专利名称：消防泵出水压力全自动控制保护系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及消防车用消防泵出水系统，特别是一种消防泵出水压力全自动控 制保护系统。
背景技术：
消防泵出水压力自动控制及缺水自动保护近年来已被业界充分重视，在灭火操作 过程中如何确保消防设备及消防人员的安全，也被受关注。国标GB7956-2008，对如何保护 消防设备及消防人员的安全提出了更高要求。由于消防泵参数的离散性，消防灭火现场的复杂性，以及消防人员匆忙操作的疏 忽，在消防灭火时，常常出现消防泵出水压力突然升高，引起消防水带超压爆裂，以及水枪 后座力突然增大，造成对消防人员的伤害，及对消防设备造成损坏的现象；而有时灭火系统 的压力又会突然降低(如消防炮流量增大，压力出水口增多等)使得现场灭火效果变差， 失去最佳灭火时机，给人民的生命财产造成损失。在使用中消防泵需专人监视供水状况， 但仍经常出现消防泵因缺水运转而损坏。全自动压力控制保护系统从根本上解决了上述问 题。传统的消防泵出水压力平衡控制采用的是利用弹簧受压后产生形变的原理，在 消防泵出口处设置一套主要由弹簧组成的控制平衡装置，压力升高时弹簧受压产生形变， 打开控制阀门，把超压力水泄放到水泵入口处，当压力平衡后，弹簧复位关闭阀门，达到了 压力平衡目的。这种装置最大缺点1、一旦调节好预定压力，出水系统就只能平衡在这 个压力下，若要改变到其它压力控制点，需要反复调节，而且所调压力非专业生产厂无法标 定；2、该装置体积大，管路复杂，附件多，给安装使用带来极大不便；3、平衡压力点压力数 值不准，平衡时间长(约5-7秒)；4、出水压力降低时根本不起作用。在消防泵缺水自动保 护方面，没有根本性的解决方案，目前国内仍然是空白。目前调节消防泵转速均是通过手油门控制器调节，利用钢丝、弹簧去拉动机械式 汽车节气门，去改变发动机转速。在国IV排放标准电喷发动机上，则是利用钢丝、弹簧去拉 动油门踏板，去改变油门位置传感器的相对位置而改变发动机转速，方法十分落后，可靠性 很差，安装十分繁琐。在使用消防泵方面，仍然靠人去监视泵的供水，以时刻防范消防泵缺 水运转而造成重大事故。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状，而提供一种控制压 力平衡数值准、平衡时间短，自动监视消防泵供水状况，并在缺水情况下自动保护使汽车发 动机在怠速模式下运转的一种消防泵出水压力全自动控制保护系统。本系统易于安装，无 须调试，操作简单、方便。本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为一种消防泵出水压力全自动 控制保护系统，包括CPU微处理器、电源隔离稳压模块、电源隔离模块、面板操作按键、液晶显示器；所述液晶显示器、面板操作按键、电源隔离稳压模块分别接入所述CPU微处理器； 还包括经运算放大器接入所述CPU微处理器的压力传感器；经光电耦合模块接入所述CPU 微处理器的转速传感器；经低液位信号处理模块接入所述CPU微处理器的低液位传感器； 所述电源隔离模块分别接入压力传感器、转速传感器、低液位传感器，所述CPU微处理器经 隔离放大器接入汽车E⑶油门控制端口，所述CPU微处理器还连接一液晶显示器。所述CPU微处理器包括信号采集单元、信号保护单元、信号采样单元、识别单元、 运算单元、处理单元、放大单元、输出单元，所述的信号采样单元与所述的识别单元连接，所 述的识别单元分别与所述的运算单元和处理单元连接，所述的运算单元与所述的处理单元 连接，所述的处理单元分别与所述的输出单元和放大单元连接，所述的保护单元与所述的 识别单元连接，所述的信号采集单元与所述的处理单元连接。所述的信号采样单元把采样 到的转速、系统压力信号送到CPU微处理器识别单元，经识别后由运算单元处理，进行逻辑 运算形成CPU能识别的一系列数据代码，通过处理单元对信号进行数模转换，保护单元把 低液位信号经识别单元由运算单元处理后，经放大单元放大后，通过输出单元把控制信号 分别输出到液晶显示器和各执行机构。信号采集单元把操作面板的各项操作功能进行采 集，其特征是只要某操作按键有高电平信号，就将信号送到识别单元，经识别确认为某功能 后，在处理单元内进行处理，其特征在于把经设计者预先设定的功能和采集到信号进行特 殊处理，分别送到输出单元和信号采集单元。输出单元把处理后得信号送到液晶显示屏和 相应的执行机构，另外信号采集单元收到处理后得信号后对按键进行功能性封锁，使得不 同操作模式，某些按键不起作用。把设计者的控制理念充分地体现。所述转速传感器为塞普拉斯霍尔传感器；所述低液位传感器为磁感应全密封传感 器。所述CPU微处理器为stcl2c5612AD宏基单片机。综上所述本实用新型的优点在于，用改变汽车发动机转速去控制车载消防泵压力 的方法，用低液位传感器去控制发动机转速的方法，实现了消防泵工作压力自动控制在使 用者设定压力下，及消防泵缺水情况下自动保护，从根本上改变了车载消防泵手动调节压 力、机械式压力平衡所存在的许多弊病；以及没有缺水自动保护的现状本实用新型压力 控制平衡精度高、时间短、缺水保护迅速、可靠、易于安装。
图1是本实用新型消防泵出水压力全自动控制保护系统的结构示意图；图2是本实用新型消防泵出水压力全自动控制保护系统的CPU微处理器的电路结 构框图；图3是本实用新型消防泵出水压力全自动控制保护系统的CPU微处理器的编程流 程具体实施方式
下面根据实施例和附图对本实用新型作进一步详细说明。如图1至3所示一种消防泵出水压力全自动控制保护系统，包括CPU微处理器1、 电源隔离稳压模块2、电源隔离模块3、面板操作按键4、液晶显示器5 ；所述液晶显示器5、 面板操作按键4、电源隔离稳压模块2分别接入所述CPU微处理器1 ；还包括经运算放大器
47接入所述CPU微处理器的压力传感器6 ；经光电耦合模块9接入所述CPU微处理器1的转 速传感器8 ；经低液位信号处理模块101接入所述CPU微处理器的低液位传感器10 ；所述电 源隔离模块3分别接入压力传感器6 ；转速传感器8 ；低液位传感器10 ；所述CPU微处理器 1经隔离放大器102接入汽车E⑶油门控制端口 103。所述CPU微处理器包括信号采集单元14、信号保护单元15、信号采样单元16、识别 单元17、运算单元18、处理单元19、放大单元20、输出单元21，所述的信号采样单元16与 所述的识别单元17连接，所述的识别单元17分别与所述的运算单元18和处理单元19连 接，所述的运算单元18与所述的处理单元19连接，所述的处理单元19分别与所述的输出 单元21和放大单元20连接，所述的保护单元15与所述的识别单元17连接，所述的信号采 集单元14与所述的处理单元19连接。所述的信号采样单元12把采样到的转速、系统压力 信号、保护单元信号送到CPU微处理器1的识别单元17，经其识别后由运算单元18处理，进 行逻辑运算，形成CPU微处理器1能识别的一系列数据代码，通过处理单元19对信号进行 数模转换，经放大单元20放大后，经输出单元21把控制信号输出到液晶显示屏5和各执行 机构。信号采集单元14把操作面板4的各项操作功能进行采集，其特征是只要某操作按键 有高电平信号，就将信号送到处理单元19内进行处理，其特征在于把经设计者预先设定的 功能和采集到的信号进行特殊处理，送到输出单元21。输出单元21把经处理单元19、放大 单元20的信号送到液晶显示屏5和各执行机构。保护单元15把容器内低液位信号经识别 单元17处理后，由处理单元19确认为缺水状态后发出整个系统处在休眠锁定状态指令，除 电源开、关外所有按键操作均无效，同时输出单元21把低液位信号送到液晶显示屏5显示 “低液位保护”和大“ ！ ”号，并且无油门输出信号，汽车发动机怠速运转，实现了低液位自动 保护并显示报警。所述转速传感器为塞普拉斯霍尔传感器；所述低液位传感器为磁感应全密封传感 器。所述CPU微处理器为stcl2c5612AD宏基单片机。本实用新型是利用CPU编程技术，把发明者的设计理念控制谋略通过程序源代码 方式存储在CPU内部，用硬件把整个系统有机的连接起来，通过按键操作来调用程序，完成 压力自动控制保护的目的。输入电源经过电源隔离稳压模块2为CPU微处理器1，液晶显示器5提供工作 电源；输入电源经过电源隔离模块3为压力传感器6、转速传感器8、低液位传感器10提 供工作电源；两种电源的使用最大程度上消除了各种外来干扰；转速传感器9采用的是 CYPRESS3013塞普拉斯霍尔传感器，安装在取力器与水泵传动轴上方，装有钕铁硼强磁的法 蓝固定在传动轴上，与传感器相对位置< 3mm。霍尔传感器具有防水、防尘、防震动特性，适 应恶劣环境下使用。转速传感器8的特征；电压DCMV、输出高低电平脉冲，每转拾取三个 脉冲信号，显示精度<2%。，解决了现有转速显示技术中的低转速计数不准、数字闪动弊病。 转速传感器8对输入信号采样处理后输出脉冲信号，经光电耦合器(9)，输出到CPU微处理 器1的INTO端，CPU微处理器1内部程序对信号运算处理后，输出到液晶显示器5，显示出 消防泵的实际工作转速，设计上满足了 GB7956-2008标准的相关要求。压力传感器6采用 T02硅扩散型精密压力传感器，采样到的系统压力信号经运算放大器7以射极输出方式送 达CPU微处理器1的PI0/AIC0端，电路设计上有效地滤除各种干扰，准确稳定地把消防泵 实际压力提供给系统。压力范围0-2. 50Mpa,4-20ma,电压偏移0. 01V，标准电流输出，精度0. 01、不锈钢材料制造，耐腐蚀、耐震动，标准螺纹接口。设计上满足了 GB7956-2008标准的
相关要求。低液位传感器采用磁感应全密封传感器，安装在容器底部，经低液位信号处理模 块单元101，把处理后的低液位信号送到CPU微处理器1的P21端口，此信号为经过处理的 低电平信号。(无论何种工作模式)使得低液位保护准确，及时、可靠。本实用新型设置了“手动” “自动”操作模式，其特征在于只需操作二个按键，即可 方便地进行切换。按一下“手动”按键，(或开机15秒默认为“手动”)高电平信号(电源隔 离稳压模块2输出的5V电压接按键输入端，按键输出端接积分电路，按压后触点接通)送 到CPU微处理器1的INTl端，内部程序对信号处理后发出手动指令，整个系统工作在手动 模式，此时“设定压力，，按键被锁定不起作用，油门按键起作用，显示屏显示转速、系统压力、 不显示设定压力”而显示“，手动”、根据不同压力、转速要求按压油门+或-按键。按一下“自动”按键，高电平信号(电源隔离稳压模块2输出的5V电压接按键输 入端，按键输出端接积分电路，按压后触点接通)送到CPU微处理器1的TO端，内部程序对 信号处理后，发出“自动”指令，整个系统工作在“自动”模式下。其特征在于；油门+、-按 键不起作用，“设定压力”按键对压力进行设定，每按压一次；压力变化0. lOMpa，调节范围 0. 20彡P彡2. OOMpa,并在显示屏上显示转速、系统压力、设定压力，系统可在工作中“动态” 调整设定压力。(消防泵在灭火过程中可根据需要随时设定)自动模式下，CPU微处理器1 内部的设定程序发出一系列指令把系统压力与设定压力进行比较，比较精度0. OlMpaJg 据比较结果，输出油门控制信号，去改变汽车发动机转速，从而改变了消防泵的压力，这个 过程是在始终进行的，确保系统压力与设定压力平衡一致、达到自动控制目的。“手动” “自动”切换采用并行输入方式，信号不分先后，无论工作在何种模式下，只 要有高电平信号从手动、自动、按键发出，CPU微处理器1就立即执行发出的指令。动态设 定的理念大大提高了系统可操作性，快速性。CPU微处理器1的PMMO输出端，经LM358D射极耦合放大后，送到高隔离放大器102 放大输出，输出的油门控制信号能与大部分国IV电喷发动机的ECU油门端口相匹配，输出 与整个系统完全隔离、带负载能力强的油门控制信号，接入汽车ECU油门控制端口 103。输 出的油门信号波形(手动时图5、自动时图6)是根据汽车发动机特性和消防泵压力调节特 性及平衡时间要求特殊设计的。其特征在于根据平衡系统中的压力平衡要求和汽车发动 机特性曲线，手动功能，输出一个即能与汽车发动机ECU油门控制端完全匹配、又能适应消 防泵性能对转速——压力控制信号的要求。处理好这个信号是本发明的最重要的设计理 念、是实现全自动压力控制保护的核心技术。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本实用新型而并非限制本实用新型所 描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本实用新型已进行了详细 的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替 换；而一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本实用新 型的权利要求范围中。
权利要求1.一种消防泵出水压力全自动控制保护系统，包括CPU微处理器、电源隔离稳压模块、 电源隔离模块、面板操作按键、液晶显示器；所述液晶显示器、面板操作按键、电源隔离稳压 模块分别接入所述CPU微处理器，其特征在于还包括经运算放大器接入所述CPU微处理器 的压力传感器；经光电耦合模块接入所述CPU微处理器的转速传感器；经低液位信号处理 模块接入所述CPU微处理器的低液位传感器；所述电源隔离模块分别接入压力传感器、转 速传感器、低液位传感器，所述CPU微处理器经隔离放大器接入汽车ECU油门控制端口。
2.根据权利要求1所述的消防泵出水压力全自动控制保护系统，其特征在于所述转 速传感器为赛普拉斯赫尔传感器。
3.根据权利要求1所述的消防泵出水压力全自动控制保护系统，其特征在于所述低 液位传感器为磁感应全密封传感器。
4.根据权利要求1所述的消防泵出水压力全自动控制保护系统，其特征在于所述CPU 微处理器(1)为stcl2c5612AD宏基单片机。
专利摘要本实用新型公开了消防泵出水压力全自动控制保护系统，包括CPU微处理器、电源隔离模块、电源隔离稳压模块、操作面板，所述的操作面板、电源隔离稳压模块分别接入CPU微处理器，还包括经运算放大器接入CPU微处理器的压力传感器，经光电耦合模块接入CPU微处理器的转速传感器，经低液信号处理模块接入CPU微处理器的低液位传感器。所述的CPU微处理器经隔离放大器接入汽车发动机ECU油门控制端口。本实用新型具有压力控制平衡精度高、时间短、缺水保护迅速、可靠、操作简单、易于安装等优点。
文档编号F04B49/06GK201865895SQ20102050715
公开日2011年6月15日 申请日期2010年8月25日 优先权日2010年8月25日
发明者靳宝珠 申请人:上海博灿信号设备有限公司