專利名稱：基于can總線分布式控制的模擬量消防炮的制作方法
基于CAN總線分布式控制的模擬量消防炮
狀艦
本發(fā)明涉及消防領(lǐng)域，尤其涉及基于CAN總線分布式控制的模擬量消防炮。
背景技術(shù)：
目前，許多消防炮仍采用為手動操作，特別是消防車上裝備的手動消防炮， 大多安裝于消防車的水罐頂上，消防員操作消防炮時，必須通過消防車的后背 梯爬到消防車頂上，然后進行操作，操作時還必須有其他消防員操作消防車控 制面板，進行流量、壓力、轉(zhuǎn)速等的調(diào)節(jié)，數(shù)人相互配合才能完成，操作繁雜， 效率低。手控消防炮使得消防員不得不直接暴露在烈焰、煙塵、有毒氣體中， 對消防員的生命安全造成威脅。
許多廠家針對上述手動炮出現(xiàn)的問題，開發(fā)了電動控制消防炮，用電機驅(qū) 動消防炮做水平旋轉(zhuǎn)、俯仰操作，通過控制電機來實現(xiàn)對消防炮的控制。這種 電控消防炮多采用開環(huán)控制，輸入控制信號后，電機驅(qū)動消防炮做水平旋轉(zhuǎn)、 俯仰動作，但是消防炮的位置信息沒有得到反饋，消防炮是否轉(zhuǎn)到預(yù)想的位置 并不確定，不易實現(xiàn)精確的位置定位。其次，此類電控消防炮仍多采用傳統(tǒng)的 布線方式，線束多，布線復(fù)雜，容易產(chǎn)生故障且不易排査與維修，可靠性低， 抗干擾性差，傳輸效率較低。
M贈
為了解決上述的技術(shù)問題，提出了基于CAN總線分布式控制的模擬量消防 炮，其目的在于，提供一種基于多微處理器分布式控制、采用CAN總線通信技 術(shù)的、可以通過駕駛室內(nèi)模擬操控手柄操作控制的模擬量消防炮。
本發(fā)明提供了基于CAN總線分布式控制的模擬量消防炮，包括炮體、炮座 和炮嘴，還包括水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、俯仰旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、第一微處理器和CAN總線；
第一微處理器接入CAN總線；
水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和俯仰旋轉(zhuǎn)機構(gòu)均包括伺服電機和旋轉(zhuǎn)位置傳感器； 第一微處理器，接收旋轉(zhuǎn)位置傳感器發(fā)送的位置信號，并根據(jù)該位置信號
控制伺服電機，從而使水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)進行水平旋轉(zhuǎn)，或者使俯仰旋轉(zhuǎn)機進行俯
仰旋轉(zhuǎn)。
平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)還包括軸承、蝸桿、蝸輪、手動搖柄和殼體；其中伺服電機、 蝸桿和軸承固定于炮座上，蝸輪固定在炮體的第二炮管上，蝸桿由伺服電機驅(qū)動并與固定于第二炮管的蝸輪嚙合。
俯仰旋轉(zhuǎn)機構(gòu)還包括軸承、蝸桿、蝸輪、手動搖柄和殼體；其中，伺服電 機、蝸桿和軸承等固定于炮體的第二炮管上，蝸輪固定在炮體的第一炮管上， 蝸桿由伺服電機驅(qū)動并與固定于第一炮管的蝸輪嚙合。
還包括第二微處理器、信號采集模塊和操控手柄；
第二微處理器接入CAN總線；
信號采集模塊采集操控手柄產(chǎn)生的信號并發(fā)送至第二微處理器； 第二微處理器將操控手柄產(chǎn)生的信號發(fā)送至第一微處理器，第一微處理器 根據(jù)操控手柄產(chǎn)生的信號控制水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)或俯仰旋轉(zhuǎn)機構(gòu)進行旋轉(zhuǎn)。 還包括與第一微處理器連接的操控按鈕；
第一微處理器接收操控按鈕產(chǎn)生的信號，并依據(jù)該信號控制水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu) 或俯仰旋轉(zhuǎn)機構(gòu)進行旋轉(zhuǎn)。
操控手柄上設(shè)置有控制開關(guān)，用于控制在炮嘴處安裝的噴嘴直流噴射或開 花噴射轉(zhuǎn)換控制機構(gòu)，以實現(xiàn)炮噴嘴進行直流噴射或開花噴射。
還包括與第二微處理器連接的LED顯示器；第二微處理器，還用于對噴嘴 開啟信號和第一微處理器發(fā)送的位置信號進行處理，以在LED顯示器實時顯示 模擬量消防炮的位置。
第一微處理器設(shè)定了炮的最佳工作位置坐標(biāo)；當(dāng)模擬量炮啟動時，旋轉(zhuǎn)位 置傳感器將當(dāng)前的位置信息傳遞給第一微處理器，第一微處理器將當(dāng)前的位置 信息與設(shè)定的最佳位置坐標(biāo)相比較運算，從而控制炮身自動旋轉(zhuǎn)到設(shè)定的最佳 噴射位置角度。
第一微處理器設(shè)定了炮的初始位置坐標(biāo)；當(dāng)模擬量消防炮作業(yè)完成后關(guān)閉 時，第一微處理器根據(jù)炮的初始位置坐標(biāo)控制炮身自動恢復(fù)到初始位置狀態(tài)。 第一微處理器還根據(jù)障礙物的位置信息控制模擬量消防炮自動躲避障礙物。
采用本發(fā)明的模擬量消防炮，可以實現(xiàn)如下有益效果l)采用CAN總線通 信技術(shù)，線束簡單，可靠性高，抗干擾性強，傳輸效率較高；2)消防員只需在 消防車的駕駛室內(nèi)就可控制消防炮的噴射角度、噴射方式，操作簡單可靠；而 且避免了消防員直接暴露在烈焰、煙塵、有毒氣體中，保證消防員的人身生命 安全；3)操作消防炮時，在駕駛室內(nèi)的顯示屏實時顯示炮的位置，操作者直觀 快速的得到操作的反饋信息；。圖2是旋轉(zhuǎn)機構(gòu)示意圖； 圖3是控制系統(tǒng)示意圖。在圖la、圖lb和圖2中，各附圖
標(biāo)記的指代的部件如下1、炮管I 2、 炮管II 3、水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)4、炮座5、俯仰旋轉(zhuǎn)機構(gòu)6、炮噴嘴控制機構(gòu) 7、旋轉(zhuǎn)位置傳感器8、伺服電機9、軸承10、蝸桿11、殼體12、手動搖柄 13、蝸輪具體實施方式
本發(fā)明一種基于多微處理器分布式控制，采用CAN總線通信技術(shù)的，可以 通過駕駛室內(nèi)模擬操控手柄操作控制的模擬量消防炮。該模擬量炮由炮體、炮 座、水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、俯仰旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、炮嘴及相關(guān)的控制系統(tǒng)和CAN總線通信系 統(tǒng)組成，實現(xiàn)了該模擬量炮的位置驅(qū)動控制、狀態(tài)反饋、數(shù)據(jù)通信等。其中水 平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、俯仰旋轉(zhuǎn)機構(gòu)都是由伺服電機、旋轉(zhuǎn)位置傳感器、軸承、蝸桿蝸 輪副、手動搖柄、殼體等組成。該模擬量炮主要有以下特征1) 只需通過消防車駕駛室內(nèi)的操控手柄，就可控制炮的水平旋轉(zhuǎn)、俯仰旋 轉(zhuǎn)動作，使消防炮達到最佳的噴射位置。在駐車滅火的情況下，消防員亦可通 過消防車外部的控制按鈕操縱炮的水平旋轉(zhuǎn)和俯仰旋轉(zhuǎn)及噴射控制。2) 模擬量炮采用多微處理器分布式控制，由伺服電機、位置旋轉(zhuǎn)傳感器、 數(shù)據(jù)采集模塊、微處理器、CAN總線通信等構(gòu)成閉環(huán)控制，實現(xiàn)了炮旋轉(zhuǎn)位置 的精確控制。3) 通過駕駛室內(nèi)操控手柄上的控制開關(guān)，控制在炮噴嘴處安裝的噴嘴直流、 開花轉(zhuǎn)換控制機構(gòu)，實現(xiàn)炮噴嘴進行直流噴射和開花噴射。4) 系統(tǒng)將位置旋轉(zhuǎn)傳感器的反饋信號和噴嘴開啟信號進行處理，利用LED 顯示器實時顯示炮的位置，十分直觀。5) 整個模擬量炮控制系統(tǒng)采用了 CAN總線通信技術(shù)，提高了傳輸效率、 可靠性和抗干擾性，而且只需要在現(xiàn)有總線上增加節(jié)點，就可以實現(xiàn)功能的擴 展與升級。6) 本模擬量炮具有一定的智能化功能，實現(xiàn)了初始位置預(yù)置，智能歸位， 智能越障，作業(yè)過程中意外斷電無需復(fù)位等功能。初始位置預(yù)置炮控制模塊的程序設(shè)定了炮的初始位置坐標(biāo)和最佳工作位 置坐標(biāo)，當(dāng)模擬量炮系統(tǒng)啟動時，位置傳感器會將當(dāng)前的位置信息傳遞給控制 模塊與設(shè)定的最佳位置坐標(biāo)相比較運算，控制炮身自動旋轉(zhuǎn)到設(shè)定的最佳噴射 位置角度；智能歸位當(dāng)整個滅火作業(yè)完成后系統(tǒng)關(guān)閉時，炮身會自動恢復(fù)到原來的初始位置狀態(tài)；智能越障在炮旋轉(zhuǎn)時經(jīng)常會需要躲避炮身附近的固定障礙物，比如炮在 某個位置處要躲避障礙物時，此時的位置坐標(biāo)信號傳遞給控制模塊，無需通過 手柄控制，消防炮會自動按程序設(shè)定的運行軌跡躲避障礙物，躲避動作完成后 繼續(xù)執(zhí)行消防員通過手柄發(fā)出的操作指令。系統(tǒng)在噴射作業(yè)時，由于各種原因斷電后再通電時，無需進行系統(tǒng)及機械 部分復(fù)位動作，系統(tǒng)可以立即確定炮的各個部分的現(xiàn)行狀態(tài)，可直接進行噴射 滅火。7)本模擬量可以方便的實現(xiàn)手動操作的切換。當(dāng)系統(tǒng)電力耗盡或自控系統(tǒng) 出現(xiàn)故障時，能夠?qū)崿F(xiàn)手動操作模擬量炮。 下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明進行詳細描述。1) 炮體結(jié)構(gòu)及旋轉(zhuǎn)功能的實現(xiàn)。如圖la、圖lb和圖2所示，該模擬量炮 的水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)主要由伺服電機8、旋轉(zhuǎn)位置傳感器7、軸承9、蝸桿蝸輪副IO 和13 、手動搖柄12、殼體11等組成，其中伺服電機、蝸桿、軸承等固定于炮 座4上，蝸輪固定在炮管II2上，蝸桿由伺服電機驅(qū)動，與固定于炮管II2上的 蝸輪嚙合，實現(xiàn)了炮身的水平旋轉(zhuǎn)動作。同樣俯仰旋轉(zhuǎn)機構(gòu)也是主要由伺服電 機、旋轉(zhuǎn)位置傳感器、軸承、蝸桿蝸輪副、手動搖柄、殼體等組成，其中伺服 電機、蝸桿、軸承等固定于炮管II2上，蝸輪固定在炮管I1上，蝸桿由伺服電 機驅(qū)動，與固定于炮管I的蝸輪嚙合，實現(xiàn)了炮身的俯仰旋轉(zhuǎn)動作。2) 控制及通信部分。本模擬量炮采用了 CAN總線通信技術(shù)和多微處理器 分布式控制，如圖3所示，操控手柄的控制信號經(jīng)過數(shù)據(jù)采集模塊、AD轉(zhuǎn)換處 理后，輸入到駕駛室內(nèi)的微處理器轉(zhuǎn)化為控制指令，通過CAN總線傳輸給消防 炮處的微處理器，控制伺服電機驅(qū)動安裝于炮體上的蝸桿蝸輪副，實現(xiàn)炮的水 平旋轉(zhuǎn)和俯仰旋轉(zhuǎn)。安裝在伺服電機上的旋轉(zhuǎn)位置傳感器輸出的旋轉(zhuǎn)角度信號 通過CAN總線傳輸至駕駛室內(nèi)的微處理器上，最后通過與之相連的LED顯示 屏，實時的顯示炮的旋轉(zhuǎn)角度。3) 通過駕駛室內(nèi)操控手柄上的控制開關(guān)，氣動與氣缸相連的氣動閥門，氣 體壓力推動推桿，控制噴嘴張合，實現(xiàn)炮噴嘴直流噴射和開花噴射的轉(zhuǎn)換。4) 在駐車滅火的情況下，消防員亦可通過消防車外部的遠程控制按鈕操縱 炮的水平旋轉(zhuǎn)和俯仰旋轉(zhuǎn)及噴射控制。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離權(quán)利要求書確定的本發(fā)明的精神和范圍的條件 下，還可以對以上內(nèi)容進行各種各樣的修改。因此本發(fā)明的范圍并不僅限于以 上的說明，而是由權(quán)利要求書的范圍來確定的。
權(quán)利要求
1.基于CAN總線分布式控制的模擬量消防炮，包括炮體、炮座和炮嘴，其特征在于，還包括水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、俯仰旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、第一微處理器和CAN總線；第一微處理器接入CAN總線；水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和俯仰旋轉(zhuǎn)機構(gòu)均包括伺服電機和旋轉(zhuǎn)位置傳感器；第一微處理器，接收旋轉(zhuǎn)位置傳感器發(fā)送的位置信號，并根據(jù)該位置信號控制伺服電機，從而使水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)進行水平旋轉(zhuǎn)，或者使俯仰旋轉(zhuǎn)機進行俯仰旋轉(zhuǎn)。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于CAN總線分布式控制的模擬量消防炮，其特征 在于，平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)還包括軸承、蝸桿、蝸輪、手動搖柄和殼體；其中伺服電機、 蝸桿和軸承固定于炮座上，蝸輪固定在炮體的第二炮管上，蝸桿由伺服電機驅(qū) 動并與固定于第二炮管的蝸輪嚙合。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于CAN總線分布式控制的模擬量消防炮，其特征在于，俯仰旋轉(zhuǎn)機構(gòu)還包括軸承、蝸桿、蝸輪、手動搖柄和殼體；其中，伺服 電機、蝸桿和軸承等固定于炮體的第二炮管上，蝸輪固定在炮體的第一炮管上， 蝸桿由伺服電機驅(qū)動并與固定于第一炮管的蝸輪嚙合。
4. 如權(quán)利要求1所述的基于CAN總線分布式控制的模擬量消防炮，其特征 在于，還包括第二微處理器、信號采集模塊和操控手柄；第二微處理器接入CAN總線；信號采集模塊采集操控手柄產(chǎn)生的信號并發(fā)送至第二微處理器； 第二微處理器將操控手柄產(chǎn)生的信號發(fā)送至第一微處理器，第一微處理器 根據(jù)操控手柄產(chǎn)生的信號控制水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)或俯仰旋轉(zhuǎn)機構(gòu)進行旋轉(zhuǎn)。
5. 如權(quán)利要求1所述的基于C認總線分布式控制的模擬量消防炮，其特征在于，還包括與第一微處理器連接的操控按鈕；第一微處理器接收操控按鈕產(chǎn)生的信號，并依據(jù)該信號控制水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu) 或俯仰旋轉(zhuǎn)機構(gòu)進行旋轉(zhuǎn)。
6. 如權(quán)利要求4所述的基于CAN總線分布式控制的模擬量消防炮，其特征在于，操控手柄上設(shè)置有控制開關(guān)，用于控制在炮嘴處安裝的噴嘴直流噴射或 開花噴射轉(zhuǎn)換控制機構(gòu)，以實現(xiàn)炮噴嘴進行直流噴射或開花噴射。
7. 如權(quán)利要求6所述的基于CAN總線分布式控制的模擬量消防炮，其特征 在于，還包括與第二微處理器連接的LED顯示器；第二微處理器，還用于對噴 嘴開啟信號和第一微處理器發(fā)送的位置信號進行處理，以在LED顯示器實時顯 示模擬量消防炮的位置。
8. 如權(quán)利要求1所述的基于CAN總線分布式控制的模擬量消防炮，其特征在于，第一微處理器設(shè)定了炮的最佳工作位置坐標(biāo)；當(dāng)模擬量炮啟動時，旋轉(zhuǎn) 位置傳感器將當(dāng)前的位置信息傳遞給第一微處理器，第一微處理器將當(dāng)前的位 置信息與設(shè)定的最佳位置坐標(biāo)相比較運算，從而控制炮身自動旋轉(zhuǎn)到設(shè)定的最 佳噴射位置角度。
9. 如權(quán)利要求1所述的基于C認總線分布式控制的模擬量消防炮，其特征 在于，第一微處理器設(shè)定了炮的初始位置坐標(biāo)；當(dāng)模擬量消防炮作業(yè)完成后關(guān) 閉時，第一微處理器根據(jù)炮的初始位置坐標(biāo)控制炮身自動恢復(fù)到初始位置狀態(tài)。
10. 如權(quán)利要求1所述的基于CAN總線分布式控制的模擬量消防炮，其特 征在于，第一微處理器還根據(jù)障礙物的位置信息控制模擬量消防炮自動躲避障 礙物。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于CAN總線分布式控制的模擬量消防炮，包括炮體、炮座和炮嘴，還包括水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、俯仰旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、第一微處理器和CAN總線；第一微處理器接入CAN總線；水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和俯仰旋轉(zhuǎn)機構(gòu)均包括伺服電機和旋轉(zhuǎn)位置傳感器；第一微處理器，接收旋轉(zhuǎn)位置傳感器發(fā)送的位置信號，并根據(jù)該位置信號控制伺服電機，從而使水平旋轉(zhuǎn)機構(gòu)進行水平旋轉(zhuǎn)，或者使俯仰旋轉(zhuǎn)機進行俯仰旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明采用CAN總線通信技術(shù)，線束簡單，可靠性高，抗干擾性強，傳輸效率較高；消防員只需在消防車的駕駛室內(nèi)就可控制消防炮的噴射角度、噴射方式，操作簡單可靠；而且避免了消防員直接暴露在烈焰、煙塵、有毒氣體中，保證消防員的人身生命安全。
文檔編號G05B19/418GK101554517SQ20091014340
公開日2009年10月14日 申請日期2009年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月25日
發(fā)明者何永成, 孫鳳明 申請人:北京中卓時代消防裝備科技有限公司