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工程设计学报
Chin J Eng Design  2023, Vol. 30 Issue (3): 281-287    DOI: 10.3785/j.issn.1006-754X.2023.00.044
Theory and Method of Mechanical Design     
Design of control system of aerial fire fighting vehicle with voice control function
Jingyu ZHANG1(),Zhigang GAO2,Yaoyao TONG1,Yufeng ZHANG1,Yong ZHANG2
1.College of Electrical and Intelligent Manufacturing, Jiangsu Normal University Kewen College, Xuzhou 221132, China
2.XCMG Fire-Fighting Safety Equipment Co. , Ltd. , Xuzhou 221116, China
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Abstract  

The control system of aerial fire fighting vehicles is complex, and the operation of the entire vehicle requires multiple operators to cooperate at multiple operating positions, with high requirements for the technical level of operators. Therefore, a control system of aerial fire fighting vehicle with voice control function was proposed. On the basis of the original control system of the aerial fire fighting vehicle, automatic control function, voice control function and voice broadcast function were added to replace the conventional handle and button operation mode. Among them, the voice control function was to recognize specific voice commands from operators through voice control module and sent them to the PLC (programmable logic controller) through the CAN (controller area network) bus, and then the PLC automatically controlled the action of the fire fighting vehicle based on the voice commands and the status of the fire fighting vehicle. When the status of the fire fighting vehicle changed or malfunctioned, the PLC sent voice commands to the voice broadcast module, which played the voice based on the pre-stored voice information for operators to receive important information. The test results showed that the designed aerial fire fighting vehicle control system was feasible, which could effectively reduce the operation difficulty and improve the operation efficiency. The new control system can be quickly extended to other types of fire fighting vehicles and related construction machinery products, which has high application value.

Key words： aerial fire fighting vehicle      automatic control      voice control      voice broadcast      CAN bus     
Received: 10 February 2023      Published: 06 July 2023
CLC:  TP 29  
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Jingyu ZHANG
Zhigang GAO
Yaoyao TONG
Yufeng ZHANG
Yong ZHANG
Cite this article:

Jingyu ZHANG,Zhigang GAO,Yaoyao TONG,Yufeng ZHANG,Yong ZHANG. Design of control system of aerial fire fighting vehicle with voice control function. Chin J Eng Design, 2023, 30(3): 281-287.

URL:

https://www.zjujournals.com/gcsjxb/10.3785/j.issn.1006-754X.2023.00.044     OR     https://www.zjujournals.com/gcsjxb/Y2023/V30/I3/281


具有语音控制功能的举高类消防车控制系统设计

举高类消防车控制系统复杂，整车操作需要多名操作人员在多个操作位置配合完成，且对操作人员技术水平的要求较高。为此，提出了一种具有语音控制功能的举高类消防车控制系统。在举高类消防车原有控制系统的基础上，增加了自动控制功能、语音控制功能和语音播报功能，以代替常规的手柄及按钮操作方式。其中，语音控制功能即通过语音控制模块识别操作人员的特定语音指令，并通过CAN（controller area network，控制器局域网）总线发送到PLC（programmable logic controller，可编程逻辑控制器），而后PLC根据语音指令和消防车状态自动控制消防车动作。当消防车出现状态变化或发生故障时，PLC将语音指令发送至语音播报模块，语音播报模块基于预存的语音信息进行语音播放，以便操作人员接收重要信息。试验结果表明，所设计的举高类消防车控制系统具有可行性，可有效降低操作难度和提高操作效率。该新型控制系统可迅速推广至其他类型的消防车以及相关的工程机械类产品，具有较高的应用价值。


关键词： 举高类消防车,  自动控制,  语音控制,  语音播报,  CAN总线 
Fig.1 Structure diagram of control system of aerial fire fighting vehicle with voice control function
序号语音指令序号语音指令
1起动26主臂伸
2熄火27主臂缩
3接通油泵取力28主臂伸缩停止
4断开油泵取力29二臂变幅起
5接通水泵取力30二臂变幅落
6断开水泵取力31二臂变幅停止
7真空泵开启32二臂伸
8真空泵停止33二臂缩
9油门加34二臂伸缩停止
10油门减35曲臂展
11油门调整停止36曲臂收
12消防打水37曲臂展收停止
13关闭消防打水38平台左旋
14消防打泡沫39平台右旋
15关闭消防打泡沫40平台上旋
16消防管路清洗41平台下旋
17关闭消防管路清洗42平台旋转停止
18下车支腿伸43平台回中位
19下车支腿收44水炮上旋
20转台左转45水炮下旋
21转台右转46水炮左旋
22转台旋转停止47水炮右旋
23主臂变幅起48水炮直流
24主臂变幅落49水炮散花
25主臂变幅停止50水炮动作停止
Table 1 Voice command entries of 66 m high platform fire fighting vehicle
Fig.2 Main boom luffing lifting flow based on voice control
Fig.3 Voice broadcast function adjustment interface
Fig.4 Over luffing alarm flow
Fig.5 Test site for 66 m high platform fire fighting vehicle
Fig.6 Physical object of voice broadcast device
[1]   中华人民共和国公安部. 消防车 第1部分： 通用技术条件： ［S］.北京：中国标准出版社，2014：2-3.
The Ministry of Public Security of the People's Republic of China. Fire fighting vehicles—Part 1： general technical specifications： ［S］. Beijing： Standards Press of China， 2014： 2-3.
[2]   张勇.一种登高平台消防车的控制系统应用研究［D］.徐州：中国矿业大学，2019：10-15. doi：10.15251/djnb.2020.154.1075
ZHANG Y. An application research on the control system of a fire truck mounted on a platform［D］. Xuzhou： China University of Mining and Technology， 2019： 10-15.
doi: 10.15251/djnb.2020.154.1075
[3]   王明信. 登高平台消防车工作斗自动调平控制系统［D］. 徐州：中国矿业大学，2019：8-10.
WANG M X. The automatic leveling system of working platform about aerial platform fire truck［D］. Xuzhou： China University of Mining and Technology， 2019： 8-10.
[4]   中华人民共和国公安部. 消防车 第12部分：举高消防车： ［S］.北京：中国标准出版社，2015：1-4.
The Ministry of Public Security of the People's Republic of China. Fire fighting vehicles—Part 12： aerial fire fighting vehicle： ［S］. Beijing： Standards Press of China， 2015： 1-4.
[5]   何建军.登高平台消防车的发展现状及趋势［J］.专用汽车，2022（6）：43-46.
HE J J. Development status and trend of aerial platform fire truck［J］. Special Purpose Vehicle， 2022（6）： 43-46.
[6]   钟琳，陈强，吴艳国，等.消防车工况及装备状态实时监测系统设计［J］.消防科学与技术，2019，38（3）：397-399. doi：10.3969/j.issn.1009-0029.2019.03.026
ZHONG L， CHEN Q， WU Y G. Design of the real-time monitoring system for fire engine and equipment condition［J］. Fire Science and Technology， 2019， 38（3）： 397-399.
doi: 10.3969/j.issn.1009-0029.2019.03.026
[7]   张敏，杜丹阳，李洪海.智能语音控制系统设计［J］.工业控制计算机，2019，32（1）：144-150. doi：10.3969/j.issn.1001-182X.2019.01.062
ZHANG M， DU D Y， LI H H. Design of intelligent voice control system［J］. Industrial Control Computer， 2019， 32（1）： 144-150.
doi: 10.3969/j.issn.1001-182X.2019.01.062
[8]   潘锋.智能语音控制系统设计与研究［J］.电子设计工程，2019，27（22）：6-14. doi：10.3969/j.issn.1674-6236.2019.22.002
PAN F. Design and research of intelligent speech control system［J］. Electronic Design Engineering， 2019， 27（22）： 6-14.
doi: 10.3969/j.issn.1674-6236.2019.22.002
[9]   米媛园，李光宗，乔丹尼.基于LD3320的语音控制和自动避障的智能小车设计［J］.科技与创新，2021（24）：36-37.
MI Y Y， LI G Z， QIAO D N. Design of intelligent car with voice control and automatic obstacle avoidance based on LD3320［J］. Science and Technology & Innovation， 2021（24）： 36-37.
[10]   王英豪.基于LD3320的环卫车智能语音控制系统［J］.专用汽车，2022（6）：27-29.
WANG Y H. Intelligent voice control system of sanitation vehicle based on LD3320［J］. Special Purpose Vehicle， 2022（6）： 27-29.
[11]   刘浩.基于STM32F407的电磁阀控制器设计［J］.煤矿机电，2022，43（2）：69-73.
LIU H. Design of solenoid valve controller based on STM32F407 chip［J］. Colliery Mechanical & Electrical Technology， 2022， 43（2）： 69-73.
[12]   刘迷.基于STM32的智能语音控制系统设计［J］.工业仪表与自动化装置，2022（4）：14-18. doi：10.47939/et.v2i1.103
LIU M. Design of intelligent voice control system based on STM32［J］. Industrial Instrumentation & Automation， 2022（4）： 14-18.
doi: 10.47939/et.v2i1.103
[13]   马兴录，张中，朱甜甜.基于语音控制的自动进样器系统设计［J］.电子测量技术，2018，41（3）：78-82.
MA X L， ZHANG Z， ZHU T T. Design of automatic sampler system based on speech control［J］. Electronic Measurement Technology， 2018， 41（3）： 78-82.
[14]   陈希祥，黄伍，李德英.基于语音识别的智能家居控制系统设计［J］.自动化与仪表，2021，36（7）：91-95.
CHEN X X， HUANG W， LI D Y. Design of smart home control system based on speech recognition［J］. Automation & Instrumentation， 2021， 36（7）： 91-95.
[15]   滕儒民，李玉鑫，王欣，等.基于凸优化的举高消防车时间最优轨迹规划［J］.机械工程学报，2019，55（6）：138-144. doi：10.3901/jme.2019.06.138
TENG R M， LI Y X， WANG X，et al. Time optimal trajectory planning of elevating fire truck based on convex optimization［J］. Journal of Mechanical Engineering， 2019， 55（6）： 138-144.
doi: 10.3901/jme.2019.06.138
[16]   胡奇.基于PLC的电液比例控制试验台控制系统设计研究［D］.武汉：武汉工程大学，2016：36-41.
HU Q. Design and research on control system of electro-hydraulic proportional control test bench based on PLC［D］. Wuhan： Wuhan Institute of Technology， 2016： 36-41.
[17]   仝瑶瑶，张静宇，张玉凤.消防车控制参数保护系统的设计与研究［J］.自动化应用，2021（6）：155-157.
TONG Y Y， ZHANG J Y， ZHANG Y F. Design and research of the control parameter protection system of fire trucks［J］. Automation Application， 2021（6）： 155-157.
[18]   高戈，王霄，曾邦，等.基于时频联合损失函数的语音增强算法［J］.计算机应用，2022，42（）：316-320.
GAO G， WANG X， ZENG B， et al. Speech enhancement algorithm based on time-frequency joint loss function［J］. Journal of Computer Applications， 2022， 42（）： 316-320.
[19]   张开生，赵小芬.复杂环境下基于自适应深度神经网络的鲁棒语音识别［J］.计算机工程与科学，2022，44（6）：1105-1113. doi：10.3969/j.issn.1007-130X.2022.06.019
ZHANG K S， ZHAO X F. Robust speech recognition based on adaptive deep neural network in complex environment［J］. Computer Engineering & Science， 2022， 44（6）： 1105-1113.
doi: 10.3969/j.issn.1007-130X.2022.06.019
[20]   朱义，蒋旭东，万明.举高消防车安全限位保护装置的检测技术研究［C］//2017中国消防协会科学技术年会论文集.北京：中国科学技术出版社，2017：11-14.
ZHU Y， JIANG X D， WAN M. Research on detection technology of safety limit protection device for aerial fire fighting vehicle［C］//Proceedings of the 2017 China Fire Protection Association Annual Conference on Science and Technology. Beijing： China Science and Technology Press， 2017： 11-14.
[1] HU Yu-bo, WANG Shao-feng, XIAO Wen-chao. Design of mechanical compressive treatment device for wet waste[J]. Chin J Eng Design, 2021, 28(3): 374-380.
[2] GAO Feng, WANG Xin, WU Jun-Qiang, XIONG Li, LIANG Jun. Automatic control system design and realization of latex polymerization process[J]. Chin J Eng Design, 2006, 13(6): 377-381.