一种船舶消防高压密闭灭火剂容器的液位监测系统的制作方法

本发明涉及船舶消防控制系统领域，具体涉及一种船舶消防高压密闭灭火剂容器的液位监测系统。

背景技术

为保障船舶的海上航行安全，船舶消防一直是人们所关心的问题，现代船舶大多装备有自动化灭火系统，该系统主要包括：自动控制系统和灭火剂钢瓶。其中自动控制系统实施火灾探测、报警疏散、灭火剂施放等功能，灭火剂钢瓶用于存贮高压气体灭火剂。由于灭火剂应用频度非常低，其保存时间也很长，因此常常有微小泄露发生，这种泄露日积月累会造成罐体内部压力下降，灭火剂大幅减少，可能导致船舶发生火灾时，无法正常灭火，威胁船舶及船员的安全。因此，设计一种船舶消防高压密闭灭火剂容器的液位监测系统，对扩展灭火系统的功能，提高灭火系统的控制水平，进一步保障船舶消防安全具有重要意义。

中国专利公开号cn102974061a，公开日为2013.03.20，专利名称为“一种模块化船舶消防控制系统”的专利自述为：“本发明涉及一种基于模块化设计的船舶消防控制系统，具体地说，是一种将信号监测处理功能分别封装成子模块构成的功能控制系统。本发明包括电源模块、控制模块、输入模块、功率模块、风油模块和显示模块，控制模块、输入模块、功率模块、风油模块和显示模块与电源模块控制的电源总线连接，所有模块与can总线连接形成网络，输入模块与火灾信号检测装置相连，功率模块与灭火气体施放装置、训练气体施放装置、疏散报警装置、灭火施放报警相连，风油模块与风机、油泵相连,显示模块与彩色液晶屏、按键、蜂鸣器相连”。该系统可以通过输入模块与火灾信号检测装置实现火灾检测，通过功率模块与灭火气体施放装置、训练气体施放装置、疏散报警装置、灭火施放报警实现灭火剂释放及报警疏散功能。同时，该系统将所有模块与can总线连接形成网络，能够实时采集和分析当前信息，保障整个消防系统可靠运行。其不足之处是：该系统缺少对灭火剂容器中灭火剂量的检测功能。因此，船员需要定期更换灭火剂来保障灭火系统的正常应用，但这种方式势必会造成灭火剂的大量浪费，而不更换灭火剂又会导致船员无法了解灭火剂是否存在泄露，也不能判断容器内灭火剂是否充足，可能导致船舶发生火灾时，容器内灭火剂不足，无法正常实施灭火。由此可见，设计一种船舶消防高压密闭灭火剂容器的液位监测系统，既能有效避免灭火剂的浪费，又能保障灭火系统的正常应用，具有十分重要的现实意义。本发明通过周期性监测灭火剂容器的液位来检测其是否具备正常灭火能力，同时具有实时液位测量和测量数据上传功能的检测装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能与船舶消防系统相结合，周期性监测灭火剂容器液位，同时具备实时液位测量和测量数据上传功能的检测系统；还具有用于完善船舶消防控制系统的功能，进一步提高其控制水平，保障其灭火功能的可靠应用。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种船舶消防高压密闭灭火剂容器的液位监测系统，具体包括电源监测模块，控制模块，驱动模块，信号处理模块，超声波传感器，无线模块、蓝牙通讯模块；电源监测模块包括电源转换和检测模块以及蓄电池，电源监测模块与控制模块、驱动模块、信号处理模块、超声波传感器相连并提供24v和5v直流电压，电源转换和检测模块具有电量检测功能，在电量过低时发送报警信号；驱动模块包括信号调理电路、功率放大电路；信号处理模块包括a/d转换模块、信号调理电路、信号放大电路；超声波传感器包括电声换能器和声电换能器；蓝牙通讯模块向无线模块发送初始参数控制信号，经无线模块接收后输出至控制模块进行液位测量工作。

所述的控制模块具体包括：

控制模块的信号分两路输出，一路输出至驱动模块，另一路输出至无线模块；其中，输出至驱动模块的信号经信号调理电路处理后进入功率放大电路，最后进入超声传感器模块电声换能器；输出至无线模块的信号为测量数据信号，该信号通过无线模块传送至灭火控制系统或蓝牙通讯模块。

所述的无线模块具体包括：

无线模块与控制模块相连；且无线模块有两种模式，一种模式是具有正常接收控制信号和发射测量数据信号的工作模式，另一种模式是具有接收由蓝牙通讯模块发送的控制信号的周期性自动唤醒的休眠模式；无线模块将该数据分两路输出，一路输出至灭火控制系统，另一路输出至蓝牙通讯模块。

所述的超声波传感器具体包括：

功率放大电路的输出信号作为电声换能器的输入信号，进入电声换能器，电声转换器发射超声波；回波信号由声电换能器接收并重新转换为电信号，该电信号由声电换能器输出至信号处理模块。

所述的信号处理模块具体包括：

声电换能器输出的电信号作为信号放大电路的输入信号，信号放大电路的输出作为信号调理电路的输入，信号调理电路的输出作为a/d转换模块的输入，由a/d转换模块输出的信号作为控制模块的输入信号进入控制模块；信号处理模块输出的测量数据信号被控制模块接收，控制模块对该测量数据信号处理后计算出实测液位值并输出至无线模块。

本发明的有益效果在于：

本发明可以通过无线传输方式发送控制指令和接收测量数据信号，测量人员通过手持蓝牙通讯模块即可完成对测量初始参数的设置和对船舶高压密闭灭火剂容器的液位测量，使用便捷。同时，通过设定测量周期，可以在较低功耗的状态下周期性向灭火系统传输灭火剂容器液位值，完成了对灭火剂容器液位的长期有效监测。该系统扩展了灭火系统功能，提高了其控制水平，有利于灭火剂的正常应用，进一步保障了船舶消防安全。

附图说明

图1为本发明的系统结构图。

具体实施方式

本发明包括电源监测模块，控制模块，驱动模块，信号处理模块，超声波传感器，无线模块。电源监测模块用于向控制模块，驱动模块，信号处理模块，超声波传感器提供24v和5v直流电压。控制模块向驱动模块发送控制信号，该信号经过驱动模块的处理后，转换为能够驱动超声波传感器的电信号，驱动传感器发射超声波，进行液位测量。回波信号经超声波传感器处理后，重新转换为电信号，该电信号由超声波传感器输出至信号处理模块进行识别和处理。信号处理模块输出的测量数据信号被控制模块接收，控制模块对该测量数据信号处理后计算出实测液位值并输出至无线模块。无线模块可将该数据分两路输出，一路输出至灭火控制系统，另一路输出至蓝牙通讯模块，供测量人员实时查看液位值。此外，蓝牙通讯模块也可发送控制信号，经无线模块接收后输出至控制模块，用于设置测量初始参数和进行液位测量工作。控制模块的信号分两路输出，一路输出至驱动模块，另一路输出至无线模块。其中，输出至驱动模块的信号经处理后用于控制传感器进行液位测量工作，输出至无线模块的信号为测量数据信号。驱动模块主要包括：信号调理电路和功率放大电路。控制模块的一路输出作为信号调理电路的输入，信号调理电路的输出作为功率放大电路的输入。该模块可将控制模块发送的控制信号进行调制和功率放大，以驱动超声波传感器发送超声波信号。超声波传感器主要包括：电声换能器和声电换能器。其中，功率放大电路的输出信号作为电声换能器的输入信号，由电声换能器发射超声波，进行液位测量工作。回波信号由声电换能器接收并重新转换为电信号，该电信号由声电换能器输出至信号处理模块。信号处理模块主要包括：a/d转换模块，信号调理电路，信号放大电路。其中，声电换能器的输出信号作为信号放大电路的输入信号，信号放大电路的输出作为信号调理电路的输入，信号调理电路的输出作为a/d转换模块的输入，由a/d转换模块输出的信号作为控制模块的输入信号。该模块用于将声电换能器的输出信号进行放大、脉冲整形及滤波处理，并转换为数字信号，传送至控制模块进行处理和分析。无线模块与控制模块相连，控制模块输出的测量数据信号作为无线模块的输入信号，无线模块输出的控制信号作为控制模块的输入信号。同时，无线模块向外发送的数据信号可分两路传输，一路传输至灭火控制系统，另一路输出至无线通讯模块。电源监测模块主要包括：蓄电池以及电源转换和检测模块。蓄电池输出直流电至电源转换和检测模块，由电源转换和检测模块将该直流电转换为24v和5v直流电压，为控制模块，驱动模块，信号处理模块和超声波传感器提供直流电。

下面结合附图对本发明作更详细的描述：本发明包括电源监测模块，控制模块，驱动模块，信号处理模块，超声波传感器，无线模块。其中，电源监测模块主要包括电源转换和检测模块、蓄电池；驱动模块主要包括信号调理电路和功率放大电路；超声波传感器包括电声换能器和声电换能器；信号处理模块主要包括a/d转换模块、信号调理电以及信号放大电路。所述的液位测量系统安装在灭火剂容器的外部，蓝牙通讯模块为手持式，测量人员可利用该模块进行实时液位测量。

电源监测模块主要包括：蓄电池、电源转换和检测模块。其中，蓄电池用于提供直流电压。电源转换和检测模块可将蓄电池输出的直流电转化为5v和24v直流电压，由电源转换和检测模块为控制模块和超声波传感器提供24v电压，为驱动模块和信号处理模块提供5v电压。同时，电源转换和检测模块具有电量检测功能，在电量过低时发送报警信号，提醒船员及时更换蓄电池。

控制模块详细功能如下：(1)控制模块根据设置的测量周期，周期性唤醒，发送控制信号和接收测量数据信号，同时将测量数据实时上传至灭火控制系统，以供船员查看；(2)控制模块处于唤醒工作状态时向外发送一定频率的电信号，通过驱动模块向超声波传感器发送信号，控制超声波传感器中的电声换能器发射超声波束，进行液位测量；(3)控制模块通过信号处理模块接收由传感器发送的电信号，根据电信号的大小，参照液位及电信号的对比值计算出实测液位值，通过无线模块对该测量数据进行上传；(4)控制模块休眠时，只有内部定时器处于唤醒状态，具体休眠时间可由蓝牙通讯模块设定。

驱动模块，包括信号调理电路和功率放大电路。其功能主要是将控制模块输出的电信号进行处理，使之能够驱动电声换能器。具体说来，信号调理电路主要指脉冲调制电路，由其将控制模块发送的脉冲信号进行处理，使之符合电声换能器的要求。功率放大电路将调制后的信号进行功率放大，使之能够驱动电声换能器并发送超声波信号。

信号处理模块主要包括a/d转换模块，信号调理电路，信号放大电路。整个信号处理模块可将声电换能器传送的电信号进行处理，使之可以直接被控制模块读取和分析，具体说明如下：(1)a/d转换模块，可将检测到的电压或电流信号模拟量转换成控制模块能够识别的等效数字量，该数字量与液位值有相应的对应关系，经控制模块计算处理即可得到实测液位值。(2)信号调理电路，主要包括脉冲整形电路和带通滤波电路，脉冲整形电路可将由声电换能器传送的不稳定波形信号转换为符合要求的规则波形信号，以便后续的信号分析和处理。由于实际测量过程中超声波信号会受到环境的影响，由声电换能器接收并传送的波形信号可能包括不同的频段，通过带通滤波电路可将与液位测量无关的其他频段信号去除，以便控制模块进行识别和处理。(3)信号放大电路，用于将声电换能器传送的波形信号的幅值进行放大处理，此过程可使传感器接收的微弱信号转变为可以识别和处理的符合要求的信号，且该过程不影响灭火剂容器液位的测量值。

超声波传感器，该部分主要由电声换能器和声电换能器组成。其中，电声换能器用于将电信号转换为超声波并向外发射，进行液位测量；声电换能器用于接收回波信号，并将其转换为电信号，通过信号处理模块传送至控制模块进行计算处理，得出液位值。超声波传感器采用收发一体式，即电声换能器和声电换能器集成于一个超声波探头上。所述传感器符合测量要求和传感器安装位置处于罐体底部的高压密闭灭火剂容器的实际安装要求。

无线模块用于接收控制信号以及发送测量数据信号。详细说明如下：(1)无线模块与控制模块唤醒周期一致，当控制模块唤醒工作时，无线模块被同步唤醒，接收由控制模块传送的测量数据信号，并将该数据上传至灭火控制系统。(2)在控制模块的休眠期，无线模块处于低功耗状态，且所述的低功耗状态是指周期性自动唤醒，检测是否有控制信号，该信号由蓝牙通讯模块发送。若有控制信号，则立刻唤醒，进入正常工作状态，进行数据接收和发送工作，若无控制信号，则立刻进入休眠状态等待下一个唤醒周期再被唤醒。(3)蓝牙通讯模块是测量人员手持的控制终端，通过无线模块向控制模块发送控制信号，进行液位测量工作，并将数据传送至蓝牙通讯模块的显示屏上，供测量人员查看。所述的蓝牙通讯模块具体功能如下；a.蓝牙通讯模块通过发送控制信号，能够主动唤醒控制模块，进行周期性液位测量之外的单独一次液位测量工作，便于船员随时检查灭火剂容器液位；b.蓝牙通讯模块具有显示模块，可以显示测量的液位值，并在液位低于警戒液位时提醒测量人员；c.蓝牙通讯模块包含一个控制面板，用于主动唤醒控制模块以及对测量初始参数进行设置。

本发明的工作过程和工作原理如下：

(1)电源监测模块利用蓄电池为整个系统提供直流电，测量人员通过手持蓝牙通讯模块，向控制模块发送控制信号，设置该系统的测量周期以及测量的初始参数，并开启该系统使之处于工作状态。(2)系统工作时，控制模块处于周期性唤醒状态。例如，若设置测量周期为一天，则控制模块会在每天特定的时间自动唤醒，发送控制信号至驱动模块。驱动模块将控制模块发送的信号进行处理放大，使之能够驱动电声换能器。电声换能器将电信号转换为机械波，即超声波，并向外部发射，超声波经气液分界面反射后，其回波由声电换能器接收。声电换能器将声波信号转换为电信号，并将其发送至信号处理模块。信号处理模块对信号进行放大，整形以及滤波，经a/d转换模块处理后转换为数字信号并被控制模块读取。控制模块根据读取的电信号大小，参照信号大小与液位的对比值即可计算出实测液位值，该测量数据通过无线模块及时上传至灭火控制系统。至此，该系统的一个工作循环结束，并进入休眠状态，等待下一个唤醒周期再被唤醒。操作员可在灭火系统的显示模块上查看到每天的液位测量值。(3)当该系统处于休眠状态时，即未被唤醒，其无线模块会周期性自动唤醒，该唤醒周期远小于液位监测系统的唤醒周期，检测是否有由蓝牙通讯模块发送的控制信号。若有，则立刻唤醒控制模块，使之进入正常工作状态，进行液位测量工作，若无，则立刻休眠状态等待下一个唤醒周期再被唤醒。该功能可使测量人员在系统休眠期也能随时测量和查看灭火剂容器液位值，进一步保障了船舶消防安全。