遙控消防水炮控制系統的設計與實現

李少華　水盼盼　孫志誠

摘 要：本文研究了基于ARM Cortex-M3 內核的微控制器LPC1768的無線遙控消防水炮的設計與實現，能夠實現消防水炮水平回轉、上下俯仰、直流噴霧，自擺等一系列操作。系統結構設計簡單、性能可靠，大為降低了火災現場對消防人員的安全威脅，具有很高的實用價值。

關鍵詞：消防水炮；LPC1768；驅動電機

0 引言

隨著現代消防技術的不斷發展，傳統的人工操作消防方式由于其覆蓋范圍小、快速響應能力和控制精度較差已經越來越難以滿足日趨龐大的工業化體系和城市規?；男枨?。傳統的水炮需要人工進行操作，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的距離由水炮的射程決定，如果火場的火勢迅猛有爆炸危險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]。隨著嵌入式系統的發展，通過嵌入式平臺將計算機技術、電子控制技術、機械傳動技術和無線傳輸技術等應用到消防領域，用以取代現有傳統的人工操作消防方式被首先提出并逐漸推廣，因此高效、安全的現代消防要求出現一種既能夠滿足消防需求，變換噴射樣式，又能夠遠距離遙控、帶有一定驅動機構的新型水炮[2]。

1 控制系統的設計方案

圖1為整個控制系統的結構圖，通過遙控器或手動按鍵的開關量信號，進入到主控芯片LPC1768，然后輸出PWM波，進入驅動電路驅動電機轉動，同時在電機運轉過程中讀取電池電量，并顯示電量指示燈和對應動作按鍵指示燈。

2 硬件設計

2.1 電源部分設計

本系統設計輸入電源為直流24V，通過可調直流電源芯片ADJ-LM2576轉成12V，再用12V轉成5V，5V通過芯片LM1117-3.3V生成3.3V，其中12V為433M無線接收模塊供電，3.3V為主控芯片供電。

2.2 驅動電路設計

此驅動模塊核心主要是使用驅動芯片LMD18200。它非常適用于驅動直流電動機和步進電動機，峰值輸出電流高達6A，并且具有過電流檢測、方向轉換控制、高溫檢測等功能。

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腳為電機方向控制，2腳和10腳分別接電機的兩端，8腳為電流檢測引腳。

2.3 電量檢測電路

電量檢測電路主要是通過v2252放大器芯片，加上一些濾波、穩壓電路，將處理好的模擬量電壓接入主控芯片里，然后進行AD轉換，得出電量值，同時用指示燈顯示電量。電量指示采用3種顏色指示，分別是3綠、1黃、1紅。

3 軟件設計

該系統軟件設計流程圖如圖2所示：首先單片機上電，初始化各個引腳及外部時鐘，當檢測到某一路按鍵按下產生電平變化時，單片機LPC1768在對應的引腳上輸出占空比100%的PWM波，驅動電機轉動，同時在轉動過程中檢測電流，當電流大于預定值時就截止PWM輸出，以防電機堵轉，燒壞電機。

4 結論

經過多次試驗，反復調試，最后能夠滿足消防行業所需要求，并且可以大批量投入使用。與傳統手動相比，本文所設計的遙控消防水炮可進行遠程距離無線遙控輕巧靈便地完成水炮的水平回轉、上下俯仰、直流噴霧等一系列操作，較好的滿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、自動化水平高和減少操作人員操作強度等性能，能夠在有效消滅火災的同時保護消防救援人員的人身安全[4]。

參考文獻

[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設計[J].制造業自動化，2011，11（上）：128-129.

[2]李鑫.遙控消防水炮系統設計[D].大連海事大學，2009.

[3]聞名.無線遙控消防炮控制系統設計與實現[D].中國科學院大學，2014.

[4]喻興隆，鄧成中.自動消防炮驅動系統的設計[J].消防科學與技術，2010，（6）：510-512.

（作者單位：合肥工業大學儀器科學與光電工程學院）