一种适用于野外场景的多连锁监控消防装置及监控方法与流程

1.本发明涉及微处理器控制及消防技术领域，具体涉及一种适用于野外场景的多连锁监控消防装置及监控方法。


背景技术：

2.微处理器控制技术在消防邻域的发展渐渐的明晰，随之发展的嵌入式消防报警器、无人机预警灭火等相关技术也在蓬勃发展。如基于嵌入式linux的消防系统数据采集与传输装置等，运用确定有限自动机建立了协议解析模型，成功将协议数据帧格式与解析程序相分离，实现了多协议转换的可配置。可以实现与包括公安部沈阳消防研究所jb
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tbk
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sx3001型火灾自动报警系统在内的市面上十多种不同协议的火灾自动报警系统之间的协议转换与传输。城市、大型厂区的火灾自动报警及灭火系统已经得到了完善的应用，但野外作业并不具备安装消防水泵、报警阀组、高位消防水箱、消防联动控制器等完整的消防设施的条件，通常靠携带灭火器，储备水源，人工值守这些简单的措施进行预警和消防；而由于野外工作活动板房材料的防火处理不到位，且在野外干燥炎热的特定生产工作环境中，火灾更易发生，如何在野外环境下限制初期火灾就显得极为重要。


技术实现要素：

3.为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了一种适用于野外场景的多连锁监控消防装置及监控方法，能够设置于易燃物品的周围，当周围情况发生异常高温或危险气体泄漏时，可在瞬间自动触发火警警报并对高温异常区域喷水降温，同时通过建立监控系统控制程序，适应多场景更安全的监测目的。
4.为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
5.一种适用于野外场景的多连锁监控消防装置，包括水平舵机10
‑
2及其顶部的垂直舵机10
‑
1构成的二维舵机10，所述水平舵机10
‑
2动力输出端与垂直舵机10
‑
1底端相连接，垂直舵机10
‑
1的动力输出端与其顶端支架10
‑
3的支腿相连接，二维舵机10的一侧设有系统柜5，二维舵机10后方设有水箱4，顶端支架10
‑
3顶部分别并列设置有红外温度传感器1、激光灯警报器2及射水喷头3，气体传感器6位于射水喷头3后部，射水喷头3通过管道连接水箱4内底部的水泵9，液位传感器11设置于近水箱4内底部；
6.所述系统柜5中设置有供电电路以及主控pcb，系统柜5外设有控制按钮8及显示屏7；
7.所述红外温度传感器1、气体传感器6、液位传感器11及控制按钮8的信号输出端与主控pcb的信号输入端相连接，主控pcb的信号输出端分别与激光灯警报器2、显示屏7的信号输入端相连接，水泵9及二维舵机10分别通过水泵控制器及二维舵机控制器连接到主控pcb上，二维舵机控制器的信号输入端与主控pcb的信号输出端相连接，水泵控制器的信号接入端连接主控pcb的信号输出端，水泵控制器及二维舵机控制器的信号输出端与控制系统信号输入端相连接，二维舵机控制器的电力输入端连接至供电电路，二维舵机控制器电
力输出端接地，水泵控制器的电力输入端通过继电器连接至供电电路，水泵控制器电力输出端接地。
8.所述二维舵机10活动最大角度水平方向180
°
、俯仰120
°
。
9.所述供电电路配置多个继电器接口。
10.一种适用于野外场景的多连锁监控消防装置的监控方法，具体包括以下步骤：
11.步骤一、消防监控系统建立；
12.1)设置监测范围为二维舵机10可动的最大范围，水平和垂直均以8～12度每1～2秒的速度进行矩阵式监测，监测速度与舵机供电电压成正比，电压越高运动速度越快，共监测200～220个点，主程序循环一次只监测一个点，从第一个点到最后一个点为一次单向的监测过程，一个主循环包含两个单向的监测过程，在每个主程序循环过程中读取若干次该气体传感器6的采样值，取其平均数作为单次循环的测量值，并存入主控pcb的eeprom中；
13.2)将液位传感器11固定于水箱4的水位等高线处，利用自来水的导电性来监测水位：当液位传感器11的入水端电极没入水中，输出信号被拉低，即数字信号0，主控系统监测到该信号即为通过监测，可继续进行下一步程序；反之，当水位低于液位传感器11时，输出信号不为0，即未通过检测，触发水箱缺水警报；
14.3)将红外温度传感器1利用iic通讯协议和主控系统建立通讯：循环监测从第一个点到最后一个点的温度数据；
15.4)根据第3)步每一个测温点返回的测温值来计算该点的监测权重，再根据该点监测权重来制订新的监测频率，单点测量a次，a取15
‑
20次，相关计算公式如下：
16.总区域温度平均值：
[0017][0018]
单点a次温度测量平均值：
[0019][0020]
单点a次温度测量方差：
[0021][0022]
单点温度与该点a次温度平均值的差的平均值：
[0023][0024]
单点测量权重：
[0025][0026]
单点测量权重与下一循环测量频率的关系：
[0027][0028]
在运行中，系统会先计算前三项数据，并对该点a次温度测量方差进行判断，若该点方差是所有测温点中最高的或者方差超过了10℃～15℃，系统会直接在该点权重加40～60，提高其测量频率；同时系统会优先选择平均温度最低且方差小于3℃～8℃的测温点来减少其测温频率，以达到系统资源优化的目的；
[0029]
5)使用iic作为与主机的通信协议，将步骤一第1)
‑
4)步的运行数据进行存储，并且，该系统保留micro usb接口，和电脑相连时，利用串口便可访问上述所有空间内所有数据；
[0030]
6)利用主控系统的中断优先级的设置等级报警；
[0031]
步骤二、根据步骤一的建立的监控系统，自定义设置启动监测
[0032]
1)用户自主设置监测位置、相关报警阈值、低功耗进入与唤醒间隔、继电器设置；开机后，系统初始化并进行模拟灭火程序，用户需确认全部工作流程以及水流喷射范围无异常后在进入监测程序；
[0033]
2)可燃气体监测：当气体传感器6所处环境中存在可燃气体时，气体传感器6的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大，当气体传感器6监测到环境中可燃气体达到报警阈值，主控系统触发报警，同时启动水泵将水箱4中的水泵出喷洒降温灭火；
[0034]
3)红外测温：根据测温点监测权重制订的监测频率，通过红外温度传感器1测温，并利用iic通讯协议和主控系统建立通讯，当红外温度传感器1监测到环境中温度达到报警阈值，主控pcb触发报警，同时启动水泵将水箱4中的水泵出喷洒降温灭火；
[0035]
4)通过液位传感器11监测水位的高低，当液位传感器11监测到水箱水位到报警阈值，主控系统触发报警，并启动电磁阀开启补水。
[0036]
本发明有益效果如下：
[0037]
1、本发明将红外测温传感器1、气体传感器6及液位传感器11结合到一起，利用多方面数据提高报警准确性及报警精度。
[0038]
2、本发明设置自动监测模式可以经过多次循环监测从而筛选出更易产生高温的测量点，并且通过串口，用户可以访问保存与设备中所有测温点的温度值。
[0039]
3、集成监测、警报、洒水降温的消防全功能，为野外场景提供提供灵敏度高、即时监测、高效安全的消防连锁监控装置及方法。
附图说明
[0040]
图1是本发明的装置基本结构图。
[0041]
图2是本发明的原理框图。
[0042]
图3是本发明的自动检测模式主要程序流程图。
[0043]
图4是本发明的红外测温传感器1测温区域示意图。
[0044]
图5是本发明的自定义监测模式程序流程图。
[0045]
图中：1、红外温度传感器；2、激光灯警报器；3、射水喷头；4、水箱；5、系统柜；6、气体传感器；7、显示屏；8、控制按钮；9、水泵；10、二维舵机；10
‑
1、垂直舵机；10
‑
2、水平舵机；10
‑
3、顶端支架；11、液位传感器。
具体实施方式
[0046]
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0047]
参见图1，一种适用于野外场景的多连锁监控消防装置，包括水平舵机10
‑
2及其顶部的垂直舵机10
‑
1构成的二维舵机10，所述水平舵机10
‑
2动力输出端与垂直舵机10
‑
1底端相连接，垂直舵机10
‑
1的动力输出端与其顶端支架10
‑
3的支腿相连接，二维舵机10的一侧
设有系统柜5，二维舵机10后方设有水箱4，顶端支架10
‑
3顶部分别并列设置有红外温度传感器1、激光灯警报器2及射水喷头3，气体传感器6位于射水喷头3后部，射水喷头3通过管道连接水箱4内底部的水泵9，液位传感器11设置于近水箱4内底部；
[0048]
所述系统柜5中设置有供电电路以及主控pcb，系统柜5外设有控制按钮8及显示屏7；
[0049]
所述红外温度传感器1、气体传感器6、液位传感器11及控制按钮8的信号输出端与主控pcb的信号输入端相连接，主控pcb的信号输出端分别与激光灯警报器2、显示屏7的信号输入端相连接，水泵9及二维舵机10分别通过水泵控制器及二维舵机控制器连接到主控pcb上，二维舵机控制器的信号输入端与主控pcb的信号输出端相连接，水泵控制器的信号接入端连接主控pcb的信号输出端，水泵控制器及二维舵机控制器的信号输出端与控制系统信号输入端相连接，二维舵机控制器的电力输入端连接至供电电路，二维舵机控制器电力输出端接地，水泵控制器的电力输入端通过继电器连接至供电电路，水泵控制器电力输出端接地。
[0050]
所述二维舵机10活动最大角度水平方向180
°
、俯仰120
°
。
[0051]
所述供电电路配置多个继电器接口，用户可根据需要自主设置继电器。
[0052]
参见图2至图5，一种适用于野外作业的多连锁消防监控方法，具体包括以下步骤：
[0053]
步骤一、消防监控系统建立；
[0054]
1)设置监测范围为二维舵机10可动的最大范围，水平和垂直均以10度每1～2秒的速度进行矩阵式监测，监测速度与舵机供电电压成正比，电压越高运动速度越快，共监测216个点，如图4所示，主程序循环一次只监测一个点，从第一个点到最后一个点为一次单向的监测过程，一个主循环包含两个单向的监测过程，在每个主程序循环过程中读取若干次该气体传感器6的采样值，取其平均数作为单次循环的测量值，并存入主控pcb的eeprom中；
[0055]
2)将液位传感器11固定于水箱4的水位等高线处，利用自来水的导电性来监测水位：当液位传感器11的入水端电极没入水中，输出信号被拉低，即数字信号0，主控系统监测到该信号即为通过监测，可继续进行下一步程序；反之，当水位低于液位传感器11时，输出信号不为0，主控系统被触发中断服务程序来触发该报警，且该监测在正常工作中会一直存在；
[0056]
3)将红外温度传感器1利用iic通讯协议和主控系统建立通讯：为了扩大测温范围，将红外温度传感器1固定于二维舵机10顶部支架上，在自动监测模式中，监测范围为二维舵机10可动的最大范围，水平和垂直均以10度每两秒的速度进行矩阵式监测，共监测216个点，主程序循环一次只监测一个点，从第一个点到最后一个点为单次监测过程，一个循环包含两个监测过程，耗时864s，约14分钟，ram中的10kb空间将专门记录20次监测循环所有点的温度数据，并在数据处理过程中进行筛选；
[0057]
4)将在第3)步所述的记录多次监测循环所有点的温度数据所述循环结束后启动数据筛选，即根据每一个测温点返回的测温值来计算该点的监测权重，再根据该点监测权重来制订新的监测频率，以单点测量20次为例，相关计算公式如下：
[0058]
总区域温度平均值：
[0059]
[0060]
单点20次温度测量平均值：
[0061][0062]
单点20次温度测量方差：
[0063][0064]
单点温度与该点20次温度平均值的差的平均值：
[0065][0066]
单点测量权重：
[0067][0068]
单点测量权重与下一循环测量频率的关系：
[0069][0070]
在运行中，系统会先计算前三项数据，并对该点20次温度测量方差进行判断，若该点方差是所有测温点中最高的或者方差超过了10℃，也就代表该点的温度波动范围较大，需要更多的监测次数，系统会直在该点权重加50，提高其测量频率；部分点的测量频率增加，也会有部分点的测量频率下降，系统会优先选择平均温度最低且方差小于5℃的测温点来减少其测温频率，以达到系统资源优化的目的；
[0071]
5)使用iic作为与主机的通信协议，将第1)
‑
4)步的运行数据进行存储，并且，该系统保留micro usb接口，和电脑相连时，利用串口便可访问上述所有空间内所有数据；
[0072]
6)利用主控系统的中断优先级的设置等级报警。
[0073]
系统利用主控系统的中断优先级的设置规定报警等级
[0074][0075][0076]
步骤二、根据步骤一的建立的监控系统，自定义设置启动监测
[0077]
1)用户自主设置监测位置、相关报警阈值、低功耗进入与唤醒间隔、继电器设置；开机后，系统初始化并进行模拟灭火程序，用户需确认全部工作流程以及水流喷射范围无异常后在进入监测程序；
[0078]
2)可燃气体监测：当气体传感器6所处环境中存在可燃气体时，气体传感器6的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大，当气体传感器6监测到环境中可燃气体达到报警阈值，主控系统触发报警，同时启动水泵将水箱4中的水泵出喷洒降温灭火；
[0079]
3)红外测温：根据测温点监测权重制订的监测频率，通过红外温度传感器1测温，并利用iic通讯协议和主控系统建立通讯，当红外温度传感器1监测到环境中温度达到报警阈值，主控pcb触发报警，同时启动水泵将水箱4中的水泵出喷洒降温灭火；
[0080]
4)通过液位传感器11监测水位的高低，当液位传感器11监测到水箱水位到报警阈值，主控系统触发报警，并启动电磁阀开启补水。
[0081]
可通过增加设置继电器，增加用户的使用场景。
[0082]
效果测试
[0083]
装置搭载气体传感器6，气体传感器6的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大，将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号便可以对部分气体浓度进行监测。
[0084]
表1密闭与通风室内60m2空间内不同位置相同20克纸张燃烧测定10次平均电压值
[0085][0086]
从表中可以看出，距离对于气体传感器测量值影响较大，所以在装置程序中，我们设计了主动分析测量值的子程序，对用户长时间采集的平均值作为基准，来判断当前环境是否出现燃烧点。当然，不同可燃物的燃烧产物并不相同，为探究气体传感器面对不同可燃物所返回的电压值，我们做出实验并得出实验数据如表2所示。
[0087]
表2密闭与通风室内60m2空间内距0.2m不同可燃物等时燃烧10次测定平均电压值
[0088]
可燃物纸张泡沫板材丁烷(打火机)锂电池短路密闭环境(v)1.211.431.322.84通风环境(v)1.161.401.302.75
[0089]
锂电池燃烧的产物中大多数都是可燃有害气体及相关固体颗粒，故监测值远高于其他可燃物，而本装置对于大多数可燃气体具有较高的灵敏度，进一步扩大了用户的监测对象以及使用场景。
[0090]
红外测温传感器
[0091]
1)室内不同距离不同物体10次测量最高温度测量实验
[0092]
因为红外测温传感器1是利用物体发出的红外线波长进行测温的，而测量距离对红外线的干扰很大，为了探究距离对于红外测温传感器1的影响做出该实验并得到实验数据如表3所示。
[0093]
表3室内不同距离不同物体10次测量最高温度测量值
[0094]
物体位置(m)纸张燃烧50
°
热水80
°
热水沸水0.2231
°
48
°
82
°
97
°
0.4212
°
47
°
81
°
95
°
0.6208
°
43
°
75
°
92
°
0.8189
°
40
°
74
°
89
°
1.0183
°
37
°
73
°
88
°
[0095]
由数据得，距离对红外测温传感器1的干扰会带来15
°
以内的差值，测量温度越高距离越远误差越大；究其原因是距离越远，舵机相同转动角度带动测量点移动距离也越大，
也就更难将测量点稳定于物体最高温度的区域，但该误差对装置整体性能影响较小，可以忽略。
[0096]
2)自动模式下的随机测温实验
[0097]
为了验证装置在自动模式下测温效率与稳定性，我们在两个小时时间内且位于测量范围内，随机置放5个高温点(1、2放置不同温度的热水，3、4、5放置一个暖贴)，1个燃烧点(10克纸巾)，测量同时人工利用手持式红外测温枪同时测量并记录温度最大值，作为该点标准，对比装置通过串口上传测温最高值，得出下表数据。
[0098]
表4自动模式下随机测温6点最高值
[0099]
标志点12345燃烧点测量值(
°
)5382545861205标准值(
°
)5085556260213
[0100]
通过该表可以看出，该装置在自动模式下测温效果正常，可以达到预期要求。
[0101]
显然，以上具体实施方式仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述具体实施方式对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在权利要求范围当中。