基于无线通信的消防系统设计;电气学院;张露露;XXXX年

安徽工业大学毕业设计（论文）说明书I┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊基于无线通信的消防系统设计测控和技术与仪器专业张露露（079064033）指导老师：骆雅琴副教授摘要近年来，我国的室内火灾检测主要以一氧化碳气体传感器和烟雾传感器为主，但是应对快速起火的场合和少烟火灾的危险场合就不能够满足要求，本设计主要针对地下超市、室内快速起火或仓库消防，通过检测火源特有的红外光波与环境相对比，这样会比一般的烟雾传感器的消防设备更灵敏，响应速度更快。在检测到火险之后会通过无线通信网络发送至主机，由主机发出声光报警信号，并无用液晶屏显示实时状态。针对那些快速起火而又不能人为接近的危险场合，可以通过线遥控操作的灭火机器人，应用自吸水泵喷水灭火，从而减少人员伤亡，保证生命财产安全。关键词：消防系统，无线通信，传感器，机器人安徽工业大学毕业设计（论文）说明书II┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ABSTRACTInrecentyears,mainlyinthedetectionofindoorfireandsmokesensorscarbonmonoxidegassensor-based,butfromthefastresponseFiresituationsandlessriskoffirewheresmokewillnotbeabletomeettherequirementsforthedesignofthemainundergroundsupermarket,indoorrapidfireOrwarehousefire,thefirebydetectingtheinfraredlightsourceandenvironmentuniquetotherelativeratio,itwillsmokethanfiresensorDevicesmoresensitive,quickerresponse.Afterthefirewillbedetectedbywirelesscommunicationnetworktoahost,thehostAudiblealarmsignals,andusetheLCDscreendisplaysreal-timestatus.RapidfireforthosewhocannotclosethedangerousfieldofhumanTogether,canbeoperatedbywirelessremotecontrolfirefightingrobot,applicationself-primingsprinklerpumps,therebyreducingcasualtiesandensureLivesandproperty.Keywords:firesystems,wirelesscommunications,sensors,robots安徽工业大学毕业设计（论文）说明书共45页第1页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第一章绪论1.1课题研究目的及意义1.1.1背景介绍随着城市建设的发展，火险隐患不断增加，重特大火灾发生几率呈上升趋势。目前，在各建筑物内安装的火灾探测报警系统及消防设施，在早期发现火灾警情和预防火灾方面发挥了重要作用，但在实际使用过程中暴露出的产品质量、设备管理、警情处理等方面问题也日益突出，严重影响了火灾探测报警设备功能的正常发挥。以现代通信和网络传输技术为基础发展起来的火灾自动报警联网监控技术，可以确保火灾探测报警系统和消防安全设施正常运行并发挥其应有作用，通过传输火灾探测报警系统的设备运行数据和报警信息，为消防监管和灭火救援部门提供强有力支持，实现缩短报警时间，准确迅速扑救火灾，提高整体防灾减灾技术水平。火灾自动报警联网监控技术在国外发达国家和地区较早得到应用，我国此项技术的应用研究起步于上世纪九十年代中期，但在近些年得到快速发展。目前已有多家科研院所和厂家致力于研发适合我国消防领域特点的火灾自动报警监控联网技术及相关产品，在部分城市建立了火灾报警监控网络系统，在消防监控和灭火救援方面发挥了重要作用。火灾报警监控网络系统一般由火灾报警监控终端(亦称为火警传输设备，简称监控终端)、报警监控通信网、报警监控中心三部分组成。目前消防报警产品市场上生产和销售的火灾探测报警系统设备多不具备联网通信功能。建立城市规模的火灾自动报警监控联网系统，需要为消防安全单位的火灾探测报警系统额外配备监控终端，重新进行安装、布线、调试，程序繁琐复杂。而嵌入式模块化设计的监控终端，可以采用OEM方式直接供给火灾探测报警系统的生产厂家，与其系统融为一体，在使用中不影响原有火灾探测报警系统的结构、功能状态和电气性能，并进一步拓宽延伸其系统功能，实现联网通信，直接向监管中心或消防中心提供详细准确的报警部位、报警类型、系统运行状态、故障信息、工作记录等信息，并可实现设备远程数据维护功能。此种直接向企业提供火灾报警监控联网嵌入式OEM产品的方式，可以避免火灾探测报警系统生产厂家的重复性技术研发投入，进安徽工业大学毕业设计（论文）说明书共45页第2页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊而利于降低其产品成本。此种方式可进一步拓展火灾自动报警监控联网技术产品的应用范围[1]。火灾是国内外普遍关注的灾难性问题。它是发生频率较高的一种灾害，在任何时间、任何地区都可能发生。尤其是在仓库，地下超市等地，由于面积过大、建筑复杂，加上有线通信施工不便，因此给实时有效地对火灾进行监控带来困难。而火灾的监控点在于对火焰的监控，只有在火焰刚生成时就及时报警才能有效地避免灾难的发生。消防机器人是一类实用型机器人，它能替代消防救援人员进入易燃、易爆、有毒、有害、易坍塌建筑物、大型仓库堆垛以及缺氧、浓烟等室内外危险灾害现场，进行现场探测、侦察等活动，并可将采集到的信息(图像、语音、数据)进行即时处理和实时传输。有效地解决了消防人员在上述场所所面临的持续侦察时间短、数据采集量不足和不能实时反馈信息等问题。利用该机器人可以对现场的有毒有害气体、可燃气体、环境温度、辐射热等环境参数以及现场的图像、语音等进行实时采集和传输，现场指挥人员可以根据其实时反馈的侦察结果，对现场的疏散、隔离、防护、封堵、洗消、灭火等救援工作作出正确、合理的决策，为抢险救灾节省了大量的时间。这些都将需要消防机器人在灾害现场具有可靠的救援功能、信息综合功能和人机交互功能[5]。1.1.2研究目的与意义据专家介绍，2002年全国共发生火灾2583158，死亡2393人，直接财产损失15.4亿元。平均每天死6.5人；平均每天直接财产损失421.918万元。一天的直接财产损失可以买10台消防灭火机器人，但人的死亡是无法补偿的。另外据统计，全国公安消防部队1998年以来，共有131名消防官兵在灭火和抢险救援战斗中壮烈牺牲，693人光荣负伤。我国消防部队装备的落后导致了许多战士的牺牲。现在早期预警、自动报警，对消防部队快速准确扑救火灾起到重要作用，真正体现火灾自动报警监控联网技术的应用意义。多信息技术是未来火灾自动报警监控联网技术的主要发展方向。火灾自动报警监控联网技术是消防安全报警技术的组成部分，是对现有火灾探测报警技术及功能的延伸和拓展，实现消防监管部门对各建筑物内火灾探测报警系统的城市规模大区域监控管理，将火灾探测报警和消防监管、通信指挥、灭火救援有机结合起来，最大限度减少火灾造成的人民生命和财产损失。安徽工业大学毕业设计（论文）说明书共45页第3页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊随着城市建设规模的不断扩大和消防安全意识不断增强，火灾自动报警监控联网技术必将得到进一步推广应用，成为消防安全报警领域中新的增长点。现代火灾不仅是对人类社会造成巨大的危害，同时也是对消防队伍的严峻考验。我国公安消防队伍每年都有多名消防战士牺牲在火场上。这些对社会、对部队都造成不可估量的损失。我国消防机器人技术的发展不但是对消防部队抢险救灾能力的提高，起到减少国家财产损失和灭火救援人员伤亡的作用，同时也对我国机器人技术、通信控制技术、计算机技术等多学科领域技术的发展起到积极的作用和深远的影响。消防的社会意义在于它将对人类生存安全作为终极关怀，消防装备作为一种重要的火灾扑救手段，已经在消防灭火救援中显示越来越重要的作用。根据我国消防部队在易燃、易爆、易坍塌、高温、强辐射热及有毒有害等高危险火灾现场进行近距离灭火作战的要求，公安部上海消防研究所追踪国外消防灭火机器人技术发展的前沿，对消防灭火机器人进行了三轮研制，继而完成了履带型消防灭火机器人、轮胎型消防灭火机器人的工业性试验及应用研究。消防灭火机器人可在救灾人员的控制下，自行进入火场扑救，对油罐、液化石油气罐、石化装置等火灾可进行近距离作战，对相关的部位进行灭火喷射或进行喷水冷却保护。在进行化学有害物质泄露事故的处置过程中，可使用消防灭火机器人对大面积流淌物或有毒有害气体进行喷水、喷雾洗消和稀释，并已进行了消防灭火机器人工业性试验以及结合石化、油罐区等典型场所进行行驶、越野和喷射等应用试验，研究解决了一些消防实战的关键技术问题。灭火机器人属于消防机器人的一种类型，而消防机器人则是机器人家族中的一个年轻成员，近年来美国、英国、日本、法国等发达国家对消防机器人技术的研究就已经开始，目前已有多种不同功能的消防机器人可用于火灾现场。消防机器人的作用主要体现在以下四个方面：（1）携带灭火剂进行灭火；（2）代替消防人员侦察火灾现场的情况；（3）救护伤者和受困于大火中的人员；（4）清理火灾现场中的危险品和阻碍消防人员接近火场的残骸。安徽工业大学毕业设计（论文）说明书共45页第4页┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1.2国际国内研究现状进入二十一世纪后，机器人技术的不断发展使得机器人的应用领域不断扩展，从以往多应用于工业领域而渐渐融入人们的生活。消防机器人作为消防部队中的新兴力量，加入了抢险救灾的行列。从1986年日本东京消防厅首次在灭火中采用了“彩虹5号”机器人后，消防机器人就逐渐在灭火救灾领域得到广泛的应用，消防机器人技术也得到快速的发展。国际上消防机器人的研制主要可分为三代，第一代是程序控制消防机器人，第二代是具有感觉功能的消防机器人，第三代是智能化消防机器人。目前发达国家正在加快开发具有不同功能的实用型的第二代消防机器人和第三代低级智能化消防机器人，着手研究第三代高级智能机器人。一些工业发达国家把研究开发消防机器人列入国家技术发展规划，将它作为经济发展的一个重要保证手段。国际上日本和美国是消防机器人技术先进的国家，日本投入应用的消防机器人最多。80年代，日本研制了不少于5种型号的自动行驶灭火机器人，分别配备于大贩、东京、高石、太田、蒲田等消防部门，这类机器人以内燃机或电动机作为动力，配置驱动轮或履带式行驶机构，能爬坡、越障碍；装有较大喷射流量的消防枪炮。能作俯仰和左右回转；装有气体检测仪器和电视监视设备；通过电缆或无线控制，控制距离最大为100－150m。另一类机器人为侦察、抢险机器人，除装有气体检测仪器和电视监视器设备外，还装有机械手，能通过遥控处理危险物品。日本东京消防厅研制的用于掌握火灾现场情况的侦察机器人装有红外电视摄像机、温度传感器、浓烟中摄像装置、烟气浓度分析装置、温度传感器、收音和扩音装置等。具有爬楼梯和打开房门等功能，机器人长2.3m，宽0.75m，能够上下楼梯（倾斜度不超过42°），在楼梯台阶上能自由转向；具体侦察内容包括火灾内部情况、是否有人、着火点位置、周围温度、烟气浓度和发出的各种声响等。美国Automatika，Inc.公司与CarnegieMellonUniversity联合研制的侦察机器人Pandora是根据城市地形所设计的侦察机器人，该机器人采用履带车轮驱动平台，