专利名称：消防车集成控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及消防设备领域，特别涉及一种消防车集成控制系统，用于对消防泵出水压力、泡沫比例混合、电磁阀等控制及对实时工况状态的监控。
背景技术：
消防泵出水压力控制和泡沫混合比例控制是消防灭火战斗的关键所在。由于灭火现场情况的复杂性，混乱性，在消防战斗中对消防泵的出水压力和对泡沫混合比例的精准控制尤为重要，消防泵出水压力和泡沫混合比例过大或者过小都会导致灭火效率的降低。 如果在战斗过程中消防泵出水压力过大可能导致管路损毁甚至造成人员伤亡；压力过小则难以达到战斗所需的射程要求，无法扑灭火源。泡沫比例混合控制系统是泡沫灭火的关键， 泡沫比例混合的好坏直接关系到泡沫灭火的效率乃至成败。以上的情况不仅会浪费消防罐内有限的水源和泡沫，而且会延误灭火的最好时机。因此我们需要一套能够精确地，方便地调整水泵出水压力和泡沫混合比例的控制系统来保证消防战斗的顺利进行。现在大部分消防车采用对消防泵出水压力和泡沫混合比例分别进行控制的方式， 对消防泵出水压力的控制装置多采用手动PTO控制，而对泡沫混合比例的控制多采用手动机械控制方式，此类装置的缺点是1、在消防战斗中消防泵出水压力应稳定在某个特定的范围内，这样既能有效地进行灭火，同时也能保证消防人员的人身安全。但是由于某种原因会造成消防泵出水压力的突变，而由于手动PTO控制需要人工来进行调节和监测，很难做到对出水压力突变的快速响应，因而无法快速消除出水压力突变对灭火战斗的影响，轻则降低灭火效率，严重时则会造成人员伤亡。2、泡沫混合比例控制器多采用机械控制，只能在3%和6%间进行切换，不能进行更为精准的调节。而对于不同的泡沫类型，灭火时所要求的最佳混合比例值是不同的，机械式泡沫混合比例控制无法使每一种类型的泡沫都达到最佳比例的效果，不具备通用性。3、现有的消防泵出水压力调整系统和泡沫比例混合控制系统的状态和参数显示极为简单，无法实时监测和准确查看系统状态和各种数据参数。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种消防车集成控制系统，解决了手动PTO控制存在的无法快速消除出水压力突变对灭火战斗的影响、泡沫混合比例精准度底、无法实时监测和准确查看系统状态和各种数据参数等问题。具有集成度高、功能完善、调节时间短、能够对各部分工况进行监测和自动调节、液晶实时显示系统状态、异常情况报警和自动处理等特点，本系统可以以自动模式或手动模式对支持CAN Bus的发动机ECU或者支持PTO方式的发动机ECU进行控制，以达水泵所需的出水压力值，同时还可以以自动模式或手动模式对泡沫比例阀门开度进行调节，以达到所需泡沫比例。本系统安装容易、操作简便、显示直观、安全可靠。本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是消防车集成控制系统，包括检测和控制电路1及设置于控制系统前级的电源保护电路7，其中，检测和控制电路1包括主机控制器Ul、CAN Bus通讯电路2、IXD显示电路3、 泡沫比例控制阀和电磁阀控制电路4、信号采集电路5以及键盘电路6 ；CAN Bus通讯电路 2包括CAN控制器U2和CAN收发器21 ；IXD显示电路3包括ARM模块U3和液晶显示模块 31 ；泡沫比例控制阀和电磁阀控制电路4包括智能开关模块U4及泡沫比例控制阀41 ；信号采集电路5包括信号采集处理控制器U5和外接传感器；所述主机控制器Ul通过SPI总线分别与ARM模块U3、智能开关模块U4及信号采集处理控制器TO相连接；主机控制器Ul与ARM模块U3、智能开关模块U4、信号采集处理控制器TO之间以主从方式通过SPI总线进行数据传输，其中主机控制器Ul为主设备，ARM模块U3、智能开关模块U4、信号采集处理控制器U5为从设备；主机控制器Ul的MOSI引脚分别与ARM模块U3、智能开关模块U4及信号采集处理控制器U5的MISO引脚相连接，主机控制器Ul的MISO引脚分别与ARM模块U3、智能开关模块U4及信号采集处理控制器U5的MOSI引脚相连接，主机控制器Ul的SCLK引脚分别与 ARM模块U3、智能开关模块U4及信号采集处理控制器U5的SCLK引脚相连接；主机控制器 Ul的SS_U3、SS_U4、SS_U5引脚分别与ARM模块U3的SS_U3引脚、智能开关模块U4的SS_ U4引脚及信号采集处理控制器U5的SS_U5引脚相连接；SS_U3、SS_U4、SS_U5引脚分别为 ARM模块U3、智能开关模块U4、信号采集处理控制器TO的片选引脚，当主设备与从设备之间需要进行数据传输时，主设备选通片选引脚，从属设备接收到相应的片选信号后开始接收数据或者向主设备发送数据。ARM模块U3通过SPI总线接收到主控制器发出的数据，并将数据显示在液晶显示屏上。智能开关模块U4的6路低端开关LS4、LS5、LS6、LS7、LS8、LS9分别与管路冲洗阀 42、炮阀43、后进水阀44、泡沫压力水阀45、泡沫截止阀46和外接引水器电源47相连接； 智能开关模块U4的2路高端开关HS1、HS2分别与泡沫比例控制阀41的Open和Close引脚相连接，控制泡沫比例阀的开启和关闭；主机控制器Ul的0pen_full引脚和CloSe_full 引脚分别与泡沫比例控制阀41的Open_full_l引脚和Close_full_l引脚相连接，分别用来检测泡沫比例控制阀满开度反馈和阀门完全关闭反馈状态。智能开关模块U4能够检测泡沫比例控制阀和电磁阀控制电路4中的电流并对其峰值进行限制。信号采集电路5由信号采集处理控制器TO和外接传感器组成，该外接传感器包括水流量传感器、泡沫流量传感器、泡沫罐液位传感器、水罐液位传感器、泡沫低液位传感器、 水罐低液位传感器、出口水压力传感器、入口真空度传感器及泵转速传感器分别与信号采集处理控制器TO相连接，信号采集处理控制器TO将采集到的传感器数据进行计算处理后发送到主机控制器Ul。主机控制器Ul与消防车E⑶之间通过CAN控制器U2和CAN收发器21进行数据传输；主机控制器Ul的WR、RD、ALE、INT引脚分别与CAN控制器U2的WR、RD、ALE、INT引脚相连接，用来控制数据的传输。主机控制器Ul的ADO、AD1、AD2、AD3、AD4、AD5、AD6、AD7 弓丨脚分别与CAN控制器U2的ADO、AD1、AD2、AD3、AD4、AD5、AD6、AD7引脚相连接，为数据传输引脚。所述的电源保护电路7由电压电流保护电路71和电压变换电路72组成，电压电流保护电路71由二极管Dl、过压和低压保护模块73、过流保护模块74组成，来自底盘蓄电池75的电源正极与二极管Dl阳极相连接，二极管Dl的阴极与过压和低压保护模块73相连接，该过压和低压保护模块73直接与过流保护模块74相连接；过流保护模块74与电压变换模块76相连接，电压变换模块76的0UT5V和0UT12V分别与电源输出77的IN5V和 mi2V相连。当电源电压和电流发生变化且超出过压和过流保护模块所要求的范围电路会自动切断电源，从而有效地保护整个电路。电源经过保护电路处理后进入电压变换模块，电压变换模块将电压值分别转换成5V和12V后分别送入到电源输出端为相应电路提供工作电压，电压变换模块的0UT5V和0UT12V分别与电源输出的IN5V和IW2V相连。本实用新型的有益效果在于1、本实用新型为消防集成控制系统，既可以通过控制发动机的转速来调节消防泵出水压力，又可用来调节泡沫混合比例。2、本实用新型对消防泵的出水压力采用闭环控制，使消防泵出口压力值能够稳定在设定值处。当消防泵出口压力值发生变化时，系统通过压力传感器检测到压力的变化，会快速调节发动机转速来改变消防泵的转速，从而使消防泵出口压力回到设定值处。3、本实用新型对泡沫混合比例采用闭环控制，可以对泡沫混合比例进行精准的调节和控制。在灭火过程中系统通过对传感器监测到的泡沫流量值和水流量值进行计算得到泡沫混合比例值，若该值偏离了设定的泡沫比例值，系统会自动调节泡沫比例阀的开度使泡沫比例值维持在设定值处。本系统的泡沫混合比例的调节范围是0.0% 10%，步进值为 0. 5%O4、本实用新型配有各种传感器来对系统的各种状态进行全面监测和控制，并配有 LCD将系统状态和各种重要参数显示出来，同时系统具有完善的警报系统，系统根据各传感器检测到的状态和数据来判断当前系统运行状态和工况状态是否正常，当出现错误状态或者异常情况时系统会以文字或图形的方式进行报警提示。5、本实用新型具有有效的电源保护机制，当消防车底盘蓄电池为MV的蓄电池时，本产品允许电源的波动范围在12V 34V之间；当消防车底盘蓄电池为12V的蓄电池时，本产品允许电源的波动范围在6V 18V之间。当电源波动超出此范围时本产品将自动断电确保设备安全。本产品电源反向耐压高达1000V，因此当电源反接时不会对系统造成损坏。6、本实用新型是目前最完善的消防车集成控制器，并且本产品性价比很高，非常适合装备我国消防部队。
图1为本实用新型控制部分电路图；图2为本实用新型电源保护电路图；图3为本实用新型电源保护电路方框图。
具体实施方式
实施例参见图1，本实用新型消防车集成控制系统包括检测和控制电路1及设置于控制系统前级的电源保护电路7，其中，检测和控制电路1包括主机控制器Ul、CAN Bus通讯电路2、LCD显示电路3、泡沫比例控制阀和电磁阀控制电路4、信号采集电路5以及键盘电路 6 ；CAN Bus通讯电路2包括CAN控制器U2和CAN收发器21 ;IXD显示电路3包括ARM模块 U3和液晶显示模块31 ；泡沫比例控制阀和电磁阀控制电路4包括智能开关模块U4及泡沫比例控制阀41 ；信号采集电路5包括信号采集处理控制器U5和外接传感器；所述主机控制器Ul通过SPI总线分别与ARM模块U3、智能开关模块U4及信号采集处理控制器TO相连接；主机控制器Ul与ARM模块U3、智能开关模块U4、信号采集处理控制器TO之间以主从方式通过SPI总线进行数据传输，其中主机控制器Ul为主设备，ARM模块U3、智能开关模块U4、信号采集处理控制器U5为从设备；主机控制器Ul的MOSI引脚分别与ARM模块U3、智能开关模块U4及信号采集处理控制器U5的MISO引脚相连接，主机控制器Ul的MISO引脚分别与ARM模块U3、智能开关模块U4及信号采集处理控制器U5的MOSI引脚相连接，主机控制器Ul的SCLK引脚分别与 ARM模块U3、智能开关模块U4及信号采集处理控制器U5的SCLK引脚相连接；主机控制器 Ul的SS_U3、SS_U4、SS_U5引脚分别与ARM模块U3的SS_U3引脚、智能开关模块U4的SS_ U4引脚及信号采集处理控制器U5的SS_U5引脚相连接；SS_U3、SS_U4、SS_U5引脚分别为 ARM模块U3、智能开关模块U4、信号采集处理控制器TO的片选引脚，当主设备与从设备之间需要进行数据传输时，主设备选通片选引脚，从属设备接收到相应的片选信号后开始接收数据或者向主设备发送数据。ARM模块U3通过SPI总线接收到主控制器发出的数据，并将数据显示在液晶显示屏上。智能开关模块U4的6路低端开关LS4、LS5、LS6、LS7、LS8、LS9分别与管路冲洗阀 42、炮阀43、后进水阀44、泡沫压力水阀45、泡沫截止阀46和外接引水器电源47相连接； 智能开关模块U4的2路高端开关HS1、HS2分别与泡沫比例控制阀41的Open和Close引脚相连接，控制泡沫比例阀的开启和关闭；主机控制器Ul的0pen_full引脚和CloSe_full 引脚分别与泡沫比例控制阀41的Open_full_l引脚和Close_full_l引脚相连接，分别用来检测泡沫比例控制阀满开度反馈和阀门完全关闭反馈状态。智能开关模块U4能够检测泡沫比例控制阀和电磁阀控制电路4中的电流并对其峰值进行限制。信号采集电路5由信号采集处理控制器U5和外接传感器组成，该外接传感器包括水流量传感器、泡沫流量传感器、泡沫罐液位传感器、水罐液位传感器、泡沫低液位传感器、 水罐低液位传感器、出口水压力传感器、入口真空度传感器及泵转速传感器分别与信号采集处理控制器TO相连接，信号采集处理控制器TO将采集到的传感器数据进行计算处理后发送到主机控制器Ul。主机控制器Ul与消防车E⑶之间通过CAN控制器U2和CAN收发器21进行数据传输；主机控制器Ul的WR、RD、ALE、INT引脚分别与CAN控制器U2的WR、RD、ALE、INT引脚相连接，用来控制数据的传输。主机控制器Ul的ADO、AD1、AD2、AD3、AD4、AD5、AD6、AD7 弓丨脚分别与CAN控制器U2的ADO、AD1、AD2、AD3、AD4、AD5、AD6、AD7引脚相连接，为数据传输引脚。参见图2及图3，电源保护电路7由电压电流保护电路71和电压变换电路72组成，电压电流保护电路71由二极管D1、过压和低压保护模块73、过流保护模块74组成，来自底盘蓄电池75的电源正极与二极管Dl阳极相连接，二极管Dl的阴极与过压和低压保护模块73相连接，该过压和低压保护模块73直接与过流保护模块74相连接；过流保护模块 74与电压变换模块76相连接，电压变换模块76的0UT5V和0UT12V分别与电源输出77的 IN5V和mi2V相连。当电源电压和电流发生变化且超出过压和过流保护模块所要求的范围电路会自动切断电源，从而有效地保护整个电路。电源经过保护电路处理后进入电压变换模块，电压变换模块将电压值分别转换成5V和12V后分别送入到电源输出端为相应电路提供工作电压，电压变换模块的0UT5V和0UT12V分别与电源输出的IN5V和IW2V相连。本实用新型可以以自动模式或手动模式对支持CAN Bus的发动机ECU或者支持 PTO方式的发动机ECU进行控制，以达到水泵所需的出水压力值，还可以以自动模式或手动模式对泡沫比例阀门开度进行调节，以达到所需泡沫比例。系统可根据需要对各个电磁阀进行控制。同时对消防车的工况状态进行监测、控制并显示。实施例2 水压动力控制如图2所示，在信号采集电路5中由信号采集处理控制器U5来采集消防泵出口压力、泵转速等信号，并将采集到的信号经过计算后发送到主机控制器U1，主机控制器Ul将接收到的数据进行处理、显示。本系统对发动机ECU的控制模式有两种一种是自动控制模式，另一种是手动控制模式。自动控制模式是通过控制面板对水泵出口压力值进行设定，主机控制器Ul的MCU 将预设压力值记录存储后与检测到的水泵出水压力值比较，用来作为控制发动机ECU的依据。当主控制器Ul检测到水泵出口压力值大于(或者小于)设定值并超出一定范围时，主机控制器Ul会向发动机ECU发出控制命令，通过调节发动机转速的大小来改变消防泵的泵转速，从而达到减小(或者增大)消防泵出口压力，使水泵出口压力维持在设定值处。手动控制模式是通过操作控制面板将增大(或者减小)消防泵出口压力的控制命令直接发送给主控制器U1，主控制器Ul接收到命令后向发动机ECU发出控制命令，通过调节发动机的转速来改变消防泵的转速，进而达到增大(或者减小)消防泵出水压力的目的。 当停止按键控制操作后，消防泵将以当前的速度继续运转，不会随消防泵出口压力变化而变化。 实施例3 泡沫混合比例控制泡沫混合比例系统采用传统的环泵式文丘里管方式，并且在泡沫管路上加装泡沫调节阀。如图2所示，在信号采集电路5中由信号采集处理控制器TO来采集泡沫流量、水流量等信号，并将采集到的信号经过计算后发送到主机控制器Ul，主机控制器Ul将接收到的泡沫流量值和水流量值作比得到的数据为实时的泡沫混合比例值，同时主机控制器Ul 根据具体情况对泡沫比例控制阀门进行相应的操作。系统对泡沫混合比例阀41的控制模式有两种一种是自动控制模式，另一种是手动控制模式。自动控制模式是通过控制面板对所需的泡沫混合比例值进行设定，主机控制器Ul 将预先设定的泡沫混合比例值记录存储后与当前的实时泡沫混合比例值进行比较，作为泡沫比例阀调节的依据。当主机控制器Ul接收到的实时泡沫混合比例值大于(或者小于)预先设定的泡沫混合比例值，为了使泡沫混合比例值维持在预设值处，主机控制器Ul根据实际情况控制泡沫比例阀开度的大小。此时LCD液晶显示模块31所显示的泡沫比例值为预先设定的泡沫混合比例值。手动控制模式是通过操作控制面板来控制泡沫比例控制阀门的开度。在手动模式下，当主机控制器Ul检测到增大(或者减小)泡沫比例阀的操作命令后，主机控制器Ul立即向泡沫比例阀门发送调节阀门开度的命令。当停止按键后，主机控制器Ul将不再发送调节阀门命令，此时显示的泡沫混合比例值为实时泡沫混合比例值。实施例4:电磁阀控制本系统可根据需要对包括泡沫压力水阀45、泡沫截止阀46、后进水阀44、管路冲洗阀42、炮阀43在内的各个电磁阀进行控制，同时系统可根据不同的需要对各电磁阀进行时序编程控制，以自动完成打水、外吸水、引水、管路自动冲洗等相应动作。实施例5 实时工况状态监控系统通过CAN Bus与底盘E⑶进行通讯，可以实时监测发动机转速、机油压力、发动机冷却液温度、蓄电池电压等车体状态参数，这些参数经过主控制器Ul的处理后在IXD 液晶上显示出来，当车体状态发生异常变化时本系统会以文字或图形方式发出警报。实施例6 报警及异常情况自动处理在消防车的泡沫罐和水罐中都分别装有泡沫液位传感器53、泡沫低液位传感器 55、水液位传感器M和水低液位传感器56，主机控制器Ul根据信号采集处理控制器U5发送来的数据对泡沫罐液位和水罐液位的情况进行判断，并将泡沫罐液位和水罐液位百分比的数据和图形显示在液晶显示屏上。当泡沫罐泡沫液位低于10%同时泡沫低液位传感器检测到泡沫液位低，主机控制器Ul向ARM模块U3发送显示IXD显示“泡沫罐液位低”命令。 当水罐中水液位低于10%同时水低液位传感器检测到水液位低，主机控制器Ul向ARM模块 U3发送显示“水罐液位低”命令，若水罐持续缺水报警5秒钟无工作人员处理则系统会自动将发动机降至“怠速”状态。本系统在消防泵入口处还配有真空度传感器，当主机控制器Ul检测到消防泵入口真空度过大同时消防泵出口水压过低等异常情况时，系统会发出警报，并自动将发动机降至“怠速”状态。
权利要求1.一种消防车集成控制系统，其特征在于包括检测和控制电路(1)及设置于控制系统前级的电源保护电路(7)，其中，检测和控制电路(1)包括主机控制器(Ul)、CAN Bus通讯电路O)、LCD显示电路(3)、泡沫比例控制阀和电磁阀控制电路G)、信号采集电路(5) 以及键盘电路(6) ；CAN Bus通讯电路(2)包括CAN控制器(U2)和CAN收发器(21) ；LCD显示电路⑶包括ARM模块(U3)和液晶显示模块(31)；泡沫比例控制阀和电磁阀控制电路 (4)包括智能开关模块(U4)及泡沫比例控制阀Gl)；信号采集电路( 包括信号采集处理控制器(冊)和外接传感器；所述主机控制器(Ul)通过SPI总线分别与ARM模块(U3)、智能开关模块(U4)及信号采集处理控制器(U5)相连接；主机控制器(Ul)的MOSI弓丨脚分别与ARM模块(U3)、智能开关模块(U4)及信号采集处理控制器(TO)的MISO引脚相连接，主机控制器(Ul)的MISO 引脚分别与ARM模块(U3)、智能开关模块(U4)及信号采集处理控制器(U5)的MOSI引脚相连接，主机控制器(Ul)的SCLK引脚分别与ARM模块(U3)、智能开关模块(U4)及信号采集处理控制器(U5)的SCLK引脚相连接；主机控制器(Ul)的SS_U3、SS_U4、SS_U5引脚分别与ARM模块(TO)的SS_U3引脚、智能开关模块(U4)的SS_U4引脚及信号采集处理控制器 (U5)的SS_U5引脚相连接；SS_U3、SS_U4、SS_U5引脚分别为ARM模块(U3)、智能开关模块 (U4)、信号采集处理控制器(TO)的片选引脚；智能开关模块(U4)的6路低端开关LS4、LS5、LS6、LS7、LS8、LS9分别与管路冲洗阀 (42)、炮阀(43)、后进水阀(44)、泡沫压力水阀(45)、泡沫截止阀06)和外接引水器电源 (47)相连接；智能开关模块(U4)的2路高端开关HS1、HS2分别与泡沫比例控制阀的 Open和Close引脚相连接；主机控制器(Ul)的0pen_full引脚和Close_full引脚分别与泡沫比例控制阀(41)的Open_full_l引脚和CloSe_full_l引脚相连接；信号采集电路( 由信号采集处理控制器(TO)和外接传感器组成，该外接传感器包括水流量传感器(51)、泡沫流量传感器(5 、泡沫罐液位传感器(5 、水罐液位传感器(54)、 泡沫低液位传感器( )、水罐低液位传感器(56)、出口水压力传感器(57)、入口真空度传感器(58)及泵转速传感器(59)并分别与信号采集处理控制器(TO)相连接；主机控制器(Ul)与消防车E⑶之间通过CAN控制器(U2)和CAN收发器Ql)进行数据传输；主机控制器(Ul)的WR、RD、ALE、INT引脚分别与CAN控制器(U2)的WR、RD、ALE、 INT引脚相连接；主机控制器(Ul)的AD0、AD1、AD2、AD3、AD4、AD5、AD6、AD7引脚分别与CAN 控制器(U2)的AD0、AD1、AD2、AD3、AD4、AD5、AD6、AD7引脚相连接，为数据传输引脚。
2.根据权利要求1所述的消防车集成控制系统，其特征在于所述的电源保护电路 (7)由电压电流保护电路(71)和电压变换电路(72)组成，电压电流保护电路(71)由二极管(Dl)、过压和低压保护模块(73)、过流保护模块(74)组成，蓄电池(75)的电源正极与二极管(Dl)阳极相连接，二极管(Dl)的阴极与过压和低压保护模块(7 相连接，该过压和低压保护模块(7 直接与过流保护模块(74)相连接；过流保护模块(74)与电压变换模块 (76)相连接，电压变换模块(76)的0UT5V和0UT12V分别与电源输出(77)的IN5V和IN12V 相连。
专利摘要本实用新型涉及一种消防车集成控制系统，属于消防设备领域。其结构包括检测和控制电路及设置于控制系统前级的电源保护电路，检测和控制电路包括主机控制器、CANBus通讯电路、LCD显示电路、泡沫比例控制阀和电磁阀控制电路、信号采集电路以及键盘电路；CANBus通讯电路包括CAN控制器和CAN收发器；LCD显示电路包括ARM模块和液晶显示模块；泡沫比例控制阀和电磁阀控制电路包括智能开关模块及泡沫比例控制阀；信号采集电路包括信号采集处理控制器和外接传感器。具有集成度高、功能完善、调节时间短等特点，可以对水泵所需的出水压力值、泡沫比例阀门开度进行调节。安装容易、操作简便、显示直观、安全可靠。
文档编号A62C31/00GK202005970SQ20112007955
公开日2011年10月12日 申请日期2011年3月24日 优先权日2011年3月24日
发明者李春宜, 李春旭 申请人:李春旭