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
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及消防領(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(dòng)操作，特別是消防車上裝備的手動(dòng)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(shí)，必須通過消防車的后背梯爬到消防車頂上， 然后進(jìn)行操作，操作時(shí)還必須有其他消防員操作消防車控制面板，進(jìn)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(duì)消防員的生命安全造成威脅。 許多廠家針對(duì)上述手動(dòng)炮出現(xiàn)的問題，開發(fā)了電動(dòng)控制消防炮，用電機(jī)驅(qū)動(dòng)消防 炮做水平旋轉(zhuǎn)、俯仰操作，通過控制電機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)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(hào)后，電機(jī)驅(qū)動(dòng)消防炮做水平旋轉(zhuǎn)、俯仰動(dòng)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(shí)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)生故障且不易排查與維 修，可靠性低，抗干擾性差，傳輸效率較低。

實(shí)用新型內(nèi)容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。 本實(shí)用新型提供了基于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(jī)構(gòu)、俯仰旋轉(zhuǎn)機(jī)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(jī)構(gòu)和俯仰旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)均包括伺服電機(jī)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(hào)，并根據(jù)該位置信號(hào)控制伺
服電機(jī)，從而使水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行水平旋轉(zhuǎn)，或者使俯仰旋轉(zhuǎn)機(jī)進(jìn)行俯仰旋轉(zhuǎn)。 平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)還包括軸承、蝸桿、蝸輪、手動(dòng)搖柄和殼體；其中伺服電機(jī)、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(jī)驅(qū)動(dòng)并與固定于第二炮管
的蝸輪嚙合。 俯仰旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)還包括軸承、蝸桿、蝸輪、手動(dòng)搖柄和殼體；其中，伺服電機(jī)、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(jī)驅(qū)動(dòng)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(hào)采集模塊和操控手柄； 第二微處理器接入CAN總線； 信號(hào)采集模塊采集操控手柄產(chǎn)生的信號(hào)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(hào)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(hào)控制水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)或俯仰旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)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(hào)，并依據(jù)該信號(hào)控制水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)或俯仰 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)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(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)炮噴嘴進(jìn)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(duì)噴嘴開啟信 號(hào)和第一微處理器發(fā)送的位置信號(hào)進(jìn)行處理，以在LED顯示器實(shí)時(shí)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(dòng)時(shí)，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(yùn)算，從而控制炮身自動(dòng)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(shí)，第
一微處理器根據(jù)炮的初始位置坐標(biāo)控制炮身自動(dòng)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(dòng)躲避障礙物。 采用本實(shí)用新型的模擬量消防炮，可以實(shí)現(xiàn)如下有益效果1)采用CAN總線通信
技術(shù)，線束簡(jiǎn)單，可靠性高，抗干擾性強(qiáng)，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(jiǎn)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(shí)，在駕駛室內(nèi)的顯示
屏實(shí)時(shí)顯示炮的位置，操作者直觀快速的得到操作的反饋信息；。

圖la-圖lb是模擬量炮結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是旋轉(zhuǎn)機(jī)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11 3、水 平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)4、炮座5、俯仰旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6、炮噴嘴控制機(jī)構(gòu)7、旋轉(zhuǎn)位置傳感器8、伺服電機(jī)9、 軸承10、蝸桿11、殼體12、手動(dòng)搖柄13、蝸輪
具體實(shí)施方式本實(shí)用新型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(jī) 構(gòu)、俯仰旋轉(zhuǎn)機(jī)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(shí)現(xiàn)了該模擬量炮的 位置驅(qū)動(dòng)控制、狀態(tài)反饋、數(shù)據(jù)通信等。其中水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、俯仰旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)都是由伺服電機(jī)、 旋轉(zhuǎn)位置傳感器、軸承、蝸桿蝸輪副、手動(dòng)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(dòng)作， 使消防炮達(dá)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(jī)、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(shí)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(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)炮噴嘴進(jìn)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(hào)和噴嘴開啟信號(hào)進(jìn)行處理，利用LED顯示器 實(shí)時(shí)顯示炮的位置，十分直觀。 5)整個(gè)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(diǎn)，就可以實(shí)現(xiàn)功能的擴(kuò)展與升級(jí)。 6)本模擬量炮具有一定的智能化功能，實(shí)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(dòng)時(shí)，位置傳感器會(huì)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(yùn)算，控制炮身自動(dòng)旋轉(zhuǎn)到設(shè)定的最佳噴射位置角度； 智能歸位當(dāng)整個(gè)滅火作業(yè)完成后系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)，炮身會(huì)自動(dòng)恢復(fù)到原來的初始位
置狀態(tài)； 智能越障在炮旋轉(zhuǎn)時(shí)經(jīng)常會(huì)需要躲避炮身附近的固定障礙物，比如炮在某個(gè)位 置處要躲避障礙物時(shí)，此時(shí)的位置坐標(biāo)信號(hào)傳遞給控制模塊，無需通過手柄控制，消防炮會(huì) 自動(dòng)按程序設(shè)定的運(yùn)行軌跡躲避障礙物，躲避動(dòng)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(shí)，由于各種原因斷電后再通電時(shí)，無需進(jìn)行系統(tǒng)及機(jī)械部分復(fù)
位動(dòng)作，系統(tǒng)可以立即確定炮的各個(gè)部分的現(xiàn)行狀態(tài)，可直接進(jìn)行噴射滅火。 7)本模擬量可以方便的實(shí)現(xiàn)手動(dòng)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(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)手動(dòng)操作模擬量炮。
以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。 1)炮體結(jié)構(gòu)及旋轉(zhuǎn)功能的實(shí)現(xiàn)。如圖la、圖lb和圖2所示，該模擬量炮的水平旋 轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要由伺服電機(jī)8、旋轉(zhuǎn)位置傳感器7、軸承9、蝸桿蝸輪副10和13、手動(dòng)搖柄12、殼 體11等組成，其中伺服電機(jī)、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(jī)驅(qū)動(dòng)，與固定于炮管112上的蝸輪嚙合，實(shí)現(xiàn)了炮身的水平旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。同樣俯仰旋 轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)也是主要由伺服電機(jī)、旋轉(zhuǎn)位置傳感器、軸承、蝸桿蝸輪副、手動(dòng)搖柄、殼體等組成， 其中伺服電機(jī)、蝸桿、軸承等固定于炮管II2上，蝸輪固定在炮管I l上，蝸桿由伺服電機(jī)驅(qū) 動(dòng)，與固定于炮管I的蝸輪嚙合，實(shí)現(xiàn)了炮身的俯仰旋轉(zhuǎn)動(dòng)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(hào)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(jī)驅(qū) 動(dòng)安裝于炮體上的蝸桿蝸輪副，實(shí)現(xiàn)炮的水平旋轉(zhuǎn)和俯仰旋轉(zhuǎn)。安裝在伺服電機(jī)上的旋轉(zhuǎn) 位置傳感器輸出的旋轉(zhuǎn)角度信號(hào)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(shí)時(shí)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(dòng)與氣缸相連的氣動(dòng)閥門，氣體壓力 推動(dòng)推桿，控制噴嘴張合，實(shí)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(yuǎn)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)利要求書確定的本實(shí)用新型的精神和范圍的條件 下，還可以對(duì)以上內(nèi)容進(jìn)行各種各樣的修改。因此本實(shí)用新型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(jī)構(gòu)、俯仰旋轉(zhuǎn)機(jī)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(jī)構(gòu)和俯仰旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)均包括伺服電機(jī)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(hào)，并根據(jù)該位置信號(hào)控制伺服電機(jī)，從而使水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行水平旋轉(zhuǎn)，或者使俯仰旋轉(zhuǎn)機(jī)進(jìn)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(jī)構(gòu)還包括軸承、蝸桿、蝸輪、手動(dòng)搖柄和殼體；其中伺服電機(jī)、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(jī)驅(qū)動(dòng)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(jī)構(gòu)還包括軸承、蝸桿、蝸輪、手動(dòng)搖柄和殼體；其中，伺服電機(jī)、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(jī)驅(qū)動(dòng)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(hào)采集模塊和操控手柄；第二微處理器接入CAN總線；信號(hào)采集模塊采集操控手柄產(chǎn)生的信號(hào)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(hào)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(hào)控制水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)或俯仰旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
5. 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 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(hào)，并依據(jù)該信號(hào)控制水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)或俯仰旋轉(zhuǎn) 機(jī)構(gòu)進(jìn)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(jī)構(gòu)， 以實(shí)現(xiàn)炮噴嘴進(jìn)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(duì)噴嘴開啟信號(hào)和第一微處理 器發(fā)送的位置信號(hào)進(jìn)行處理，以在LED顯示器實(shí)時(shí)顯示模擬量消防炮的位置。
專利摘要本實(shí)用新型涉及基于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(jī)構(gòu)、俯仰旋轉(zhuǎn)機(jī)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(jī)構(gòu)和俯仰旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)均包括伺服電機(jī)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(hào)，并根據(jù)該位置信號(hào)控制伺服電機(jī)，從而使水平旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行水平旋轉(zhuǎn)，或者使俯仰旋轉(zhuǎn)機(jī)進(jìn)行俯仰旋轉(zhuǎn)。本實(shí)用新型采用CAN總線通信技術(shù)，線束簡(jiǎn)單，可靠性高，抗干擾性強(qiáng)，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(jiǎn)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(hào)G05B19/418GK201469948SQ20092015837
公開日2010年5月19日 申請(qǐng)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(qǐng)人:北京中卓時(shí)代消防裝備科技有限公司