于21噸TNT。爆炸范圍十分廣，危害十分大，是一次慘痛的事故。在消防現(xiàn)場，天津消防總隊(duì)全勤指揮部遂行出動(dòng)，再次調(diào)集9個(gè)消防中隊(duì)35輛消防車趕赴增援。天津消防總隊(duì)已經(jīng)先后調(diào)派143輛消防車，1 000余名消防官兵到場救援。但是事故現(xiàn)場十分危險(xiǎn)，由于是化學(xué)爆炸，消防官兵不能進(jìn)入現(xiàn)場進(jìn)行救援，所以消防車就是尤為重要的消防工具，但是普通的消防車由于使用橡膠輪胎不易駛進(jìn)事故現(xiàn)場，所以就顯得十分困難。該消防車首先克服了橡膠輪胎不能進(jìn)入事故現(xiàn)場的缺點(diǎn)，采用履帶式底盤，能克服多種地形，而且不用擔(dān)心輪胎被燒壞的危險(xiǎn)。采用單片機(jī)進(jìn)行智能控制，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控實(shí)時(shí)操作以及自動(dòng)尋火并能有效的滅火，有效的保證人們和消防官兵的生命安全，以及社會(huì)的財(cái)產(chǎn)安全。

1　智能消防車的設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)控制的智能消防車采用履帶式底盤，傳感器系統(tǒng)，攝像頭識(shí)別系統(tǒng)，電機(jī)控制模塊[2]，水泵噴水設(shè)計(jì)，wifi影像傳輸模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的遙控，對火災(zāi)事故現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控以及實(shí)時(shí)滅火。

2基于單片機(jī)的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)

對于外界條件的改變，通過溫度、火焰探頭等傳感器的實(shí)時(shí)檢測，隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)字系統(tǒng)在電子產(chǎn)品中的比例越來越高，A/D、D/A轉(zhuǎn)換器作為數(shù)字電路與模擬電路之間的橋梁，其意義也越來越重要,將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，把信號(hào)傳遞給單片機(jī)，通過設(shè)定的程序，進(jìn)行智能自動(dòng)控制。

3　智能消防車具體工作方式

3.1履帶

采用履帶機(jī)械[1]的好處是可以適應(yīng)更復(fù)雜的地形，若采用鋼制的履帶，可以實(shí)現(xiàn)阻燃、抗爆、抗靜電、耐高溫、耐酸堿等滿足各種特殊要求。當(dāng)外界地形復(fù)雜，普通的采用橡膠輪胎的消防車無法進(jìn)入現(xiàn)場進(jìn)行救援，耽誤救援時(shí)機(jī)，所以履帶底盤就可以避免這些問題，就能有效的進(jìn)行滅火。

3.2火焰探頭傳感器模塊

可以檢測火焰或者波長在760 nm～1 100 nm范圍內(nèi)的光源，對火焰光譜特別靈敏，由各種燃燒生成物、中間物、高溫氣體、碳?xì)湮镔|(zhì)以及無機(jī)物質(zhì)為主體的高溫固體微粒構(gòu)成的?；鹧娴臒彷椛渚哂须x散光譜的氣體輻射和連續(xù)光譜的固體輻射。不同燃燒物的火焰輻射強(qiáng)度、波長分布有所差異，但總體來說，其對應(yīng)火焰溫度的近紅外波長域及紫外光域具有很大的輻射強(qiáng)度，根據(jù)這種特性可制成火焰?zhèn)鞲衅?可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋火的功能，在無法進(jìn)入消防員的事故現(xiàn)場時(shí)，可以采用該智能消防車上的火焰探頭進(jìn)行火焰的尋找，能更快地進(jìn)行滅火。

3.3WIFI攝像頭的遠(yuǎn)程傳輸

AP近程控制：AP無需WiFi，D9自己發(fā)出信號(hào)手機(jī)連上就可監(jiān)控了，AP監(jiān)控距離室內(nèi)5 m～10 m，室外10 m～30 m。

P2P遠(yuǎn)程監(jiān)控：P2P監(jiān)控不限距離，AP連通后，遠(yuǎn)程監(jiān)控只需兩步，遠(yuǎn)程監(jiān)控不限距離，有網(wǎng)通全球。

采用2.4G無線傳輸技術(shù)，無線信號(hào)強(qiáng)度更高，無線傳輸距離更遠(yuǎn)。架設(shè)靈活，不收地域限制。

此外，在無線wifi條件下利用自己制作的APP進(jìn)行遠(yuǎn)程控制攝像頭可實(shí)現(xiàn)上下左右360度旋轉(zhuǎn)，拍攝無死角，且具有紅外線夜間拍攝的功能。通過無線網(wǎng)連接，不管距離多遠(yuǎn)，可遠(yuǎn)程傳輸畫面，實(shí)時(shí)監(jiān)測，采集信息，信息采集量大，準(zhǔn)確率高。

3.4供水系統(tǒng)

采用大型消防水泵進(jìn)行供水，用直流供電，有自吸功能，在抽水前不用加引水。可以用開關(guān)直流穩(wěn)壓電源進(jìn)行變壓，也可以接車載電瓶，使用相當(dāng)方便。對水泵來說，直流電是安全電壓，相對于交流電水泵來說，使用上更安全。抽水泵有一個(gè)重要的功能：“自吸”，是指在每次抽水前，在不另外加引水的情況下，抽水泵就能自動(dòng)將水吸上來，特別是一些有腐蝕性、或者不方便手工加引水的情況下，自吸功能非常方便，可進(jìn)行強(qiáng)有力的滅火，對事故現(xiàn)場很有效的進(jìn)行救災(zāi)。

3.5噴口設(shè)計(jì)裝置

該水管噴頭設(shè)計(jì)與WIFI攝像頭模塊相連接，通過WIFI攝像頭采集到的畫面?zhèn)鬏數(shù)斤@示屏上，根據(jù)看到的畫面，然后啟動(dòng)水泵模塊，進(jìn)行噴水滅火，同時(shí)滅火情況又可以通過攝像頭傳輸?shù)斤@示屏，進(jìn)而進(jìn)行有效的滅火。支撐水管的是一個(gè)可升降的螺旋桿，可以進(jìn)行上升和下降，達(dá)到對遠(yuǎn)近不同，高低不同的火進(jìn)行撲滅的效果。

3.6控制系統(tǒng)

采用STM32F103RCT6款單片機(jī)[4]，對火焰探頭傳感器，電機(jī)控制模塊，WIFI攝像頭模塊，水泵繼電器等外圍器件進(jìn)行控制，為實(shí)現(xiàn)高效率的工作提供了保障。該款單片機(jī)是通過C語言進(jìn)行編程，通過J-LINK下載器將程序燒錄到單片機(jī)內(nèi)。

4　工作流程

1) 控制部分：通過單片機(jī)程序?qū)懭耄墒謾C(jī)或電腦終端操作，將指令信號(hào)傳給單片機(jī)上的接手模塊，然后接收器將信號(hào)再傳給單片機(jī)，單片機(jī)根據(jù)設(shè)定程序統(tǒng)一發(fā)指令給工作部分。

2) 工作部分：接收到單片機(jī)的指令后，通過WIFI控制器控制無線WIFI攝像頭拍攝實(shí)際路況實(shí)現(xiàn)安全行進(jìn)，遇到火焰，火焰探頭將采集到的AD值傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)，單片機(jī)根據(jù)采集數(shù)據(jù)與設(shè)定值進(jìn)行對比，再發(fā)送其他指令。

5　技術(shù)關(guān)鍵

1) WIFI攝像頭采集信息遠(yuǎn)程傳輸及單片機(jī)控制外部硬件工作；

2) 手機(jī)或計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)距離控制消防車運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)向，升降桿的升降，水泵噴水。

6　作品分析

1) 應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)原理、用途：采用履帶底盤，可適應(yīng)復(fù)雜的火災(zāi)現(xiàn)場地形，根據(jù)WIFI攝像頭遠(yuǎn)程采集畫面，同時(shí)還可以利用遠(yuǎn)程遙控履帶消防車的移動(dòng)，尋火，噴水等功能，實(shí)現(xiàn)各種地形的消防滅火，減少消防危險(xiǎn)。

2) 技術(shù)性能指標(biāo)：①用WIFI攝像頭觀測火災(zāi)現(xiàn)場情況，減少消防員進(jìn)入現(xiàn)場的危險(xiǎn)。②遠(yuǎn)程遙控消防車，實(shí)現(xiàn)尋火，滅火的功能。

3) 作品的創(chuàng)新點(diǎn)、先進(jìn)性、可行性、實(shí)用性：①履帶底盤解決了普通的消防車不能進(jìn)入消防現(xiàn)場進(jìn)行及時(shí)滅火的問題。②采用攝像頭遠(yuǎn)程監(jiān)控火災(zāi)現(xiàn)場情況，對災(zāi)情詳細(xì)的了解。③遠(yuǎn)程控制能減少消防員進(jìn)入火災(zāi)現(xiàn)場的危險(xiǎn)。

7　結(jié)論

該智能消防車是針對于現(xiàn)在消防車面對一些復(fù)雜的地形時(shí)，無法對事故現(xiàn)場進(jìn)行及時(shí)有效的救災(zāi)問題而提出來的能解決這些問題的作品，通過利用火焰探頭傳感器，WIFI攝像頭模塊，水泵，水泵升降螺旋桿，單片機(jī)等一些現(xiàn)代智能器件為基礎(chǔ)，加上履帶底盤能適應(yīng)復(fù)雜地形的特點(diǎn)，將其組裝在一起，構(gòu)成智能消防車。能對像天津火災(zāi)事故現(xiàn)場類似的普通消防車無法救援的事故進(jìn)行有效的救援，從而減少人民生命和財(cái)產(chǎn)安全，實(shí)現(xiàn)消防設(shè)備的智能化。

[1]王文斌.機(jī)械工程手冊[M].北京:北京工業(yè)出版社,2004.

[2]侯亮，唐任仲，徐燕申.產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)理論、技術(shù)與應(yīng)用研究進(jìn)展[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2004,40(1):56-60.

[3]全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽組委會(huì).第五屆全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽獲獎(jiǎng)作品選編[M].北京：北京理工大學(xué)出版社,2006:94-99.

[4]謝自美.電子電路設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)、測試[M].第2版.武漢：華中科技大學(xué)出版社,2006.

Intelligent Fire Fighting Vehicle

Zhang Shun, Hou Xiaoxia

(SchoolofMechanicalandElectricalEngineering,DezhouUniversity,DezhouShandong253023,China)

Facing to the complex terrain and dangerous situation, the traditional fire engine cannot enter the accident site for effective fire fighting and rescue, so for this shortcoming, the design in the article can effectively solve this problem. This design uses STM32 MCU which with the characteristics of real-time monitoring, remote controlling, adapting to complex terrain as well as safe and reliable. It realizes the work of intelligent rescue, safety relief, and providing an effective rescue for the fire scene.

sensor; MCU; intelligence; security

2016-03-31

國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201410448040)

張順(1996- )，男，山東聊城人，本科生，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)。

侯曉霞(1979- )，女，山東德州人，講師，工學(xué)碩士，研究方向?yàn)椴牧线x擇與利用。

1674- 4578(2016)04- 0011- 02

TP23

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