便携式消防水泵在线无损测试仪的制作方法

专利名称：便携式消防水泵在线无损测试仪的制作方法
技术领域：
便携式消防水泵在线无损测试仪技术领域便携式消防水泵在线无损测试仪，属于消防用安全测试设备领域。
技术背景目前的高层建筑消防水泵主要固定安装在高层建筑的地下层内，由于泵房潮湿等环 境恶劣，加之常年不用消防水泵及管路极易锈烛，损坏，当遇到火灾等紧急情况时，往 往出现不能及时供水或供水能力不足的问题，如不及时检修，存在严重的消防隐患，给 人们的生命财产造成极大的灾害。由于消防水泵及管路是固定后不便移动，现有的检测， 一是拆下拉到有检测设备的试验室，拆装麻烦，费时费力；二是消防人员通过目测，既 不准确，也没有说服力，特别是管网憋压现象容易误导消防人员。 实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术存在的问题，设计一种结构简单、 无需拆装消防水泵，即可实现现场检测的消防水泵在线无损测试仪。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是该便携式消防水泵在线无损测试 仪，其特征在于包括压力传感器、振动传感器、流量传感器和主机，压力传感器安装 在消防水泵管路压力测试口上，振动传感器与消防水泵相连，流量传感器安装在消防水 泵出口管路上，各传感器分别通过导线与主机相连。流量传感器采用两个超声波流量传感器。主机包括压力传感器、振动传感器、流量传感器、滤波电路、单片机、打印机、键 盘、存储器、主机串口、 LCD，压力传感器、振动传感器通过滤波电路与单片机的AD 接口相连，打印机、存储器、键盘直接与单片机I/0口相连，LCD直接与单片机串口相连，主机串口、流量传感器通过串口扩展与单片机串口相连。单片机、外围电路及显示接口等电路包括单片机U2、复位芯片Ul、接插件J3、 J6、电阻排R28、 R29、 R30，电阻R1、 R5、 R3、 R26-27，拨码开关S1、晶振Y1、电 容C5、 C38、 C23、 C39、 C40，单片机U2的1-4脚为JTAG接口 ，与接插件J3相连， 单片机U2的5脚与复位芯片Ul的2脚、电容C5相连，单片机U2的12脚与电容C23、C38相连，单片机U2的26、 27脚与电容C39、 C40及晶振Yl相连，单片机U2的39-46 脚通过电阻排R29、 R30接地，单片机U2的47脚与电阻R26、 R27、三极管Ql及蜂 鸣器BELLI相连，单片机U2的53、 54、 58与电阻R3、 R5、接插件J6相连，为液晶 显示器的串行数据接口。单片机U2的作用是系统控制器。复位芯片U1在系统上电时 产生其所需的复位时序。滤波电路包括接插件J4、电阻R7-R14、电容C1-C4，接插件J4的2脚与电阻 R7、 Rll、电容C4与单片机U2的18脚相连，接插件J4的4脚与电阻R8、 R12、电 容C3与单片机U2的19脚相连，接插件J4的6脚与电阻R9、 R13、电容C2与单片 机U2的20脚相连，接插件J4的8脚与电阻RIO、 R14、电容Cl与单片机U2的21 脚相连。串口扩展电路包括串口扩展芯片U5、晶振Y2、接插件JIO、 Jll，电阻R6、电 容C25-C26、 C41-C47，串口扩展芯片U5的12脚与单片机U2的62脚相连，串口扩 展芯片U5的13脚与单片机U2的61脚相连，串口扩展芯片U5的14脚与单片机U2 的52脚相连，串口扩展芯片U5的15脚与单片机U2的51脚相连，串口扩展芯片U5 的16脚与单片机U2的50脚相连，串口扩展芯片U5的17脚与单片机U2的49脚相连， 串口扩展芯片U5的18脚与单片机U2的48脚相连，串口扩展芯片U5的1、 2脚与晶 振Y2、电容C41、 C42相连，串口扩展芯片U5的3、 4、 8、 9脚与电平转换芯片U6 的13、 15、 12、 IO脚相连，电平转换芯片U6的2-7、 18、 19脚与电容C26、 C43-C47 相连，电平转换芯片U6的8、 9脚与接插件J10相连，电平转换芯片U6的16、 17脚 与接插件J11相连。串口扩展芯片U5的12、 13脚为单片机U2的串口1，串口扩展芯 片U5的3、 4脚及8、 9脚分别为扩展出来两个串口。晶振Y2及电容C41、 C42组成 振荡电路给串口扩展芯片U5提供振荡信号。存储电路包括存储芯片U3、电阻R15、 R16，电容C24，存储芯片U3的5、 6脚， 电阻R15、 R16与单片机U2的59、 60脚相连，电容C24与存储芯片U3的7、 8脚相 连。打印接口电路包括接插件J5、电阻R2、电阻排R31，接插件J5的3、 5、 7、 9、 11、 13、 15、 17脚与单片机U2的91-98脚相连，并通过电阻排R31上拉至VCC，接 插件J5的1脚通过电阻R2上拉至VCC并与单片机U2的88脚相连，接插件J5的21 脚与单片机U2的87脚相连。按键接口电路包括接插件J9、电阻排R33、电阻R18-R25、电容C17-C22。接插件J9的1、 2脚通过电阻排R33上拉至VCC后，通过电阻R18、 R19与单片机U2 的29、 30脚连接，接插件J9的4-9脚通过电容C17-C22接地并经电阻排R33上拉至 VCC后，再通过电阻R20-R25与单片机U2的31-36脚连接。 工作原理流量传感器采用超声波时差法测量管路内的液体流量，测量过程是上游超声波流 量传感器发射一组超声波信号，经过管路内的液体传导，被下游超声波流量传感器接收， 主机计算出正向传输时间，然后下游超声波流量传感器再发射一组超声波信号，经过管 路内的液体传导，被上游超声波流量传感器接收，主机计算出逆向传输时间，通过两次 传输时间差值，可以计算出管路内液体的流速，再根据输入的被测量管道的直径、周长、 壁厚、材料等参数，计算出管路内的液体流量。根据消防水泵检测经验值，所描绘的压 力-流量曲线编制软件，输入每个待检防火区所需要的额定压力值，而自动计算出额定 压力下的消防水泵的供水能力，从而与该防火区的设计要求相对比作为是否检修的科学 依据。与现有技术相比，本实用新型消防水泵在线无损测试仪所具有的有益效果是在 测消防水泵管路上安装的超声波流量传感器，采用超声波非接触式测量，无需拆装消防 水泵即可现场检测，并通过现场安装与主机相连的压力传感器、振动传感器，实现了消 防水泵在额定压力下供水能力的现场无损检测。同时具有结构简单、携带方便、数据打 印、数据存储、数据通讯等功能。

图1是本实用新型实施例的消防水泵巡检系统及传感器安装位置示意图； 图2是本实用新型实施例的主机电路原理框图；图3是本实用新型实施例的单片机、外围电路及显示接口等电路原理图；图4是本实用新型实施例的滤波电路原理图；图5是本实用新型实施例的串口扩展电路原理图；图6是本实用新型实施例的存储电路原理图；图7是本实用新型实施例的电源电路原理图；图8是本实用新型实施例的打印接口电路原理图；图9是本实用新型实施例的按键接口电路原理图；图10是本实用新型实施例的功能扩展电路原理图；图l-10是便携式消防水泵测试仪的最佳实施例，图1中1消防水池 2巡检泄压阀3消防水泵 4振动传感器 5压力传感器 6上游超声波流量传感器 7 下游超声波流量传感器8消防管网控制阀9主机；图3-10中Ul MAX809复位芯片U2 C8051F020单片机U3 FM24CL16存储 芯片U4 74HC14反相器U5GM8123串口扩展芯片U6 SP3223串口电平转换芯 片 Vl-V3三端稳压器件 Yl-Y2晶振 Sl 4位拨码开关 R1-R33电阻器 Fl-F4铁氧体磁珠C1-C47电容器BELLI直流蜂鸣器Ql三极管卯13。
具体实施方式
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以下结合附图1-10对便携式消防水泵测试仪作进一步说明如图l所示消防水泵巡检系统包括消防水泵3、巡检泄压阀2、消防管网控制阀 8、压力传感器5、振动传感器4、管路和主机9，流量传感器采用上游、下游超声波流 量传感器6、 7，吸附安装在消防水泵3的出口管路上，振动传感器4安装在消防水泵3 上，各传感器分别通过导线与主机9相连。如图2所示主机包括压力传感器、振动传感器、流量传感器、滤波电路、单片机、 打印机、键盘、存储器、主机串口、 LCD,压力传感器、振动传感器通过滤波电路与单 片机的AD接口相连，打印机、存储器、键盘直接与单片机I/0口相连，LCD直接与 单片机串口相连，主机串口、流量传感器通过串口扩展与单片机串口相连。如图3所示单片机、外围电路及显示接口等电路包括单片机U2、复位芯片U1、 接插件J3、 J6、电阻排R28、 R29、 R30，电阻R1、 R5、 R3、 R26-27,拨码开关S1、 晶振Y1、电容C5、 C38、 C23、 C39、 C40，单片机U2的1-4脚为JTAG接口 ，与接 插件J3相连，单片机U2的5脚与复位芯片U1的2脚、电容C5相连，单片机IJ2的 12脚与电容C23、 C38相连，单片机U2的26、 27脚与电容C39、 C40及晶振Y1相连， 单片机U2的39-46脚通过电阻排R29、R30接地，单片机U2的47脚与电阻R26、R27、 三极管Ql及蜂鸣器BELLI相连，单片机U2的53、 54、 58与电阻R3、 R5、接插件 J6相连，为液晶显示器的串行数据接口。单片机U2的l-4脚为JTAG接口，该接口用 作程序的下载及仿真。通过J3与适配器连接。程序下载结束后拨动S1，使JTAG四根 信号线通过R28接地，防止引入干扰。单片机的5脚为复位端口，低电平有效。复位芯片U1在系统上电时产生其所需的 复位时序。单片机U2的12脚为内部电压基准输出端，15-17脚为外部基准输入端，在 该系统中使用内部基准，所以将内部基准输出接在外部基准输入端。电容C23、 C38在 此对基准电压进行滤波。电容C39、 C40及晶振Y1组成振荡电路给系统时钟电路提供振荡信号。单片机U2的39-46脚为P2 口，在该系统中不使用，所以将其通过电阻排 R29、 R30接地。电阻R26、 R27、三极管Ql及直流蜂鸣器BELLI组成声音提示电路。 J6为液晶显示器的串行数据接口 。如图4所示滤波电路J4为外部模拟信号输入接口。外部输入信号为4-20mA的 电流信号，经电阻R7-R10转换为电压信号。电压信号经电阻R11-R14与电容Cl-C4 组成的滤波网络滤波后输入到单片机U2的AD端口 。如图5所示串口扩展电路包括串口扩展芯片U5、晶振Y2、接插件JIO、 Jll， 电阻R6、电容C25-C26、 C41-C47，串口扩展芯片U5的12脚与单片机U2的62脚相 连，串口扩展芯片U5的13脚与单片机U2的61脚相连，串口扩展芯片U5的14脚与 单片机U2的52脚相连，串口扩展芯片U5的15脚与单片机U2的51脚相连，串口扩 展芯片U5的16脚与单片机U2的50脚相连，串口扩展芯片U5的17脚与单片机U2 的49脚相连，串口扩展芯片U5的18脚与单片机U2的48脚相连，串口扩展芯片U5 的l、 2脚与晶振Y2、电容C41、 C42相连，串口扩展芯片U5的3、 4、 8、 9脚与电平 转换芯片U6的13、 15、 12、 10脚相连，电平转换芯片U6的2-7、 18、 19脚与电容 C26、 C43-C47相连，电平转换芯片U6的8、 9脚与接插件J10相连，电平转换芯片 U6的16、 17脚与接插件Jll相连。仪器的流量测量及液晶显示器都是采用的串行通讯， 另外仪器还要预留一个串口与系统机进行数据传输，因此需要三个串行口。但是单片机 U2釆用的C8051F020芯片只有2个RS232串行口，因此通过串口扩展U5 GM8123芯 片来对串口进行扩展。串口扩展芯片U5的12、 13脚为单片机U2的串口 1，串口扩展 芯片U5的3、 4脚及8、 9脚分别为扩展出来两个串口。晶振Y2及电容C41、 C42组 成振荡电路给串口扩展芯片U5提供振荡信号。电容C25、 C26、 C45为电源去耦滤波 电容。电平转换芯片U6为电平转换芯片，将系统电平转换为RS232电平。电容C43-C47 为电平转换电容。接插件JIO、 Jll为扩展出的串口2、串口3，分别接超声波流量传感 器和系统RS232接口 。单片机U2通过控制串口扩展芯片U5的14-18脚的状态来选择 相应的串行口。如图6所示存储电路包括存储芯片U3、电阻R15、 R16，电容C24，存储芯片U3的5、 6脚，电阻R15、 R16与单片机U2的59、 60脚相连，电容C24与存储芯片U3的7、 8脚相连。存储电 路采用SMBus总线接口的串行铁电存储器，单片机U2通过SDA、 SCL两根数据线来 访问存储器。单片机U2的SDA、 SCL管脚必须是开漏输出。电阻R15、 R16为上拉电阻。如图7所示电源电路三端稳压器VI与电容C7、 Cll、 C30、 C32，磁珠F2组成电源电路给电路中VDD 处提供电源。三端稳压器V2与电容C12、 C16、 C33、 C34，磁珠F3组成电源电路给 电路中AV+处提供电源。VI、 V2为低压差三端稳压器，与电容C7、 Cll、 C12、 C16、 C30、 C32、 C33、 C34及铁氧体磁珠F2、 F3构成稳压电路，给单片机U2提供数字与 模拟电源。三端稳压器V3与电容C15、 C35、 C36、 C37组成电源电路给电路中VCC处提供 电源。电容C8、 C9、 CIO、 C28、 C29、 C31连接在3.3V电源与DGND之间。电容 C6、 C27连接在电源AV+与AGND之间。电池输出的直流电源，经过电容C35、 C36 进行滤波稳压后，输入到三端稳压器V3的VIN端进行稳压。三端稳压器V3的输出端 VOUT接电容C37、 C15对输出电压进行滤波，输出的VCC作为系统工作的总电源。3.3V电源与电源VDD之间通过磁珠F4相连，SGND与GND通过磁珠Fl相连。电容C6、 C8、 C9、 CIO、 C27、 C28、 C29、 C31接在单片机U2的数字与模拟电 源输入端，作用是去耦滤波。如图8所示打印接口电路包括接插件J5、电阻R2、电阻排R31，接插件J5的3、 5、 7、 9、 11、 13、 15、 17脚与单片机U2的91-98脚相连，并通过电阻排R31上拉至VCC，接插件J5的1脚 通过电阻R2上拉至VCC并与单片机U2的88脚相连，接插件J5的21脚与单片机U2 的87脚相连。打印接口为并行传输，占用单片机10个I/0。其中8根数据线、l根打 印机忙状态信号线、l根选通信号线。10根信号线分别接在单片机的P4、 P5口上。忙 状态信号线通过电阻R2上拉至VCC,打印机忙时，该信号线被拉低。打印机数据线接 在单片机U2的P4口上，并通过排阻R31上拉至VCC。如图9所示按键接口电路包括接插件J9、电阻排R33、电阻R18-R25、电容C17-C22。接插件J9的1、 2 脚通过电阻排R33上拉至VCC后，通过电阻R18、 R19与单片机U2的29、 30脚连接， 接插件J9的4-9脚通过电容C17-C22接地并经电阻排R33上拉至VCC后，再通过电 阻R20-R25与单片机U2的31-36脚连接。J9为按键接口，外接薄膜按键。排阻R33 将I/O上拉至VCC，这样使得没有键按下时，键值为1。电阻R18-R25及电容C17-C22 组成滤波网络，对按键输入端进行滤波，防止由于按键抖动及外界干扰而引起的误操作。如图10所示功能扩展电路功能扩展电路包括6反相器芯片U4、接插件J7、电阻R4、 R17、 R32、电容C13、 C14。该电路用于系统以后的功能扩展，在本项目中暂不使用。工作过程首先安装好压力传感器5，振动传感器4。打开巡检泄压阀2并关闭消防管网控制 阀8。开机仪器自检结束后，通过键盘输入测量管道的直径、周长、壁厚、材料等参数 后，仪器会计算出上、下游超声波流量传感器6、 7间的安装距离，根据仪器给出的安 装距离将上、下游超声波流量传感器6、 7吸附在消防水泵3出口管路上。压力、振动 传感器信号通过接插件J4接入滤波电路，信号经滤波电路滤波后输入到单片机U2的 A/D采集接口，单片机U2启动A/D转换，对输入的模拟信号进行转换将其转换为12 位的数字信号。转换后的数字信号经过标度变换后转换为压力与振动烈度值。单片机 U2通过控制48-52脚的状态来控制串口扩展芯片U5选通流量传感器通道，单片机U2 读取流量数据后把流量、压力、振动的测量结果一起通过串口送入到LCD中显示。通 过调整消防水泵巡检泄压阀2，观测主机9压力读数，当读数等于该防火区的额定压力 值时，读取主机9的流量读数即为该消防水泵的供水能力。单片机U2在测量显示数据 的同时检测按键状态，如有键按下则进行键值处理。根据按键键值来选择打印、存储等 操作。
权利要求1、便携式消防水泵在线无损测试仪，其特征在于包括压力传感器(6)、振动传感器(4)、流量传感器和主机(9)，压力传感器(6)、流量传感器安装在消防水泵(3)的出口管路上，振动传感器(4)安装在消防水泵(3)上，各传感器分别通过导线与主机(9)相连。
2、 根据权利要求1所述的便携式消防水泵在线无损测试仪，其特征在于流量传 感器采用上游超声波流量传感器(6)和下游超声波流量传感器(7)。
3、 根据权利要求1所述的便携式消防水泵在线无损测试仪，其特征在于主机包 括压力传感器、振动传感器、流量传感器、滤波电路、单片机、打印机、键盘、存储器、 主机串口、 LCD，压力传感器、振动传感器通过滤波电路与单片机的A/D接口相连， 打印机、存储器、键盘直接与单片机1/0 口相连，LCD直接与单片机串口相连，主机 串口、流量传感器通过串口扩展与单片机串口相连。
4、 根据权利要求3所述的便携式消防水泵在线无损测试仪，其特征在于单片机、 外围电路及显示接口电路包括单片机U2、复位芯片U1、接插件J3、 J6、电阻排R28、 R29、 R30，电阻R1、 R5、 R3、 R26-27,拨码开关Sl、晶振Y1、电容C5、 C38、 C23、 C39、 C40，单片机U2的l-4脚为JTAG接口，与接插件J3相连，单片机U2的5脚 与复位芯片U1的2脚、电容C5相连，单片机U2的12脚与电容C23、 C38相连，单 片机IJ2的26、 27脚与电容C39、 C40及晶振Yl相连，单片机U2的39-46脚通过电 阻排R29、 R30接地，单片机U2的47脚与电阻R26、 R27、三极管Ql及蜂鸣器BELLI 相连，单片机U2的53、 54、 58脚与电阻R3、 R5、接插件J6相连，为液晶显示器的 串行数据接口。
5、 根据权利要求3所述的便携式消防水泵在线无损测试仪，其特征在于滤波电 路包括接插件J4、电阻R7-R14、电容C1-C4，接插件J4的2脚与电阻R7、 Rll、 电容C4与单片机U2的18脚相连，接插件J4的4脚与电阻R8、 R12、电容C3与单 片机U2的19脚相连，接插件J4的6脚与电阻R9、 R13、电容C2与单片机U2的20 脚相连，接插件J4的8脚与电阻R10、 R14、电容C1与单片机U2的21脚相连。
6、 根据权利要求3所述的便携式消防水泵在线无损测试仪，其特征在于串口扩 展电路包括串口扩展芯片U5、晶振Y2、接插件JIO、 Jll，电阻R6、电容C25-C26、 C41-C47，串口扩展芯片U5的12脚与单片机U2的62脚相连，串口扩展芯片U5的13脚与单片机U2的61脚相连，串口扩展芯片U5的14脚与单片机U2的52脚相连， 串口扩展芯片U5的15脚与单片机U2的51脚相连，串口扩展芯片U5的16脚与单片 机U2的50脚相连，串口扩展芯片U5的17脚与单片机U2的49脚相连，串口扩展芯 片U5的18脚与单片机U2的48脚相连，串口扩展芯片U5的1、 2脚与晶振Y2、电容 C41、 C42相连，串口扩展芯片U5的3、 4、 8、 9脚与电平转换芯片U6的13、 15、 12、 IO脚相连，电平转换芯片U6的2-7、 18、 19脚与电容C26、 C43-C47相连，电平转换 芯片U6的8、 9脚与接插件J10相连，电平转换芯片U6的16、 17脚与接插件Jll相 连。
7、 根据权利要求3所述的便携式消防水泵在线无损测试仪，其特征在于存储电 路包括存储芯片U3、电阻R15、 R16，电容C24，存储芯片U3的5、 6脚，电阻R15、 R16与单片机U2的59、 60脚相连，电容C24与存储芯片U3的7、 8脚相连。
8、 根据权利要求3所述的便携式消防水泵在线无损测试仪，其特征在于打印接 口电路包括接插件J5、电阻R2、电阻排R31，接插件J5的3、 5、 7、 9、 11、 13、 15、 17脚与单片机U2的91-98脚相连，并通过电阻排R31上拉至VCC，接插件J5的 1脚通过电阻R2上拉至VCC并与单片机U2的88脚相连，接插件J5的21脚与单片 机U2的87脚相连。
9、 根据权利要求3所述的便携式消防水泵在线无损测试仪，其特征在于按键接 口电路包括接插件J9、电阻排R33、电阻R18-R25、电容C17-C22。接插件J9的1、 2脚通过电阻排R33上拉至VCC后，通过电阻R18、 R19与单片机U2的29、 30脚连 接，接插件J9的4-9脚通过电容C17-C22接地并经电阻排R33上拉至VCC后，再通 过电阻R20-R25与单片机U2的31-36脚连接。
专利摘要便携式消防水泵在线无损测试仪，属于消防用安全测试设备领域。包括压力传感器(6)、振动传感器(4)、流量传感器和主机(9)，压力传感器(6)、流量传感器安装在消防水泵(3)的出口管路上，振动传感器(4)安装在消防水泵(3)上，各传感器分别通过导线与主机(9)相连。在测消防水泵管路上安装的超声波流量传感器，采用超声波非接触式测量，无需拆装消防水泵即可现场检测，并通过现场安装与主机相连的压力传感器、振动传感器，实现了消防水泵在额定压力下供水能力的现场无损检测。同时具有结构简单、携带方便、数据打印、数据存储、数据通讯等功能。
文档编号A62C37/00GK201085871SQ20072002882
公开日2008年7月16日 申请日期2007年10月8日 优先权日2007年10月8日
发明者王国峰 申请人:淄博三泵科森仪器有限公司