智能灭火器

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本发明智能灭火器包括喷水体和电控箱，喷水体与电控箱之间通过多芯电缆相连。所述的喷水体包括上机体和下机体两部分。上机体包括主水管、水平步进电机和垂直步进电机等。下机体包括下机座和喷水嘴座等。在喷水嘴座上设有一个以上的喷水嘴。在下机座右端设置有安装水平搜索传感器的水平搜索传感器座和安装垂直搜索传感器的垂直搜索传感器座。上机体内设有霍尔开关座。在所述的电控箱内设有控制系统、监视传感器、报警系统和电源装置。控制系统的核心器件是主单片微机。报警系统能用语音和消防车声两种方式报警。该智能灭火器对火源定位准确，可靠；搜索火源时间短，速度快，从点火到对准火源喷水的时间不超过20秒；成本低，安装方便。

1.一种智能灭火器，包括喷水体(1)、电控箱(2)和多芯电缆(3)，喷水体(1)与电控箱(2)之间通过多芯电缆(3)相连，其特征在于：所述的喷水体(1)包括上机体(A)和下机体(B)两部分；上机体(A)包括与外界给水管网相连的主水管(15)和设置在主水管(15)两侧的水平步进电机(16)与垂直步进电机(14)；所述的下机体(B)包括下机座(7)和喷水嘴座(9)，喷水嘴座(9)上设有一个以上的喷水嘴(8)；在下机座右端设置有安装在水平搜索传感器座(4)上的水平搜索传感器(40)和安装在垂直搜索传感器座(5)上的垂直搜索传感器(50)；在所述的上机体(A)内设有安装在霍尔开关座(18)上的无触点霍尔开关；在所述的电控箱(2)内设有用于收集火灾信息的监视传感器(22)，用于处理火灾信息、发出控制命令的控制系统(21)，用于发出报警信号的报警系统(23)和给整个灭火器提供电能的电源装置(24)；当发现火情时，控制系统(21)首先启动水平步进电机(16)转动，带动水平搜索传感器(40)在水平方向搜索火源，同时多路转换开关(212)将水平搜索传感器(40)的信号端与低通滤波器(213)接通，确定火源所在的方位；当找到火源所在的方位后，启动垂直步进电机(14)转动，带动垂直搜索传感器(50)在垂直方向搜索火源，同时多路转换开关(212)将垂直搜索传感器(50)的信号端与低通滤波器(213)接通，确定火源的具体位置；无论水平搜索火源还是垂直搜索火源，都采用两遍扫描：第一遍扫描，正扫，采样与步进电机(16或14)转动同步进行，每采一次样，将峰值检波器(215)中的记忆电容充放电一次，这一遍扫描获得整个监控空间内所有可疑火点的热辐射值和坐标；第二遍扫描，回扫，步进电机(16或14)带动搜索传感器(40或50)依次对准每一个可疑火点，根据火焰的闪烁频率和热辐射值进行判别，确定真正的火源。 2.根据权利要求1所述的智能灭火器，其特征在于：所述的水平搜索传感器座(4)、垂直搜索传感器座(5)均与喷水嘴座(9)固定在一起。 3.根据权利要求1所述的智能灭火器，其特征在于：所述的控制系统(21)包括主单片微机(211)、多路转换开关(212)、低通滤波器(213)、电压放大器(214)、电压比较器(216)、峰值检波器(215)、水平步进电机驱动器(217)、垂直步进电机驱动器(218)；安装在水平搜索传感器座(4)上的水平搜索传感器、安装在垂直搜索传感器座(5)上的垂直搜索传感器和设置在电控箱(2)内的监视传感器(22)将采集到的火焰信号经多路转换开关(212)输入低通滤波器(213)，再经过电压放大器(214)放大，分两路输出：一路送至电压比较器(216)，变换成矩形脉冲信号，然后送至主单片微机(211)I/O口；另一路送至峰值检波器(215)输入端，测量火焰热辐射的幅值，峰值检波器的输出接主单片微机(211)A/D输入端；主单片微机(211)的输出控制线分别接水平步进电机驱动器(217)、垂直步进电机驱动器(218)和电磁阀(219)。 4.根据权利要求3所述的智能灭火器，其特征在于：所述的峰值检波器(215)由一片高输入阻抗的双运算放大器芯片LF353、晶体管T、高输入阻抗的场效应管T～T、记忆电容C、电阻R～R组成；晶体管T的集电极接场效应管T的栅极，T的漏极接电源+12V，T的源极接电阻R的一端，R的另一端接场效应管T的漏极，T的源极接记忆电容C的一端，T的栅极接LF353的1脚；+12V电源、场效应管T、电阻R、场效应管T构成记忆电容C的充电回路；场效应管T的源极与记忆电容C一端相连并接地，T的漏极通过电阻R接电容C的另一端；电阻R、场效应管T构成记忆电容C的放电回路；晶体管T的基极通过电阻R与场效应管T的栅极连在一起的K点，接主单片微机(211)的输出引脚，主单片微机(211)通过此引脚输出信号控制记忆电容C的充电和放电。 5.根据权利要求4所述的智能灭火器，其特征在于：所述的记忆电容C采用聚丙烯电容器。 6.根据权利要求3所述的智能灭火器，其特征在于：所述的监视传感器(22)由四个传感器组成，每两个传感器合用一个输入通道，监视传感器共用两个输入通道。 7.根据权利要求1所述的智能灭火器，其特征在于：所述的报警系统(23)包括从单片微机(231)、语音芯片(232)、用于设置楼层号和房间号的拨码开关(233)、消防车声芯片(234)、三态缓冲器(235)、功率放大器(236)和扬声器(237)；从单片微机(231)接受控制系统(21)中的主单片微机(211)的控制信号；拨码开关(233)将开关量输入从单片微机(231)，从单片微机(231)控制语音芯片(232)，将单个语音合成语句输出，报警时，消防车声芯片(234)和语音芯片(232)将信号送给三态缓冲器(235)，经过功率放大器(236)放大，由扬声器(237)交替输出消防车声和语音报警。 8.根据权利要求1所述的智能灭火器，其特征在于：所述的下机体(B)在水平步进电机(16)驱动下能水平转动，带动水平搜索传感器在水平方向搜索；下机体(B)的喷水嘴(8)和水平搜索传感器(40)、垂直搜索传感器(50)在垂直步进电机(14)的驱动下能俯仰转动，带动垂直搜索传感器在垂直方向搜索；用无触点的霍尔开关控制水平转动和俯仰转动的行程。

技术领域

本发明属于消防设备技术领域，是一种悬挂于屋顶上的集传感技术、电子技术、计算机软硬件技术于一体的机电一体化智能灭火器。 

背景技术

在当今信息化时代，要提高灭火器的性能，必须采用计算机技术，使灭火器智能化。所谓智能灭火器，应该是以计算机软硬件技术为基础，能够自动处理火灾信息，自动报警，对火灾探测、火源定位和定向灭火实行自动控制的灭火器。 

目前在市场上和有关文件上出现了智能灭火器或智能灭火装置。这些智能灭火器或智能灭火装置大致分为两种：第一种，根本没有采用计算机技术，显然不是智能灭火器。例如专利申请号为“01135612·X”的智能灭火器就属于这一种；第二种，虽然采用了单片微机，但只利用了单片微机部分控制功能，没有应用单片微机的数字运算、数据处理功能，智能化程度低。这类灭火器或灭火装置，采用电压比较法定位火源，在搜索火源过程中，把传感器采集的火焰信号转换成电压，经过电压放大后与电位器设定的电压比较，当采集的火焰信号电压大于电位器设定的电压时，就认为找到了火源。显然这种定位火源的方法条件不充分，缺乏科学根据，很难做到可靠准确地灭火。针对上述问题，本发明提出新的技术方案。 

发明内容

为克服上述现有技术的缺陷，本发明提供一种提高灭火器的性能和智能化程度的智能灭火器。 

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下： 

一种智能灭火器，包括喷水体1和电控箱2，所述的喷水体1与电控箱2之间通过多芯电缆3相连。所述的喷水体1包括上机体A和下机体B两部分。上机体A 包括与外界给水管网相连的主水管15和设置在主水管15两侧的水平步进电机16与垂直步进电机14；所述的下机体B包括下机座7和喷水嘴座9，喷水嘴座9上设有一个以上的喷水嘴8；在下机座7右端设置有用于安装进行水平搜索的水平搜索传感器40的水平搜索传感器座4和用于安装进行垂直方向搜索的垂直搜索传感器50的垂直搜索传感器座5；在所述的上机体A内设有用于安装霍尔开关的霍尔开关座18；在所述的电控箱2内设有用于收集火灾信息的监视传感器22、用于处理火灾信息并发出控制命令的控制系统21、用于发出报警信号的报警系统23和给整个灭火器提供电能的电源装置24。 

所述的智能灭火器，所述的水平搜索传感器座4、垂直搜索传感器座5均与喷水嘴座9固定在一起。 

所述的智能灭火器，所述的水平步进电机16和垂直步进电机14安装在电机托板17上，电机托板17的下方有水平直齿轮11和垂直直齿轮13；所述的下机体B安装在下机座板20上；在下机座7上设有大伞齿轮6，在上机体A和下机体B之间设有小伞齿轮10；下机体B在水平步进电机16驱动下能水平旋转；所述的霍尔开关座18设置在电机托板17的底部。 

所述的智能灭火器，所述的控制系统21包括主单片微机211、多路转换开关212、低通滤波器213、电压放大器214、电压比较器216、峰值检波器215、水平步进电机驱动器217、垂直步进电机驱动器218；设置在水平搜索传感器座4上的水平搜索传感器、设置在垂直搜索传感器座5上的垂直搜索传感器和设置在电控箱2内的监视传感器22将采集到的火焰信号经多路转换开关212输入低通滤波器213，再经过电压放大器214放大，分两路输出： 

一路送至电压比较器216，变换成矩形脉冲信号，然后送至主单片微机211的I/O口，测量火焰的闪烁频率； 

另一路送至峰值检波器215输入端，测量火焰热辐射的幅值，峰值检波器的输出接主单片微机211的A/D输入端，将测得的幅值电压转换成数字信息； 

主单片微机211的输出控制线分别接水平步进电机驱动器217、垂直步进电机驱动器218和电磁阀219，控制步进电机转动和电磁阀的开启或关闭。 

所述的峰值检波器215由一片高输入阻抗的双运算放大器芯片LF353、晶体管T1、高输入阻抗的场效应管T2～T4、记忆电容C、电阻R1～R7组成。晶体管T1的集电极接场效应管T2的栅极，T2的漏极接电源+12V，T2的源极接电阻R5的一端，R5的另一端接场效应管T3的漏极，T3的源极接记忆电容C的一端，T3的栅极接LF353的1脚；+12V、场效应管T2、电阻R5、场效应管T3构成记忆电容C的充电回路；场效应管T4的源极与记忆电容C一端相连并接地，T4的漏极通过电阻R6接电容C的另一端；电阻R6、场效应管T4构成记忆电容C的放电回路；晶体管T1的基极通过电阻R4与场效应管T4的栅极连在一起的K点，接主单片微机211的输出引脚，主单片微机211通过此引脚输出信号控制记忆电容C的充电和放电；当K点为低电平时，场效应管T2导通，场效应管T4截止，只要输入电压Vi高于记忆电容C两端电压，+12V电源就通过充电回路对记忆电容C充电；当K点为高电平时，场效应管T2截止，断开充电回路，场效应管T4导通，记忆电容C通过电阻R6、场效应管T4放电。 

所述的智能灭火器，所述的记忆电容C采用聚丙烯电容器。 

所述的智能灭火器，所述的监视传感器22由四个传感器组成，每两个传感器合用一个输入通道，监视传感器共用两个输入通道。 

所述的智能灭火器，所述的报警系统23包括从单片微机231、语音芯片232、用于设置楼层号和房间号的拨码开关233、消防车声芯片234、三态缓冲器235、功率放大器236、扬声器237；从单片微机231接受控制系统21中的主单片微机211发出的报警命令；从单片微机231将拨码开关233输入的开关量转换成十进制数，然后查语音芯片232中的语音单词表，将单个语音合成语句输出。报警时，消防车声芯片234和语音芯片232将信号送给三态缓冲器235，经过功率放大器236放大，由扬声器237交替输出消防车声和语音报警，用语音报告发生火灾的房间号或场所名称。 

所述的智能灭火器，采用两遍扫描定位火源：第一遍扫描，正扫；第二遍扫描，回扫；所述的下机体B在水平步进电机16驱动下能水平转动，带动水平搜索传感器在水平方向搜索；下机体B的喷水嘴8和水平搜索传感器40、垂直搜索传 感器50在垂直步进电机14的驱动下能俯仰转动，带动垂直搜索传感器在垂直方向搜索；用无触点的霍尔开关控制水平转动和俯仰转动的行程。 

所述的智能灭火器，确定火源的方法是：当发现火情时，控制系统21首先启动水平步进电机16转动，带动水平搜索传感器40在水平方向搜索火源，同时多路转换开关212将水平搜索传感器40的信号端与低通滤波器213接通，确定火源所在的方位；当找到火源所在的方位后，启动垂直步进电机14转动，带动垂直搜索传感器50在垂直方向搜索火源，同时多路转换开关212将垂直搜索传感器50的信号端与低通滤波器213接通，确定火源的具体位置。 

无论水平搜索火源还是垂直搜索火源，都采用两遍扫描：第一遍扫描，正扫，采样与步进电机16或14转动同步进行，每采一次样，将峰值检波器215中的记忆电容充放电一次，这一遍扫描获得整个监控空间内所有可疑火点的热辐射值和坐标；第二遍扫描，回扫，步进电机16或14带动搜索传感器40或50依次对准每一个可疑火点，根据火焰的闪烁频率和热辐射值进行判别，确定真正的火源。 

使用本发明的有益效果在于：这种智能灭火器探测火灾灵敏度高，对火源定位准确，性能可靠，经过上千次的点火试验，每次喷水嘴都对准火源，无一次失败；搜索火源时间短、速度快，从点火到对准火源喷水的时间不超过20秒，能在发生火灾的初始阶段迅速扑灭火焰；当找到火源时，能发出消防车声报警，并用语音报告发生火灾的房间号或场所名称，体现火灾报警人性化；成本低，安装方便，是一种理想的智能灭火设备。 

附图说明

图1为智能灭火器总体示意图； 

图2为喷水体的剖视内部结构示意图； 

图3为电控箱内控制系统电路方框图； 

图4为峰值检波器电路原理图； 

图5为报警系统电路方框图； 

图6为控制程序流程图。 

具体实施方式

先重点介绍一下本发明的设计思路。 

本发明智能灭火器要做到迅速、准确、可靠地灭火，其技术方案必须解决两个关键技术问题：第一，如何识别火焰；第二，如何定位火源。 

对于第一个关键技术问题，本发明的解决方案是：采用两种参数识别火焰，一个是火焰的闪烁频率；另一个是火焰的热辐射值。下面说明如何测量这两个参数。 

传感器采集的火焰信号经过低通滤波、电压放大后，滤去高频信号，留下的是反映火焰特征的低频信号，将此信号经过整形变成矩形脉冲信号，送至单片微机I/O口，利用单片微机的捕获功能测量火焰的闪烁频率。 

火焰的热辐射是周期变化的，为了便于测量，取热辐射的幅值电压表示热辐射大小。热辐射的幅值电压这样测量：传感器采集的火焰信号经过低通滤波、电压放大后，送至峰值检波器输入端，在单片微机控制下对记忆电容充电，由于充电时间常数很小，在几十微秒时间内记忆电容两端电压就被充至幅值电压并保持住。得到的幅值电压送至单片微机A/D输入端，经过A/D转换变成数字信息存于内存中，供软件计算和处理。 

对于第二个关键技术问题，解决方案是：采用两遍扫描。 

当发现火情时，控制系统启动步进电机转动，带动搜索传感器搜索火源。第一遍扫描，正扫，采样与步进电机转动同步进行，每采一次样，对记忆电容充放电一次。步进电机的转速和齿轮传动比是已知的，每次采样的时间间隔是一定的，根据这三个数据就能计算出每个采样点相对于搜索传感器起始点的坐标。在监控空间内，不光有火焰，可能还有阳光、灯光和其他热辐射源，所以第一遍扫描得到的是整个监控空间内所有可疑火点的热辐射值和坐标。紧接着进行第二遍扫描，回扫。步进电机驱动搜索传感器依次对准每一个可疑火点，根据火焰的闪烁频率和热辐射值进行判别，确定真正的火源。 

一般的灭火器采用蜂鸣器报警，声音小，不引起人们注意。本发明对报警器做了改进。本发明的报警系统由语音芯片、消防车声芯片、单片微机、拨码开关、三态缓冲器、功率放大器、扬声器组成。事先通过话筒将数字和单词录在语 音芯片中，形成一个语音单词表，用拨码开关设置楼层号和房间号。单片微机将拨码开关输入的开关量转换成十进制数，然后查语音单词表，将单个语音合成语句输出。报警时，消防车声和语音交替输出，用语音报告发生火灾的房间号或场所名称，如301房间、办公室、实验室等，体现火灾报警人性化。 

下面结合附图对本发明进行详细描述。 

如图1和图2所示，智能灭火器包括喷水体1和电控箱2，喷水体1与电控箱2之间通过多芯电缆3相连。喷水体1悬挂在室内屋顶上，通过短接与电磁阀的一端连接，电磁阀的另一端接在供水管网上。电控箱2挂在墙壁上。所述的喷水体1包括上机体A和下机体B两部分；上机体A包括与电磁阀相连的主水管15和设置在主水管15两侧的水平步进电机16、垂直步进电机14；所述的下机体B包括下机座7和喷水嘴座9，喷水嘴座9上设有一个以上的喷水嘴8；在下机座右端设置有用于安装水平搜索传感器40的水平搜索传感器座4和用于安装垂直搜索传感器50的垂直搜索传感器座5。在所述的上机体A内设有用于安装霍尔开关的霍尔开关座18。在所述的电控箱2内设有用于收集火灾信息的监视传感器22，用于处理火灾信息、发出控制命令的控制系统21，用于发出报警信号的报警系统23和给整个灭火器提供电能的电源装置24。所述的水平搜索传感器座4、垂直搜索传感器座5均与喷水嘴座9固定在一起。所述的水平步进电机16和垂直步进电机14安装在电机托板17上；在电机托板17的下方有水平直齿轮11和垂直直齿轮13；所述的下机体B固定在下机座板20上；在下机座7上设有大伞齿轮6，在上机体A和下机体B之间设有小伞齿轮10；下机体B在水平步进电机16驱动下能水平旋转；所述的霍尔开关座18设置在电机托板17的底部。 

如图3所示，所述的智能灭火器，所述的控制系统21包括主单片微机211、多路转换开关212、低通滤波器213、电压放大器214、电压比较器216、峰值检波器215、水平步进电机驱动器217、垂直步进电机驱动器218；设置在水平搜索传感器座4上的水平搜索传感器、设置在垂直搜索传感器座5上的垂直搜索传感器和设置在电控箱2上的监视传感器22将采集到的火焰信号经多路转换开关212输入低通滤波器213，再经过电压放大器214放大，分两路输出： 

一路送至电压比较器216，变换成矩形脉冲信号，然后送至主单片微机211的I/O口，测量火焰的闪烁频率； 

另一路送至峰值检波器215输入端，测量火焰热辐射的幅值，峰值检波器的输出接主单片微机211的A/D输入端，将测得的幅值电压转换成数字信息； 

主单片微机211在确认有火情后，将驱动信号送给水平步进电机驱动器217驱动水平步进电机16转动，或者送给垂直步进电机驱动器218驱动垂直步进电机14转动；在灭火过程中，主单片微机211输出控制信号给电磁阀219，控制电磁阀219的开启或关闭。 

所述的监视传感器22由四个传感器组成，每两个传感器合用一个输入通道，监视传感器22共占用两个输入通道。 

如图4所示，所述的峰值检波器215由一片高输入阻抗的双运算放大器芯片LF353、晶体管T1、高输入阻抗的场效应管T2～T4、记忆电容C、电阻R1～R7组成。晶体管T1的集电极接场效应管T2的栅极，T2的漏极接电源+12V，T2的源极接电阻R5的一端，R5的另一端接场效应管T3的漏极，T3的源极接记忆电容C的一端，T3的栅极接LF353的1脚，+12V、场效应管T2、电阻R5、场效应管T3构成记忆电容C的充电回路；场效应管T4的源极与记忆电容C一端相连并接地，T4的漏极通过电阻R6接电容C的另一端；电阻R6、场效应管T4构成记忆电容C的放电回路；晶体管T1的基极通过电阻R4与场效应管T4的栅极连在一起的K点，接主单片微机211的输出引脚，主单片微机211通过此引脚输出信号控制记忆电容C的充电和放电；当K点为低电平时，场效应管T2导通，场效应管T4截止，只要输入电压Vi高于记忆电容C两端电压，+12V电源就通过充电回路对记忆电容C充电；当K点为高电平时，场效应管T2截止，断开充电回路，场效应管T4导通，记忆电容C通过电阻R6、场效应管T4放电。 

记忆电容C采用聚丙烯电容器。记忆电容的充电时间常数很小，在几十微秒时间内，其两端电压就被充至信号幅值。 

如图5所示，所述的报警系统23包括从单片微机231、语音芯片232、用于设置楼层号和房间号的拨码开关233、消防车声芯片234、三态缓冲器235、功率放大器236、扬声器237。从单片微机231受控制系统21中的主单片微机211发 出的报警命令控制。从单片微机231将拨码开关233输入的开关量转换成十进制数，然后查语音芯片232中的语音单词表，将单个语音合成语句输出；报警时，消防车声芯片234和语音芯片232将信号送给三态缓冲器235，经过功率放大器236放大，由扬声器237交替输出消防车声和语音报警，用语音报告发生火灾的房间号或场所名称。 

主单片微机和从单片微机都采用美国德州仪器公司生产的系列单片微机，主单片微机采用64脚封装的MSP430F135，从单片微机采用28脚封装的MSP430F123。 

所述的下机体B在水平步进电机16驱动下能水平转动，下机体B的喷水嘴8和水平搜索传感器40、垂直搜索传感器50在垂直步进电机14的驱动下能俯仰转动；用无触点的霍尔开关控制水平转动和俯仰转动的行程。 

所述的智能灭火器，确定火源的方法是：当发现火情时，控制系统21首先启动水平步进电机16转动，带动水平搜索传感器40在水平方向搜索火源，同时多路转换开关212将水平搜索传感器40的信号端与低通滤波器213接通，确定火源所在的方位；当找到火源所在的方位后，启动垂直步进电机14转动，带动垂直搜索传感器50在垂直方向搜索火源，同时多路转换开关212将垂直搜索传感器50的信号端与低通滤波器213接通，确定火源的具体位置。 

无论水平搜索火源还是垂直搜索火源，都采用两遍扫描：第一遍扫描，正扫，采样与步进电机16或14转动同步进行，每采一次样，将峰值检波器215中的记忆电容充放电一次，这一遍扫描获得整个监控空间内所有可疑火点的热辐射值和坐标；第二遍扫描，回扫，步进电机16或14带动搜索传感器40或50依次对准每一个可疑火点，根据火焰的闪烁频率和热辐射值进行判别，确定真正的火源。 

结合图6说明智能灭火器工作过程。 

在没有发生火灾时智能灭火器处于监视状态。这时喷水体是静止的，电磁阀关闭，水平搜索传感器和垂直搜索传感器均处于起始位置。 

当发现火情时，监视传感器将火灾信号传送至控制系统。控制系统确认后，首先启动水平步进电机，驱动喷水体的下机体水平转动，带动水平搜索传感器进 行两遍扫描，寻找火源所在的方位。当找到火源的方位后，水平步进电机停止转动，启动垂直步进电机，驱动垂直搜索传感器俯仰转动，同样进行两遍扫描，寻找火源的具体位置。当找到火源后，启动外界供水设备——消防泵，打开电磁阀，喷水嘴对准火源喷水，同时报警。当火焰扑灭后，关闭消防泵和电磁阀。控制系统再次检查监控空间内是否还有火情，如果还有，再次搜索火源，重复上述过程，直到将所有火焰扑灭为止。然后，水平搜索传感器和垂直搜索传感器返回到起始位置，智能灭火器又处于监视状态。 

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。 

本文标签： 灭火器智能