專利名稱：便攜式消防水泵在線無損測試儀的制作方法
技術領域：
便攜式消防水泵在線無損測試儀技術領域便攜式消防水泵在線無損測試儀，屬于消防用安全測試設備領域。
技術背景目前的高層建筑消防水泵主要固定安裝在高層建筑的地下層內，由于泵房潮濕等環 境惡劣，加之常年不用消防水泵及管路極易銹燭，損壞，當遇到火災等緊急情況時，往 往出現不能及時供水或供水能力不足的問題，如不及時檢修，存在嚴重的消防隱患，給 人們的生命財產造成極大的災害。由于消防水泵及管路是固定后不便移動，現有的檢測， 一是拆下拉到有檢測設備的試驗室，拆裝麻煩，費時費力；二是消防人員通過目測，既 不準確，也沒有說服力，特別是管網憋壓現象容易誤導消防人員。 實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是克服現有技術存在的問題，設計一種結構簡單、 無需拆裝消防水泵，即可實現現場檢測的消防水泵在線無損測試儀。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是該便攜式消防水泵在線無損測試 儀，其特征在于包括壓力傳感器、振動傳感器、流量傳感器和主機，壓力傳感器安裝 在消防水泵管路壓力測試口上，振動傳感器與消防水泵相連，流量傳感器安裝在消防水 泵出口管路上，各傳感器分別通過導線與主機相連。流量傳感器采用兩個超聲波流量傳感器。主機包括壓力傳感器、振動傳感器、流量傳感器、濾波電路、單片機、打印機、鍵 盤、存儲器、主機串口、 LCD，壓力傳感器、振動傳感器通過濾波電路與單片機的AD 接口相連，打印機、存儲器、鍵盤直接與單片機I/0口相連，LCD直接與單片機串口相連，主機串口、流量傳感器通過串口擴展與單片機串口相連。單片機、外圍電路及顯示接口等電路包括單片機U2、復位芯片Ul、接插件J3、 J6、電阻排R28、 R29、 R30，電阻R1、 R5、 R3、 R26-27，撥碼開關S1、晶振Y1、電 容C5、 C38、 C23、 C39、 C40，單片機U2的1-4腳為JTAG接口 ，與接插件J3相連， 單片機U2的5腳與復位芯片Ul的2腳、電容C5相連，單片機U2的12腳與電容C23、C38相連，單片機U2的26、 27腳與電容C39、 C40及晶振Yl相連，單片機U2的39-46 腳通過電阻排R29、 R30接地，單片機U2的47腳與電阻R26、 R27、三極管Ql及蜂 鳴器BELLI相連，單片機U2的53、 54、 58與電阻R3、 R5、接插件J6相連，為液晶 顯示器的串行數據接口。單片機U2的作用是系統控制器。復位芯片U1在系統上電時 產生其所需的復位時序。濾波電路包括接插件J4、電阻R7-R14、電容C1-C4，接插件J4的2腳與電阻 R7、 Rll、電容C4與單片機U2的18腳相連，接插件J4的4腳與電阻R8、 R12、電 容C3與單片機U2的19腳相連，接插件J4的6腳與電阻R9、 R13、電容C2與單片 機U2的20腳相連，接插件J4的8腳與電阻RIO、 R14、電容Cl與單片機U2的21 腳相連。串口擴展電路包括串口擴展芯片U5、晶振Y2、接插件JIO、 Jll，電阻R6、電 容C25-C26、 C41-C47，串口擴展芯片U5的12腳與單片機U2的62腳相連，串口擴 展芯片U5的13腳與單片機U2的61腳相連，串口擴展芯片U5的14腳與單片機U2 的52腳相連，串口擴展芯片U5的15腳與單片機U2的51腳相連，串口擴展芯片U5 的16腳與單片機U2的50腳相連，串口擴展芯片U5的17腳與單片機U2的49腳相連， 串口擴展芯片U5的18腳與單片機U2的48腳相連，串口擴展芯片U5的1、 2腳與晶 振Y2、電容C41、 C42相連，串口擴展芯片U5的3、 4、 8、 9腳與電平轉換芯片U6 的13、 15、 12、 IO腳相連，電平轉換芯片U6的2-7、 18、 19腳與電容C26、 C43-C47 相連，電平轉換芯片U6的8、 9腳與接插件J10相連，電平轉換芯片U6的16、 17腳 與接插件J11相連。串口擴展芯片U5的12、 13腳為單片機U2的串口1，串口擴展芯 片U5的3、 4腳及8、 9腳分別為擴展出來兩個串口。晶振Y2及電容C41、 C42組成 振蕩電路給串口擴展芯片U5提供振蕩信號。存儲電路包括存儲芯片U3、電阻R15、 R16，電容C24，存儲芯片U3的5、 6腳， 電阻R15、 R16與單片機U2的59、 60腳相連，電容C24與存儲芯片U3的7、 8腳相 連。打印接口電路包括接插件J5、電阻R2、電阻排R31，接插件J5的3、 5、 7、 9、 11、 13、 15、 17腳與單片機U2的91-98腳相連，并通過電阻排R31上拉至VCC，接 插件J5的1腳通過電阻R2上拉至VCC并與單片機U2的88腳相連，接插件J5的21 腳與單片機U2的87腳相連。按鍵接口電路包括接插件J9、電阻排R33、電阻R18-R25、電容C17-C22。接插件J9的1、 2腳通過電阻排R33上拉至VCC后，通過電阻R18、 R19與單片機U2 的29、 30腳連接，接插件J9的4-9腳通過電容C17-C22接地并經電阻排R33上拉至 VCC后，再通過電阻R20-R25與單片機U2的31-36腳連接。 工作原理流量傳感器采用超聲波時差法測量管路內的液體流量，測量過程是上游超聲波流 量傳感器發射一組超聲波信號，經過管路內的液體傳導，被下游超聲波流量傳感器接收， 主機計算出正向傳輸時間，然后下游超聲波流量傳感器再發射一組超聲波信號，經過管 路內的液體傳導，被上游超聲波流量傳感器接收，主機計算出逆向傳輸時間，通過兩次 傳輸時間差值，可以計算出管路內液體的流速，再根據輸入的被測量管道的直徑、周長、 壁厚、材料等參數，計算出管路內的液體流量。根據消防水泵檢測經驗值，所描繪的壓 力-流量曲線編制軟件，輸入每個待檢防火區所需要的額定壓力值，而自動計算出額定 壓力下的消防水泵的供水能力，從而與該防火區的設計要求相對比作為是否檢修的科學 依據。與現有技術相比，本實用新型消防水泵在線無損測試儀所具有的有益效果是在 測消防水泵管路上安裝的超聲波流量傳感器，采用超聲波非接觸式測量，無需拆裝消防 水泵即可現場檢測，并通過現場安裝與主機相連的壓力傳感器、振動傳感器，實現了消 防水泵在額定壓力下供水能力的現場無損檢測。同時具有結構簡單、攜帶方便、數據打 印、數據存儲、數據通訊等功能。

圖1是本實用新型實施例的消防水泵巡檢系統及傳感器安裝位置示意圖； 圖2是本實用新型實施例的主機電路原理框圖；圖3是本實用新型實施例的單片機、外圍電路及顯示接口等電路原理圖；圖4是本實用新型實施例的濾波電路原理圖；圖5是本實用新型實施例的串口擴展電路原理圖；圖6是本實用新型實施例的存儲電路原理圖；圖7是本實用新型實施例的電源電路原理圖；圖8是本實用新型實施例的打印接口電路原理圖；圖9是本實用新型實施例的按鍵接口電路原理圖；圖10是本實用新型實施例的功能擴展電路原理圖；圖l-10是便攜式消防水泵測試儀的最佳實施例，圖1中1消防水池 2巡檢泄壓閥3消防水泵 4振動傳感器 5壓力傳感器 6上游超聲波流量傳感器 7 下游超聲波流量傳感器8消防管網控制閥9主機；圖3-10中Ul MAX809復位芯片U2 C8051F020單片機U3 FM24CL16存儲 芯片U4 74HC14反相器U5GM8123串口擴展芯片U6 SP3223串口電平轉換芯 片 Vl-V3三端穩壓器件 Yl-Y2晶振 Sl 4位撥碼開關 R1-R33電阻器 Fl-F4鐵氧體磁珠C1-C47電容器BELLI直流蜂鳴器Ql三極管卯13。
具體實施方式
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以下結合附圖1-10對便攜式消防水泵測試儀作進一步說明如圖l所示消防水泵巡檢系統包括消防水泵3、巡檢泄壓閥2、消防管網控制閥 8、壓力傳感器5、振動傳感器4、管路和主機9，流量傳感器采用上游、下游超聲波流 量傳感器6、 7，吸附安裝在消防水泵3的出口管路上，振動傳感器4安裝在消防水泵3 上，各傳感器分別通過導線與主機9相連。如圖2所示主機包括壓力傳感器、振動傳感器、流量傳感器、濾波電路、單片機、 打印機、鍵盤、存儲器、主機串口、 LCD,壓力傳感器、振動傳感器通過濾波電路與單 片機的AD接口相連，打印機、存儲器、鍵盤直接與單片機I/0口相連，LCD直接與 單片機串口相連，主機串口、流量傳感器通過串口擴展與單片機串口相連。如圖3所示單片機、外圍電路及顯示接口等電路包括單片機U2、復位芯片U1、 接插件J3、 J6、電阻排R28、 R29、 R30，電阻R1、 R5、 R3、 R26-27,撥碼開關S1、 晶振Y1、電容C5、 C38、 C23、 C39、 C40，單片機U2的1-4腳為JTAG接口 ，與接 插件J3相連，單片機U2的5腳與復位芯片U1的2腳、電容C5相連，單片機IJ2的 12腳與電容C23、 C38相連，單片機U2的26、 27腳與電容C39、 C40及晶振Y1相連， 單片機U2的39-46腳通過電阻排R29、R30接地，單片機U2的47腳與電阻R26、R27、 三極管Ql及蜂鳴器BELLI相連，單片機U2的53、 54、 58與電阻R3、 R5、接插件 J6相連，為液晶顯示器的串行數據接口。單片機U2的l-4腳為JTAG接口，該接口用 作程序的下載及仿真。通過J3與適配器連接。程序下載結束后撥動S1，使JTAG四根 信號線通過R28接地，防止引入干擾。單片機的5腳為復位端口，低電平有效。復位芯片U1在系統上電時產生其所需的 復位時序。單片機U2的12腳為內部電壓基準輸出端，15-17腳為外部基準輸入端，在 該系統中使用內部基準，所以將內部基準輸出接在外部基準輸入端。電容C23、 C38在 此對基準電壓進行濾波。電容C39、 C40及晶振Y1組成振蕩電路給系統時鐘電路提供振蕩信號。單片機U2的39-46腳為P2 口，在該系統中不使用，所以將其通過電阻排 R29、 R30接地。電阻R26、 R27、三極管Ql及直流蜂鳴器BELLI組成聲音提示電路。 J6為液晶顯示器的串行數據接口 。如圖4所示濾波電路J4為外部模擬信號輸入接口。外部輸入信號為4-20mA的 電流信號，經電阻R7-R10轉換為電壓信號。電壓信號經電阻R11-R14與電容Cl-C4 組成的濾波網絡濾波后輸入到單片機U2的AD端口 。如圖5所示串口擴展電路包括串口擴展芯片U5、晶振Y2、接插件JIO、 Jll， 電阻R6、電容C25-C26、 C41-C47，串口擴展芯片U5的12腳與單片機U2的62腳相 連，串口擴展芯片U5的13腳與單片機U2的61腳相連，串口擴展芯片U5的14腳與 單片機U2的52腳相連，串口擴展芯片U5的15腳與單片機U2的51腳相連，串口擴 展芯片U5的16腳與單片機U2的50腳相連，串口擴展芯片U5的17腳與單片機U2 的49腳相連，串口擴展芯片U5的18腳與單片機U2的48腳相連，串口擴展芯片U5 的l、 2腳與晶振Y2、電容C41、 C42相連，串口擴展芯片U5的3、 4、 8、 9腳與電平 轉換芯片U6的13、 15、 12、 10腳相連，電平轉換芯片U6的2-7、 18、 19腳與電容 C26、 C43-C47相連，電平轉換芯片U6的8、 9腳與接插件J10相連，電平轉換芯片 U6的16、 17腳與接插件Jll相連。儀器的流量測量及液晶顯示器都是采用的串行通訊， 另外儀器還要預留一個串口與系統機進行數據傳輸，因此需要三個串行口。但是單片機 U2釆用的C8051F020芯片只有2個RS232串行口，因此通過串口擴展U5 GM8123芯 片來對串口進行擴展。串口擴展芯片U5的12、 13腳為單片機U2的串口 1，串口擴展 芯片U5的3、 4腳及8、 9腳分別為擴展出來兩個串口。晶振Y2及電容C41、 C42組 成振蕩電路給串口擴展芯片U5提供振蕩信號。電容C25、 C26、 C45為電源去耦濾波 電容。電平轉換芯片U6為電平轉換芯片，將系統電平轉換為RS232電平。電容C43-C47 為電平轉換電容。接插件JIO、 Jll為擴展出的串口2、串口3，分別接超聲波流量傳感 器和系統RS232接口 。單片機U2通過控制串口擴展芯片U5的14-18腳的狀態來選擇 相應的串行口。如圖6所示存儲電路包括存儲芯片U3、電阻R15、 R16，電容C24，存儲芯片U3的5、 6腳，電阻R15、 R16與單片機U2的59、 60腳相連，電容C24與存儲芯片U3的7、 8腳相連。存儲電 路采用SMBus總線接口的串行鐵電存儲器，單片機U2通過SDA、 SCL兩根數據線來 訪問存儲器。單片機U2的SDA、 SCL管腳必須是開漏輸出。電阻R15、 R16為上拉電阻。如圖7所示電源電路三端穩壓器VI與電容C7、 Cll、 C30、 C32，磁珠F2組成電源電路給電路中VDD 處提供電源。三端穩壓器V2與電容C12、 C16、 C33、 C34，磁珠F3組成電源電路給 電路中AV+處提供電源。VI、 V2為低壓差三端穩壓器，與電容C7、 Cll、 C12、 C16、 C30、 C32、 C33、 C34及鐵氧體磁珠F2、 F3構成穩壓電路，給單片機U2提供數字與 模擬電源。三端穩壓器V3與電容C15、 C35、 C36、 C37組成電源電路給電路中VCC處提供 電源。電容C8、 C9、 CIO、 C28、 C29、 C31連接在3.3V電源與DGND之間。電容 C6、 C27連接在電源AV+與AGND之間。電池輸出的直流電源，經過電容C35、 C36 進行濾波穩壓后，輸入到三端穩壓器V3的VIN端進行穩壓。三端穩壓器V3的輸出端 VOUT接電容C37、 C15對輸出電壓進行濾波，輸出的VCC作為系統工作的總電源。3.3V電源與電源VDD之間通過磁珠F4相連，SGND與GND通過磁珠Fl相連。電容C6、 C8、 C9、 CIO、 C27、 C28、 C29、 C31接在單片機U2的數字與模擬電 源輸入端，作用是去耦濾波。如圖8所示打印接口電路包括接插件J5、電阻R2、電阻排R31，接插件J5的3、 5、 7、 9、 11、 13、 15、 17腳與單片機U2的91-98腳相連，并通過電阻排R31上拉至VCC，接插件J5的1腳 通過電阻R2上拉至VCC并與單片機U2的88腳相連，接插件J5的21腳與單片機U2 的87腳相連。打印接口為并行傳輸，占用單片機10個I/0。其中8根數據線、l根打 印機忙狀態信號線、l根選通信號線。10根信號線分別接在單片機的P4、 P5口上。忙 狀態信號線通過電阻R2上拉至VCC,打印機忙時，該信號線被拉低。打印機數據線接 在單片機U2的P4口上，并通過排阻R31上拉至VCC。如圖9所示按鍵接口電路包括接插件J9、電阻排R33、電阻R18-R25、電容C17-C22。接插件J9的1、 2 腳通過電阻排R33上拉至VCC后，通過電阻R18、 R19與單片機U2的29、 30腳連接， 接插件J9的4-9腳通過電容C17-C22接地并經電阻排R33上拉至VCC后，再通過電 阻R20-R25與單片機U2的31-36腳連接。J9為按鍵接口，外接薄膜按鍵。排阻R33 將I/O上拉至VCC，這樣使得沒有鍵按下時，鍵值為1。電阻R18-R25及電容C17-C22 組成濾波網絡，對按鍵輸入端進行濾波，防止由于按鍵抖動及外界干擾而引起的誤操作。如圖10所示功能擴展電路功能擴展電路包括6反相器芯片U4、接插件J7、電阻R4、 R17、 R32、電容C13、 C14。該電路用于系統以后的功能擴展，在本項目中暫不使用。工作過程首先安裝好壓力傳感器5，振動傳感器4。打開巡檢泄壓閥2并關閉消防管網控制 閥8。開機儀器自檢結束后，通過鍵盤輸入測量管道的直徑、周長、壁厚、材料等參數 后，儀器會計算出上、下游超聲波流量傳感器6、 7間的安裝距離，根據儀器給出的安 裝距離將上、下游超聲波流量傳感器6、 7吸附在消防水泵3出口管路上。壓力、振動 傳感器信號通過接插件J4接入濾波電路，信號經濾波電路濾波后輸入到單片機U2的 A/D采集接口，單片機U2啟動A/D轉換，對輸入的模擬信號進行轉換將其轉換為12 位的數字信號。轉換后的數字信號經過標度變換后轉換為壓力與振動烈度值。單片機 U2通過控制48-52腳的狀態來控制串口擴展芯片U5選通流量傳感器通道，單片機U2 讀取流量數據后把流量、壓力、振動的測量結果一起通過串口送入到LCD中顯示。通 過調整消防水泵巡檢泄壓閥2，觀測主機9壓力讀數，當讀數等于該防火區的額定壓力 值時，讀取主機9的流量讀數即為該消防水泵的供水能力。單片機U2在測量顯示數據 的同時檢測按鍵狀態，如有鍵按下則進行鍵值處理。根據按鍵鍵值來選擇打印、存儲等 操作。
權利要求1、便攜式消防水泵在線無損測試儀，其特征在于包括壓力傳感器(6)、振動傳感器(4)、流量傳感器和主機(9)，壓力傳感器(6)、流量傳感器安裝在消防水泵(3)的出口管路上，振動傳感器(4)安裝在消防水泵(3)上，各傳感器分別通過導線與主機(9)相連。
2、 根據權利要求1所述的便攜式消防水泵在線無損測試儀，其特征在于流量傳 感器采用上游超聲波流量傳感器(6)和下游超聲波流量傳感器(7)。
3、 根據權利要求1所述的便攜式消防水泵在線無損測試儀，其特征在于主機包 括壓力傳感器、振動傳感器、流量傳感器、濾波電路、單片機、打印機、鍵盤、存儲器、 主機串口、 LCD，壓力傳感器、振動傳感器通過濾波電路與單片機的A/D接口相連， 打印機、存儲器、鍵盤直接與單片機1/0 口相連，LCD直接與單片機串口相連，主機 串口、流量傳感器通過串口擴展與單片機串口相連。
4、 根據權利要求3所述的便攜式消防水泵在線無損測試儀，其特征在于單片機、 外圍電路及顯示接口電路包括單片機U2、復位芯片U1、接插件J3、 J6、電阻排R28、 R29、 R30，電阻R1、 R5、 R3、 R26-27,撥碼開關Sl、晶振Y1、電容C5、 C38、 C23、 C39、 C40，單片機U2的l-4腳為JTAG接口，與接插件J3相連，單片機U2的5腳 與復位芯片U1的2腳、電容C5相連，單片機U2的12腳與電容C23、 C38相連，單 片機IJ2的26、 27腳與電容C39、 C40及晶振Yl相連，單片機U2的39-46腳通過電 阻排R29、 R30接地，單片機U2的47腳與電阻R26、 R27、三極管Ql及蜂鳴器BELLI 相連，單片機U2的53、 54、 58腳與電阻R3、 R5、接插件J6相連，為液晶顯示器的 串行數據接口。
5、 根據權利要求3所述的便攜式消防水泵在線無損測試儀，其特征在于濾波電 路包括接插件J4、電阻R7-R14、電容C1-C4，接插件J4的2腳與電阻R7、 Rll、 電容C4與單片機U2的18腳相連，接插件J4的4腳與電阻R8、 R12、電容C3與單 片機U2的19腳相連，接插件J4的6腳與電阻R9、 R13、電容C2與單片機U2的20 腳相連，接插件J4的8腳與電阻R10、 R14、電容C1與單片機U2的21腳相連。
6、 根據權利要求3所述的便攜式消防水泵在線無損測試儀，其特征在于串口擴 展電路包括串口擴展芯片U5、晶振Y2、接插件JIO、 Jll，電阻R6、電容C25-C26、 C41-C47，串口擴展芯片U5的12腳與單片機U2的62腳相連，串口擴展芯片U5的13腳與單片機U2的61腳相連，串口擴展芯片U5的14腳與單片機U2的52腳相連， 串口擴展芯片U5的15腳與單片機U2的51腳相連，串口擴展芯片U5的16腳與單片 機U2的50腳相連，串口擴展芯片U5的17腳與單片機U2的49腳相連，串口擴展芯 片U5的18腳與單片機U2的48腳相連，串口擴展芯片U5的1、 2腳與晶振Y2、電容 C41、 C42相連，串口擴展芯片U5的3、 4、 8、 9腳與電平轉換芯片U6的13、 15、 12、 IO腳相連，電平轉換芯片U6的2-7、 18、 19腳與電容C26、 C43-C47相連，電平轉換 芯片U6的8、 9腳與接插件J10相連，電平轉換芯片U6的16、 17腳與接插件Jll相 連。
7、 根據權利要求3所述的便攜式消防水泵在線無損測試儀，其特征在于存儲電 路包括存儲芯片U3、電阻R15、 R16，電容C24，存儲芯片U3的5、 6腳，電阻R15、 R16與單片機U2的59、 60腳相連，電容C24與存儲芯片U3的7、 8腳相連。
8、 根據權利要求3所述的便攜式消防水泵在線無損測試儀，其特征在于打印接 口電路包括接插件J5、電阻R2、電阻排R31，接插件J5的3、 5、 7、 9、 11、 13、 15、 17腳與單片機U2的91-98腳相連，并通過電阻排R31上拉至VCC，接插件J5的 1腳通過電阻R2上拉至VCC并與單片機U2的88腳相連，接插件J5的21腳與單片 機U2的87腳相連。
9、 根據權利要求3所述的便攜式消防水泵在線無損測試儀，其特征在于按鍵接 口電路包括接插件J9、電阻排R33、電阻R18-R25、電容C17-C22。接插件J9的1、 2腳通過電阻排R33上拉至VCC后，通過電阻R18、 R19與單片機U2的29、 30腳連 接，接插件J9的4-9腳通過電容C17-C22接地并經電阻排R33上拉至VCC后，再通 過電阻R20-R25與單片機U2的31-36腳連接。
專利摘要便攜式消防水泵在線無損測試儀，屬于消防用安全測試設備領域。包括壓力傳感器(6)、振動傳感器(4)、流量傳感器和主機(9)，壓力傳感器(6)、流量傳感器安裝在消防水泵(3)的出口管路上，振動傳感器(4)安裝在消防水泵(3)上，各傳感器分別通過導線與主機(9)相連。在測消防水泵管路上安裝的超聲波流量傳感器，采用超聲波非接觸式測量，無需拆裝消防水泵即可現場檢測，并通過現場安裝與主機相連的壓力傳感器、振動傳感器，實現了消防水泵在額定壓力下供水能力的現場無損檢測。同時具有結構簡單、攜帶方便、數據打印、數據存儲、數據通訊等功能。
文檔編號A62C37/00GK201085871SQ20072002882
公開日2008年7月16日 申請日期2007年10月8日 優先權日2007年10月8日
發明者王國峰 申請人:淄博三泵科森儀器有限公司