一種船模試驗水池液位自動控制系統及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于自動控制技術領域，涉及一種液位自動控制系統，更具體地說，涉及一種船模試驗水池液位自動控制系統及其控制方法。
【背景技術】
[0002]船模試驗水池是進行船舶性能研究試臉的重要設施，是船舶模型試驗的場所。海洋工程中的大型設備在建造下水前基本都需要進行水池模型測試，通過測試來獲得較為可靠的船體運動數據及結構受力情況，從而為海洋設備的設計提供可靠的依據。
[0003]目前船模試驗水池在試驗前后的注水、放水以及液位調整工作基本是由人工操作來完成，由于水量大小不易控制，放水時間很長且難以計算，一旦操作人員忘記關閉水閥將造成比較大的損失，需要人工進行現場監控。如果要對液位的高度有要求，還需要人工進行反復測量，之后再注水或放水對液位進行調整。這種人工操作方式非常的不方便，效率較低且對液位控制精度不高。
[0004]如何針對船模試驗水池這種專業性較強的場合，設計一種液位自動控制系統及其控制方法，能夠實現無人值守的注水、放水操作，并能實時對液位高度進行檢測控制，并有遠程操作及容錯保護措施，來滿足船舶工程水池實驗室的需求。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是針對上述現有技術存在的問題和不足，為滿足船舶工程水池實驗室的需求，提供一種船模試驗水池液位自動控制系統及其控制方法。
[0006]本發明能夠實現船模試驗水池無人值守注水和放水的操作，并能實時對船模試驗水池液位高度進行檢測控制，并有遠程操作及容錯保護措施，來滿足船舶工程水池實驗室的需求。
[0007]為達到上述目的，本發明實現目的所采用的技術方案是:
[0008]一種船模試驗水池液位自動控制系統，由嵌入式處理器模塊、液晶觸控屏、電源、經認證的手機、GSM通信網絡、GSM模塊、第一液位傳感器模塊、第二液位傳感器模塊、第一發射器模塊、第二發射器模塊、接收器模塊、無線網絡、第一繼電器、第二繼電器、進水電磁閥模塊和放水電磁閥模塊組成。
[0009]上述經認證的手機通過GSM通信網絡與GSM模塊相連，用于發送控制短信和接收報警信息。
[0010]上述GSM模塊與嵌入式處理器模塊通過串口相連，用于接收控制短信和發送報警
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[0011]上述液晶觸控屏與嵌入式處理器模塊相連，用于顯示液位控制系統軟件的界面，進行液位高度設置、啟動系統操作。
[0012]上述電源對嵌入式處理器模塊進行供電。
[0013]上述第一液位傳感器模塊放置于船模試驗水池的底部，用于測量船模試驗水池的液位高度。
[0014]上述第二液位傳感器模塊置于船模試驗水池的頂部，用于監測船模試驗水池能夠達到的最高水位。
[0015]上述第一發射器模塊與第一液位傳感器模塊通過RS485接口連接。
[0016]上述第二發射器模塊與第二液位傳感器模塊通過RS485接口連接。
[0017]上述接收器模塊與嵌入式處理器模塊通過USB接口連接。
[0018]上述第一發射器模塊、第二發射器模塊與接收器模塊組成一種類型的無線網絡。
[0019]上述第一繼電器和第二繼電器分別與嵌入式處理器模塊相連，用于控制電磁閥模塊的通電與斷電。
[0020]上述第一繼電器和第二繼電器分別與安裝在進水和放水管路上的進水電磁閥和放水電磁閥相連接，用于控制水池的進水和放水管道。
[0021]上述的嵌入式處理器模塊內安裝有液位控制軟件。
[0022]上述的第一液位傳感器模塊5優選為投入式液位傳感器模塊。
[0023]上述的第二液位傳感器模塊6優選為紅外液位傳感器模塊。
[0024]上述的第一發射器模塊7和第二發射器模塊8優選為ZIGBEE路由器模塊。
[0025]上述的接收器模塊10優選為ZIGBEE協調器模塊。
[0026]為達到上述目的，本發明實現目的所采用的另一個技術方案是:
[0027]—種船模試驗水池液位自動控制系統的控制方法，包括以下步驟:
[0028]步驟一:打開船模試驗水池液位自動控制系統的電源，管理員通過液晶觸控屏輸入密碼，系統進入待機狀態；
[0029]步驟二:管理員可根據需求選擇現場控制方式或遠程控制方式，當采用現場控制方式，管理員則通過液晶觸控屏設置需要的液位高度h，并啟動系統；當采用遠程控制方式，管理員則利用已認證的手機通過GSM通信網絡發送包含液位高度h和啟動系統信息的控制短信給GSM模塊，GSM模塊通過串口把短信內容傳送給嵌入式處理器模塊，嵌入式處理器模塊對短信的合法性和格式進行檢驗，當符合要求則提取短信中液位高度h并啟動系統，當不符合要求則發送相應的警示短信提醒管理員遠程操作未成功。
[0030]步驟三:第一液位傳感器模塊檢測初始液位高度h’并傳送給第一發射器模塊，第一發射器模塊把初始液位高度h ’通過無線網絡傳送給接收器模塊，接收器模塊把收到的初始液位高度h’傳送給嵌入式處理器模塊。
[0031]步驟四:嵌入式處理器模塊中的液位控制軟件判斷初始液位高度h’與設置的液位高度h的關系，當h’小于h，則通過第一繼電器打開進水電磁閥模塊進行注水操作；當h’大于h，則通過第二繼電器打開放水電磁閥模塊進行放水操作；當1!’等于h，則不進行任何操作，系統返回待機狀態。
[0032]步驟五:在注水或放水的過程中第一液位傳感器模塊不斷實時檢測液位的高度h”并傳送給第一發射器模塊，第一發射器模塊把液位高度h”通過無線網絡傳送給接收器模塊，接收器模塊把收到的液位高度h”傳送給嵌入式處理器模塊，液位控制軟件不斷判斷收到的液位高度h”是否等于設置的液位高度h，當等于時則停止注水或放水的操作。
[0033]步驟六:當在注水的過程中由于故障導致水位不斷上升，達到第二液位傳感器監測的最高水位位置時，第二液位傳感器則發送報警信號給第二發射器模塊，第二發射器模塊把報警信號通過無線網絡傳送給接收器模塊，接收器模塊把收到的報警信號傳送給嵌入式處理器模塊，嵌入式處理器模塊通過第一繼電器來關閉進水電磁閥模塊，停止注水操作。同時，嵌入式處理器模塊由串口控制GSM模塊通過GSM通信網絡發送警示短信至經過認證的手機(一般為管理員的手機)，提示管理員液位高度已達到最高位置，以便進行相應的處理。管理員在收到警示短信后，發送系統應急停止控制短信，使進水電磁閥模塊、放水電磁閥模塊同時關閉，液位控制系統處于鎖定狀態，必須等待管理員輸入解鎖密碼才能解鎖系統。
[0034]本發明相對現有技術所具有的特點和有益效果主要是:
[0035]1、本發明針對船模試驗水池，提供了一種穩定可靠的船模試驗水池液位控制系統及其控制方法，管理員無需關心初始的液位高度，只要設置好需要的液位高度，系統能夠自動判斷進行注水或放水操作，能夠實現無人值守的注水、放水過程，并能實時對液位高度進行檢測控制，精度高，同時具有遠程操作功能，雙液位傳感器模式保障了系統的安全性，完全可以滿足船舶工程水池實驗室進水、放水的控制需求。
[0036]2、本發明液位控制系統構造簡單，實施性高，操作方便，可靠性好。
【附圖說明】
[0037]圖1是本發明的一種船模試驗水池液位自動控制系統的結構示意框圖；
[0038]圖2是船模試驗水池液位自動控制系統控制方法流程框圖；
[0039]圖3是實施例1的控制方法流程框圖；
[0040]圖4是實施例2的控制方法流程框圖；
[0041 ] 圖5是實施例3的控制方法流程框圖。
【具體實施方式】
[0042]下面結合附圖和具體實施例對本發明的一種船模試驗水池液位自動控制系統及其控制方法作進一步詳細說明。
[0043]如圖1所示，一種船模試驗水池液位自動控制系統，由嵌入式處理器模塊4、液晶觸控屏11、電源12、經認證的手機1、GSM通信網絡2、GSM模塊3、第一液位傳感器模塊5、第二液位傳感器模塊6、第一發射器模塊7、第二發射器模塊8、無線網絡9、接收器模塊10、第一繼電器13、進水電磁閥模塊14、第二繼電器15和放水電磁閥模塊16組成。
[0044]上述所述的經認證的手機通過GSM通信網絡與GSM模塊相連，用于發送控制短信和接收報警信息。
[0045]上述所述的GSM模塊與嵌入式處理器模塊通過串口相連，用于接收控制短信和發送報警信息。
[0046]上述所述的液晶觸控屏與嵌入式處理器模塊相連，能夠顯示液位控制系統軟件的界面，可以進行液位高度設置、啟動系統等操作。
[0047]上述所述的電源對嵌入式處理器模塊進行供電。
[0048]上述所述的第一液位傳感器模塊放置于船模試驗水池的底部，用于測量船模試驗水池的液位高度。
[0049]上述所述的第二液位傳感器模塊置于船模試驗水池的頂部，用于監測船模試驗水池能夠達到的最高水位。
[0050]上述所述的第一發射器模塊與第一液位傳感器模塊通過RS485接口連接。
[0051 ] 上述所述的第二發射器模塊與第二液位傳感器模塊通過RS485接口連接。
[0052]上述所述的接收器模塊與嵌入式處理器模塊通過USB接口連接。
[0053]上述所述的第一發射器模塊、第二發射器模塊與接收器模塊可以組成某種類型的無線網絡。
[0054]上述所述的第一繼電器和第二繼電器分別與嵌入式處理器模塊相連，用于控制電磁閥模塊的通電與斷電。
[0055]上述所述的第一繼電器和第二繼電器分別與安裝在進水和放水管路上的進水電磁閥和放水電磁閥相連接，用于控制水池的進水和放水管道。
[0056]在下面的實施例中，第一液位傳感器模塊5優選為投入式液位傳感器模塊，第二液位傳感器模塊6優選為紅外液位傳感器模塊，第一發射器模塊7和第二發射器模塊8優選為ZIGBEE路由器模塊，接收器模塊10優選為ZIGBEE協調器模塊。ZIGBEE路由器模塊與ZIGBEE協調器模塊組成一個點到多點的無線ZIGBEE網絡，采用多點透明傳輸方式。
[0057]實施例1:船模試驗水池為空水池或液位高度沒達到目標高度，進行注水操作。實施例I的流程圖如圖2至圖3所示，具體實施流程如下:
[0058]管理員通過液晶觸控屏11設置需要的液位高度h，啟動系統。
[0059]投入式液位傳感器模塊5檢測初始液位高度h’，并把h’通過RS485接口傳送到第一 ZIGBEE路由器模塊7，第一 ZIGBEE路由器模塊7再把收到的初始液位高度h’通過ZIGBEE網絡9傳送到ZIGBEE協調器模塊10。
[0060]ZIGBEE協調