基于分布式热释电传感网络的智能灭火系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于分布式热释电传感网络的智能灭火系统，它主控制器、直角坐标导轨、运动滑块、伺服电机、安装在运动滑块上的机械臂、从控制器、分布式热释电传感器网络、灭火装置，分布式热释电传感器网络的信号输出端连接主控制器的信号输入端，主控制器的信号输出端连接从控制器的信号输入端，从控制器的电机控制信号输出端连接伺服电机的控制端，从控制器的机械臂控制信号输出端连接机械臂的控制端，从控制器的灭火装置控制信号输出端连接灭火装置的控制端。本发明可以实时监控机房火情，并且可以快速高效的预防以及灭火，成本低，易于部署和维护。
【专利说明】
基于分布式热释电传感网络的智能灭火系统及方法
技术领域
[0001]本发明涉及灭火设备技术领域，具体地指一种基于分布式热释电传感网络的智能灭火系统及方法。
【背景技术】
[0002]目前通信、数据等机房灭火方式的缺陷具体表现在:
[0003]1、报警系统精度低。大部分机房使用的还是低级的烟雾报警器，适用性不高，没有预警功能，且报警延迟很高，往往是产生明火一段时间火势较明显后才触发报警，另外发生误判的几率也很高。
[0004]2、灭火方式不合理，自动化程度低。传统灭火方式多为天花板层的水喷头阵列，不能实现定点灭火，这种方式浪费水资源，且水对仪器设备会造成永久性损坏。机房灭火方式针对性差，一点异常，全局灭火，不能集中利用灭火材料，造成了巨大的浪费。
[0005]部署费用高昂，维护成本巨大。许多机房每个机柜部署一套灭火器，整个机房集合巨大，造成了巨大的部署安装成本。此外，灭火器的维护周期短，灭火装置集群需要频繁而复杂的安全维护。
【发明内容】
[0006]本发明就是针对上述技术问题，提供一种基于分布式热释电传感网络的智能灭火系统及方法，本系统可以实时监控机房火情，并且可以快速高效的预防以及灭火，成本低，易于部署和维护。
[0007]为实现上述目的，本发明所设计的一种基于分布式热释电传感网络的智能灭火系统，其特征在于:它包括固定于房间顶部的主控制器、部署在房间上部的直角坐标导轨、与直角坐标导轨滑动配合的运动滑块、安装在运动滑块上且能驱动运动滑块在直角坐标导轨上滑动的伺服电机、安装在运动滑块上的机械臂、安装在机械臂上的从控制器、布置在房间内的分布式热释电传感器网络、安装在机械臂上的灭火装置，所述分布式热释电传感器网络的信号输出端连接主控制器的信号输入端，主控制器的信号输出端连接从控制器的信号输入端，从控制器的电机控制信号输出端连接伺服电机的控制端，从控制器的机械臂控制信号输出端连接机械臂的控制端，从控制器的灭火装置控制信号输出端连接灭火装置的控制端。
[0008]所述直角坐标导轨上的运动滑块有多个，每个运动滑块上均装有对应的伺服电机和机械臂，每个机械臂上均装有从控制器；
[0009]—种利用上述系统的灭火方法，其特征在于，它包括如下步骤:
[0010]步骤1:布置在房间内的分布式热释电传感器网络实时感应房间的热分布，并形成房间的异常热源分布图，分布式热释电传感器网络将所述房间的异常热源分布图发送给主控制器；
[0011]步骤2:主控制器通过所述房间的异常热源分布图判断房间内是否有着火点，如果有着火点，则主控制器根据房间的异常热源分布图确定着火区域的坐标范围，主控制器将着火区域的坐标范围通过主控制器发送给从控制器；
[0012]步骤3:从控制器根据着火区域的坐标范围控制伺服电机和机械臂动作，使机械臂上的灭火装置对准着火点；
[0013]步骤4:从控制器根据伺服电机的工作状态反馈信号和机械臂的工作状态反馈信号，确定机械臂到达着火区域，且机械臂的灭火装置对准着火点后，从控制器控制灭火装置工作实现灭火。
[0014]本发明通过分布式热释电传感器网络中多个传感器数据的融合和分析，实现定点灭火。可以全局监测机房的异常热源，根据识别到的热源进行智能判断，能够实现准确定点的预防、报警以及快速高效的灭火，显著降低了大面积火灾发生的概率，减少了电子设备的损失，从而保护了数据资料。不仅可以减少火灾造成的环境污染和破坏，还可以防止巨大的经济损失。本发明的多个从控制器可以多具联动，集中定点扑灭火源。部署在机房上部的导轨式灭火机器人，环境适应性高。可实现自主学习壁障，灵活机动的全方位控制机房火情，避免了盲目性，实现了定点扑灭。部署灵活，安装和维护成本远低于传统方式。不需要集群安装灭火器，只需要定期维护有限的几台单机，就可以实现整个房间的防火安全布控，特别适用于大型空间部署。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的原理框图；
[0016]图2为本发明的中直角坐标导轨、运动滑块和机械手臂部分的结构示意图。
[0017]图中:I一主控制器、2—直角坐标导轨、3—运动滑块、4一机械臂、5—从控制器、6—分布式热释电传感器网络、7—伺服电机、8—灭火装置。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0019]如图1和图2中所示的一种基于分布式热释电传感网络的智能灭火系统，它包括固定于房间顶部的主控制器1、部署在房间上部的直角坐标导轨2、与直角坐标导轨2滑动配合的运动滑块3、安装在运动滑块3上且能驱动运动滑块3在直角坐标导轨2上滑动的伺服电机
7、安装在运动滑块3上的机械臂4、安装在机械臂4上的从控制器5、布置在房间内的分布式热释电传感器网络6、安装在机械臂4上的灭火装置8，所述分布式热释电传感器网络6的信号输出端连接主控制器I的信号输入端，主控制器I的信号输出端连接从控制器5的信号输入端，从控制器5的电机控制信号输出端连接伺服电机7的控制端，从控制器5的机械臂控制信号输出端连接机械臂4的控制端，从控制器5的灭火装置控制信号输出端连接灭火装置8的控制端。
[0020]上述技术方案中，分布式热释电传感器网络6中的分布式热释电传感器以3.0mX3.0m的机房面积为单位部署，且部署在单位中心位置，所有的分布式热释电传感器组建成网络，及分布式热释电传感器网络6。分布式热释电传感器网络6以非接触形式，通过检测环境中红外辐射的变化来实现对目标物体的跟踪。
[0021]上述技术方案中，所述直角坐标导轨2上的运动滑块3有多个，每个运动滑块3上均装有对应的伺服电机7和机械臂4，每个机械臂4上均装有从控制器5和灭火装置8;
[0022]上述技术方案中，伺服电机7实现精确的运动定位。伺服电机7具有大功率范围、大惯量、最高转动速度低的特点，且最高转速随着功率增大而快速降低，适用于低速平稳运动。
[0023]所述主控制器I的信号输出端连接对应的从控制器5的信号输入端，每个从控制器5的电机控制信号输出端连接对应的伺服电机7的控制端，每个从控制器5的机械臂控制信号输出端连接对应的机械臂的控制端，每个从控制器5的灭火装置控制信号输出端连接对应的灭火装置8的控制端。
[0024]上述技术方案中，本系统有一个主控制器I和多个从控制器5，主控制器I固定于房间某一位置，从控制器5与上部灭火机器人连接在一起。主控制器I通过接收分布式热释电传感器网络6的信号，对从控制器5进行控制，从控制器5利用比例、积分、微分(PID)计算出控制量对伺服电机7、机械臂4和灭火装置8进行控制。
[0025]上述技术方案中，机械臂4为多关节多轴联动结构，分为三节，每节由一个电机控制，可以绕关节旋转。通过对机械臂4进行运动学建模，建立正运动学方程，得到机械臂末端相对于直线定位单元的位姿，建立逆运动学方程并求运动学逆解，得到特定位姿下的关节变量，通过不断地求运动学正解和逆解，控制电机进行精准地转动，实现机械臂末端点到点之间的精确移动，从而将灭火装置的灭火喷头送到异常热源附近。
[0026]上述技术方案中，所述分布式热释电传感器网络6包括多个热释电传感单元，每个热释电传感单元包括热释电传感器、无线传输模块和光学滤镜，所述光学滤镜安装在热释电传感器的传感探头上，所述热释电传感器的信号输出端通过无线传输模块连接主控制器I的信号输入端。
[0027]上述技术方案中，所述分布式热释电传感器网络6用于实现基于频谱分析和数据融合的多点异常热源的识别。
[0028]上述技术方案中，所述伺服电机7的工作状态反馈信号输出端连接从控制器5的电机反馈信号输入端，机械臂4的工作状态反馈信号输出端连接从控制器5的机械臂反馈信号输入端，灭火装置8的工作状态反馈信号输出端连接从控制器5的灭火装置反馈信号输入端，所述从控制器5的伺服电机、机械臂和灭火装置工作状态反馈信号输出端连接主控制器I的反馈信号输入端。该设计实现了本系统的闭环控制，保证了灭火控制的准确性。
[0029]机械臂4中单节机械臂安装有陀螺仪模块，系统启动时，通过陀螺仪的竖直加速度将机械臂校准到水平，把当前码盘值作为系统初值。然后根据系统控制量对电机进行位置环和速度环的两环PID控制，实现机械臂姿态控制。结合卡尔曼滤波，让系统误差降到最低。
[0030]上述技术方案中，所述直角坐标导轨2部署于机房上部距机柜顶端0.7米处。利用灭火装置8的灭火效果。
[0031]—种利用上述系统的灭火方法，它包括如下步骤:
[0032]步骤1:布置在房间内的分布式热释电传感器网络6实时感应房间的热分布，并形成房间的异常热源分布图，分布式热释电传感器网络6将所述房间的异常热源分布图发送给主控制器I;
[0033]步骤2:主控制器I通过所述房间的异常热源分布图判断房间内是否有着火点，如果有着火点，则主控制器I根据房间的异常热源分布图确定着火区域的坐标范围，主控制器I将着火区域的坐标范围通过主控制器I发送给从控制器5;
[0034]步骤3:从控制器5根据着火区域的坐标范围控制伺服电机7和机械臂动作，使机械臂4上的灭火装置8对准着火点；
[0035]步骤4:从控制器5根据伺服电机7的工作状态反馈信号和机械臂的工作状态反馈信号，确定机械臂4到达着火区域，且机械臂4的灭火装置8对准着火点后，从控制器5控制灭火装置8工作实现灭火。
[0036]本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
【主权项】
1.一种基于分布式热释电传感网络的智能灭火系统，其特征在于:它包括固定于房间顶部的主控制器(1)、部署在房间上部的直角坐标导轨(2)、与直角坐标导轨(2)滑动配合的运动滑块(3)、安装在运动滑块(3)上且能驱动运动滑块(3)在直角坐标导轨(2)上滑动的伺服电机(7)、安装在运动滑块(3)上的机械臂(4)、安装在机械臂(4)上的从控制器(5)、布置在房间内的分布式热释电传感器网络(6)、安装在机械臂(4)上的灭火装置(8)，所述分布式热释电传感器网络(6)的输出端连接主控制器(I)的信号输入端，主控制器(I)的信号输出端连接从控制器(5)的信号输入端，从控制器(5)的电机控制信号输出端连接伺服电机(7)的控制端，从控制器(5)的机械臂控制信号输出端连接机械臂(4)的控制端，从控制器(5)的灭火装置控制信号输出端连接灭火装置(8)的控制端。2.根据权利要求1所述的基于分布式热释电传感网络的智能灭火系统，其特征在于:所述直角坐标导轨(2)上的运动滑块(3)有多个，每个运动滑块(3)上均装有对应的伺服电机(7)和机械臂(4)，每个机械臂(4)上均装有从控制器(5)和灭火装置(8); 所述主控制器(I)的信号输出端连接对应的从控制器(5)的信号输入端，每个从控制器(5)的电机控制信号输出端连接对应的伺服电机(7)的控制端，每个从控制器(5)的机械臂控制信号输出端连接对应的机械臂的控制端，每个从控制器(5)的灭火装置控制信号输出端连接对应的灭火装置(8)的控制端。3.根据权利要求1所述的基于分布式热释电传感网络的智能灭火系统，其特征在于:所述分布式热释电传感器网络(6)包括多个热释电传感单元，每个热释电传感单元包括热释电传感器、无线传输模块和光学滤镜，所述光学滤镜安装在热释电传感器的传感探头上，所述热释电传感器的信号输出端通过无线传输模块连接主控制器(I)的信号输入端。4.根据权利要求1所述的基于分布式热释电传感网络的智能灭火系统，其特征在于:所述分布式热释电传感器网络(6)用于实现基于频谱分析和数据融合的多点异常热源的识别。5.根据权利要求1所述的基于分布式热释电传感网络的智能灭火系统，其特征在于:所述伺服电机(7)的工作状态反馈信号输出端连接从控制器(5)的电机反馈信号输入端，机械臂(4)的工作状态反馈信号输出端连接从控制器(5)的机械臂反馈信号输入端，灭火装置(8)的工作状态反馈信号输出端连接从控制器(5)的灭火装置反馈信号输入端，所述从控制器(5)的伺服电机、机械臂和灭火装置工作状态反馈信号输出端连接主控制器(I)的反馈信号输入端。6.根据权利要求1所述的基于分布式热释电传感网络的智能灭火系统，其特征在于:所述直角坐标导轨(2)部署于机房上部距机柜顶端0.7米处。7.—种利用权利要求1所述系统的灭火方法，其特征在于，它包括如下步骤: 步骤1:布置在房间内的分布式热释电传感器网络(6)实时感应房间的热分布，并形成房间的异常热源分布图，分布式热释电传感器网络(6)将所述房间的异常热源分布图发送给主控制器(I); 步骤2:主控制器(I)通过所述房间的异常热源分布图判断房间内是否有着火点，如果有着火点，则主控制器(I)根据房间的异常热源分布图确定着火区域的坐标范围，主控制器(I)将着火区域的坐标范围通过主控制器(I)发送给从控制器(5); 步骤3:从控制器(5)根据着火区域的坐标范围控制伺服电机(7)和机械臂动作，使机械臂(4)上的灭火装置(8)对准着火点；步骤4:从控制器(5)根据伺服电机(7)的工作状态反馈信号和机械臂的工作状态反馈信号，确定机械臂(4)到达着火区域，且机械臂(4)的灭火装置(8)对准着火点后，从控制器(5)控制灭火装置(8)工作实现灭火。
【文档编号】A62C37/00GK105854210SQ201610257892
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月25日
【发明人】张虎, 彭媛, 杨培文, 袁丽平, 张宁, 翟彤, 韩超
【申请人】武汉理工大学