一种船模试验水池液位自动控制系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于自动控制技术领域，涉及一种液位自动控制系统，更具体地说，涉及一种船模试验水池液位自动控制系统及其控制方法。
【背景技术】
[0002]船模试验水池是进行船舶性能研究试脸的重要设施，是船舶模型试验的场所。海洋工程中的大型设备在建造下水前基本都需要进行水池模型测试，通过测试来获得较为可靠的船体运动数据及结构受力情况，从而为海洋设备的设计提供可靠的依据。
[0003]目前船模试验水池在试验前后的注水、放水以及液位调整工作基本是由人工操作来完成，由于水量大小不易控制，放水时间很长且难以计算，一旦操作人员忘记关闭水阀将造成比较大的损失，需要人工进行现场监控。如果要对液位的高度有要求，还需要人工进行反复测量，之后再注水或放水对液位进行调整。这种人工操作方式非常的不方便，效率较低且对液位控制精度不高。
[0004]如何针对船模试验水池这种专业性较强的场合，设计一种液位自动控制系统及其控制方法，能够实现无人值守的注水、放水操作，并能实时对液位高度进行检测控制，并有远程操作及容错保护措施，来满足船舶工程水池实验室的需求。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对上述现有技术存在的问题和不足，为满足船舶工程水池实验室的需求，提供一种船模试验水池液位自动控制系统及其控制方法。
[0006]本发明能够实现船模试验水池无人值守注水和放水的操作，并能实时对船模试验水池液位高度进行检测控制，并有远程操作及容错保护措施，来满足船舶工程水池实验室的需求。
[0007]为达到上述目的，本发明实现目的所采用的技术方案是:
[0008]一种船模试验水池液位自动控制系统，由嵌入式处理器模块、液晶触控屏、电源、经认证的手机、GSM通信网络、GSM模块、第一液位传感器模块、第二液位传感器模块、第一发射器模块、第二发射器模块、接收器模块、无线网络、第一继电器、第二继电器、进水电磁阀模块和放水电磁阀模块组成。
[0009]上述经认证的手机通过GSM通信网络与GSM模块相连，用于发送控制短信和接收报警信息。
[0010]上述GSM模块与嵌入式处理器模块通过串口相连，用于接收控制短信和发送报警
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[0011]上述液晶触控屏与嵌入式处理器模块相连，用于显示液位控制系统软件的界面，进行液位高度设置、启动系统操作。
[0012]上述电源对嵌入式处理器模块进行供电。
[0013]上述第一液位传感器模块放置于船模试验水池的底部，用于测量船模试验水池的液位高度。
[0014]上述第二液位传感器模块置于船模试验水池的顶部，用于监测船模试验水池能够达到的最高水位。
[0015]上述第一发射器模块与第一液位传感器模块通过RS485接口连接。
[0016]上述第二发射器模块与第二液位传感器模块通过RS485接口连接。
[0017]上述接收器模块与嵌入式处理器模块通过USB接口连接。
[0018]上述第一发射器模块、第二发射器模块与接收器模块组成一种类型的无线网络。
[0019]上述第一继电器和第二继电器分别与嵌入式处理器模块相连，用于控制电磁阀模块的通电与断电。
[0020]上述第一继电器和第二继电器分别与安装在进水和放水管路上的进水电磁阀和放水电磁阀相连接，用于控制水池的进水和放水管道。
[0021]上述的嵌入式处理器模块内安装有液位控制软件。
[0022]上述的第一液位传感器模块5优选为投入式液位传感器模块。
[0023]上述的第二液位传感器模块6优选为红外液位传感器模块。
[0024]上述的第一发射器模块7和第二发射器模块8优选为ZIGBEE路由器模块。
[0025]上述的接收器模块10优选为ZIGBEE协调器模块。
[0026]为达到上述目的，本发明实现目的所采用的另一个技术方案是:
[0027]—种船模试验水池液位自动控制系统的控制方法，包括以下步骤:
[0028]步骤一:打开船模试验水池液位自动控制系统的电源，管理员通过液晶触控屏输入密码，系统进入待机状态；
[0029]步骤二:管理员可根据需求选择现场控制方式或远程控制方式，当采用现场控制方式，管理员则通过液晶触控屏设置需要的液位高度h，并启动系统；当采用远程控制方式，管理员则利用已认证的手机通过GSM通信网络发送包含液位高度h和启动系统信息的控制短信给GSM模块，GSM模块通过串口把短信内容传送给嵌入式处理器模块，嵌入式处理器模块对短信的合法性和格式进行检验，当符合要求则提取短信中液位高度h并启动系统，当不符合要求则发送相应的警示短信提醒管理员远程操作未成功。
[0030]步骤三:第一液位传感器模块检测初始液位高度h’并传送给第一发射器模块，第一发射器模块把初始液位高度h ’通过无线网络传送给接收器模块，接收器模块把收到的初始液位高度h’传送给嵌入式处理器模块。
[0031]步骤四:嵌入式处理器模块中的液位控制软件判断初始液位高度h’与设置的液位高度h的关系，当h’小于h，则通过第一继电器打开进水电磁阀模块进行注水操作；当h’大于h，则通过第二继电器打开放水电磁阀模块进行放水操作；当1!’等于h，则不进行任何操作，系统返回待机状态。
[0032]步骤五:在注水或放水的过程中第一液位传感器模块不断实时检测液位的高度h”并传送给第一发射器模块，第一发射器模块把液位高度h”通过无线网络传送给接收器模块，接收器模块把收到的液位高度h”传送给嵌入式处理器模块，液位控制软件不断判断收到的液位高度h”是否等于设置的液位高度h，当等于时则停止注水或放水的操作。
[0033]步骤六:当在注水的过程中由于故障导致水位不断上升，达到第二液位传感器监测的最高水位位置时，第二液位传感器则发送报警信号给第二发射器模块，第二发射器模块把报警信号通过无线网络传送给接收器模块，接收器模块把收到的报警信号传送给嵌入式处理器模块，嵌入式处理器模块通过第一继电器来关闭进水电磁阀模块，停止注水操作。同时，嵌入式处理器模块由串口控制GSM模块通过GSM通信网络发送警示短信至经过认证的手机(一般为管理员的手机)，提示管理员液位高度已达到最高位置，以便进行相应的处理。管理员在收到警示短信后，发送系统应急停止控制短信，使进水电磁阀模块、放水电磁阀模块同时关闭，液位控制系统处于锁定状态，必须等待管理员输入解锁密码才能解锁系统。
[0034]本发明相对现有技术所具有的特点和有益效果主要是:
[0035]1、本发明针对船模试验水池，提供了一种稳定可靠的船模试验水池液位控制系统及其控制方法，管理员无需关心初始的液位高度，只要设置好需要的液位高度，系统能够自动判断进行注水或放水操作，能够实现无人值守的注水、放水过程，并能实时对液位高度进行检测控制，精度高，同时具有远程操作功能，双液位传感器模式保障了系统的安全性，完全可以满足船舶工程水池实验室进水、放水的控制需求。
[0036]2、本发明液位控制系统构造简单，实施性高，操作方便，可靠性好。
【附图说明】
[0037]图1是本发明的一种船模试验水池液位自动控制系统的结构示意框图；
[0038]图2是船模试验水池液位自动控制系统控制方法流程框图；
[0039]图3是实施例1的控制方法流程框图；
[0040]图4是实施例2的控制方法流程框图；
[0041 ] 图5是实施例3的控制方法流程框图。
【具体实施方式】
[0042]下面结合附图和具体实施例对本发明的一种船模试验水池液位自动控制系统及其控制方法作进一步详细说明。
[0043]如图1所示，一种船模试验水池液位自动控制系统，由嵌入式处理器模块4、液晶触控屏11、电源12、经认证的手机1、GSM通信网络2、GSM模块3、第一液位传感器模块5、第二液位传感器模块6、第一发射器模块7、第二发射器模块8、无线网络9、接收器模块10、第一继电器13、进水电磁阀模块14、第二继电器15和放水电磁阀模块16组成。
[0044]上述所述的经认证的手机通过GSM通信网络与GSM模块相连，用于发送控制短信和接收报警信息。
[0045]上述所述的GSM模块与嵌入式处理器模块通过串口相连，用于接收控制短信和发送报警信息。
[0046]上述所述的液晶触控屏与嵌入式处理器模块相连，能够显示液位控制系统软件的界面，可以进行液位高度设置、启动系统等操作。
[0047]上述所述的电源对嵌入式处理器模块进行供电。
[0048]上述所述的第一液位传感器模块放置于船模试验水池的底部，用于测量船模试验水池的液位高度。
[0049]上述所述的第二液位传感器模块置于船模试验水池的顶部，用于监测船模试验水池能够达到的最高水位。
[0050]上述所述的第一发射器模块与第一液位传感器模块通过RS485接口连接。
[0051 ] 上述所述的第二发射器模块与第二液位传感器模块通过RS485接口连接。
[0052]上述所述的接收器模块与嵌入式处理器模块通过USB接口连接。
[0053]上述所述的第一发射器模块、第二发射器模块与接收器模块可以组成某种类型的无线网络。
[0054]上述所述的第一继电器和第二继电器分别与嵌入式处理器模块相连，用于控制电磁阀模块的通电与断电。
[0055]上述所述的第一继电器和第二继电器分别与安装在进水和放水管路上的进水电磁阀和放水电磁阀相连接，用于控制水池的进水和放水管道。
[0056]在下面的实施例中，第一液位传感器模块5优选为投入式液位传感器模块，第二液位传感器模块6优选为红外液位传感器模块，第一发射器模块7和第二发射器模块8优选为ZIGBEE路由器模块，接收器模块10优选为ZIGBEE协调器模块。ZIGBEE路由器模块与ZIGBEE协调器模块组成一个点到多点的无线ZIGBEE网络，采用多点透明传输方式。
[0057]实施例1:船模试验水池为空水池或液位高度没达到目标高度，进行注水操作。实施例I的流程图如图2至图3所示，具体实施流程如下:
[0058]管理员通过液晶触控屏11设置需要的液位高度h，启动系统。
[0059]投入式液位传感器模块5检测初始液位高度h’，并把h’通过RS485接口传送到第一 ZIGBEE路由器模块7，第一 ZIGBEE路由器模块7再把收到的初始液位高度h’通过ZIGBEE网络9传送到ZIGBEE协调器模块10。
[0060]ZIGBEE协调