張 武 坤

(石家莊職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程系，河北 石家莊 050081)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大體量建筑、高大空間建筑和帶有高大空間場(chǎng)所建筑的涌現(xiàn)，給建筑消防帶來了一定的難題，特別是近幾年重特大事故的頻發(fā)引起了國(guó)家有關(guān)部門的極大關(guān)注.為了保護(hù)生命財(cái)產(chǎn)的安全，自主探測(cè)并定位大空間內(nèi)早期火災(zāi)逐漸成為消防科技工作者關(guān)注的課題之一，自動(dòng)跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)是目前研究的熱點(diǎn).本文主要針對(duì)自動(dòng)跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)的軟、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析.

1 自動(dòng)跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)簡(jiǎn)介

自動(dòng)跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)是利用三波段紅外和視頻圖像復(fù)合型火焰探測(cè)器,對(duì)被監(jiān)測(cè)區(qū)域火焰的紅外特征、現(xiàn)場(chǎng)采集的視頻圖像的形態(tài)變化進(jìn)行綜合分析處理，運(yùn)用自動(dòng)控制方式來實(shí)現(xiàn)滅火的各種室內(nèi)外固定射流滅火系統(tǒng).自動(dòng)跟蹤定位射流滅火裝備與電磁(動(dòng))閥、信號(hào)閥、水流指示器等組件以及管道、供水設(shè)施、控制設(shè)備組成自動(dòng)滅火系統(tǒng).通過此火焰探測(cè)器，自動(dòng)跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)對(duì)保護(hù)場(chǎng)所的火災(zāi)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，報(bào)警單元先對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和邏輯判斷，判斷是否發(fā)生火災(zāi)，如未發(fā)生火災(zāi)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入信號(hào)采集狀態(tài)；如發(fā)生火災(zāi)，則報(bào)警單元向消防控制中心報(bào)警，并向消防控制柜和其他聯(lián)動(dòng)裝置發(fā)出指令,啟動(dòng)消防水泵,完成水柱、噴霧、電機(jī)水平回轉(zhuǎn)、俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)等動(dòng)作，精確滅火直至不再?gòu)?fù)燃.自動(dòng)跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 自動(dòng)跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 視頻圖像復(fù)合型火焰探測(cè)器工作原理

自動(dòng)跟蹤定位射流滅火系統(tǒng)的關(guān)鍵構(gòu)件為視頻圖像復(fù)合型火焰探測(cè)器，其采用三個(gè)波長(zhǎng)不同的光學(xué)紅外傳感器來識(shí)別火焰.其中,一個(gè)作為檢測(cè)火焰特有紅外波長(zhǎng)的紅外傳感器，另外兩個(gè)探測(cè)背景紅外輻射，這樣以有效提高紅外火焰探測(cè)器的靈敏度，降低誤報(bào)率.由于傳感器輸出信號(hào)弱，輸出阻抗大，所以每個(gè)傳感器通過專用通道進(jìn)行濾波放大，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳遞到報(bào)警單元.圖像采集系統(tǒng)不斷采集現(xiàn)場(chǎng)圖像，將其作為基準(zhǔn)圖像數(shù)據(jù)庫(kù)，并不斷刷新，以確?；馂?zāi)發(fā)生前后背景圖像的一致性.報(bào)警單元接到紅外探測(cè)器的報(bào)警信號(hào)后，將報(bào)警信號(hào)和攝像機(jī)現(xiàn)場(chǎng)采集的圖像信息直接傳送到消防控制室，方便監(jiān)控人員通過視頻監(jiān)控查看報(bào)警點(diǎn)位影像信息，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)火情有更直觀、準(zhǔn)確的判斷和了解；同時(shí)啟動(dòng)圖像處理軟件，通過比較火災(zāi)發(fā)生前后環(huán)境像素點(diǎn)灰度值的變化確定火災(zāi)發(fā)生區(qū)域，計(jì)算確定火災(zāi)區(qū)域在三維空間的坐標(biāo)，為定位射流系統(tǒng)提供參數(shù)[1].圖像處理流程如圖2所示.

圖2 圖像處理流程

3 滅火系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

滅火系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)框圖見圖3.

圖3 滅火系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)框圖

火災(zāi)發(fā)生后，報(bào)警單元內(nèi)部的主控制器根據(jù)火源位置計(jì)算出水平和垂直方向步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)輸出到驅(qū)動(dòng)電路，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)角、速度和正反向，使其帶動(dòng)噴頭水平方向可旋轉(zhuǎn)0°～360°，垂直方向俯仰旋轉(zhuǎn)-90°～0°.為了保護(hù)電機(jī)設(shè)置限位開關(guān)保護(hù)電路，每臺(tái)滅火裝置都設(shè)置上、下、左、右四個(gè)限位開關(guān).當(dāng)旋轉(zhuǎn)到極限位置時(shí),觸碰限位開關(guān)，步進(jìn)電機(jī)停止旋轉(zhuǎn).主控制器通過信號(hào)傳遞電路可將控制信號(hào)傳送到消防控制柜，啟動(dòng)水泵,打開電磁閥門,管路充水.為了防止復(fù)燃，滅火結(jié)束后人工停止水泵.數(shù)據(jù)存取電路存放火災(zāi)發(fā)生前后的圖像信息和各種設(shè)備的狀態(tài)信息、紅外傳感器的脈沖閾值、角度修正值、水平和俯仰步進(jìn)電機(jī)的脈沖值等.信號(hào)傳遞電路負(fù)責(zé)主控制器與水泵、電磁閥、雨淋閥之間控制信號(hào)和狀態(tài)信息的傳遞.

4 滅火系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

滅火系統(tǒng)軟件主要包括主程序、圖像采集處理程序、顯示程序和信號(hào)傳遞程序.主程序是全部程序的核心，主要負(fù)責(zé)子程序調(diào)用.顯示程序顯示水平和垂直步進(jìn)電機(jī)的位置數(shù)據(jù)和水泵、電磁閥、雨淋閥等滅火設(shè)施的狀態(tài).信號(hào)傳遞程序?qū)⒖刂菩盘?hào)傳送到控制柜，進(jìn)而控制水泵、電磁閥、雨淋閥，并將這些設(shè)施的狀態(tài)傳送到主控制器中[2].系統(tǒng)軟件程序流程如圖4所示.

在大空間建筑場(chǎng)所采用紅外和圖像復(fù)合探測(cè)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能進(jìn)行多種火災(zāi)的識(shí)別；火災(zāi)初期自動(dòng)跟蹤噴水滅火并聯(lián)動(dòng)聲光報(bào)警、防排煙等，并將火場(chǎng)實(shí)時(shí)圖像傳送到消防控制室，具有報(bào)警及時(shí)、準(zhǔn)確，保護(hù)面積大，報(bào)警響應(yīng)速度快，靈敏度高，可靠性高的特性；降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，增大了消防安全保障系數(shù).

圖4 滅火系統(tǒng)軟件程序流程