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          EEPW首頁(yè) > 安全與國(guó)防 > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 消防指示燈智能監(jiān)控系統(tǒng)三端口網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

          消防指示燈智能監(jiān)控系統(tǒng)三端口網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)

          作者: 時(shí)間:2010-12-28 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
            摘要: 提出采用兩級(jí)環(huán)形總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、主從通信方式的消?/FONT>指示燈智能監(jiān)控系統(tǒng)。設(shè)計(jì)了用電池提供應(yīng)急電源的通信網(wǎng)關(guān)的總體結(jié)構(gòu)。采用單片機(jī)自帶的雙串口構(gòu)成兩個(gè)獨(dú)立光電隔離的RS-485 接口作為下級(jí)環(huán)形總線主站,實(shí)現(xiàn)與智能應(yīng)急標(biāo)志燈之間交換數(shù)據(jù)。利用單片機(jī)的SPI 接口功能和另一個(gè)單片機(jī)擴(kuò)展第三個(gè)獨(dú)立的光電隔離RS-485 接口,作為上級(jí)環(huán)形的從站, 實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控主機(jī)之間狀態(tài)和命令信息交換。給出了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和基于Modbus 協(xié)議的通信軟件結(jié)構(gòu)。

            隨著社會(huì)的發(fā)展, 大量高密度的特大型建筑不斷涌現(xiàn), 導(dǎo)致火災(zāi)逃生通道更為復(fù)雜, 加大了火災(zāi)發(fā)生時(shí)的逃生難度。對(duì)于消防疏散而言, 怎樣在火災(zāi)發(fā)生時(shí)使逃生更安全、更準(zhǔn)確、更迅速, 正是時(shí)代對(duì)建筑防災(zāi)提出的新課題。目前消防應(yīng)急標(biāo)志燈大多作為單體存在, 無(wú)法依據(jù)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的變化, 動(dòng)態(tài)地調(diào)整逃生方向指示。此外,應(yīng)急標(biāo)志燈的日常維護(hù)和檢修也存在嚴(yán)重的滯后現(xiàn)象。

            應(yīng)急標(biāo)志燈最主要的作用是能在發(fā)生火災(zāi)時(shí)應(yīng)急啟動(dòng),而應(yīng)急啟動(dòng)的關(guān)鍵在于其電池充放電工作是否正常。依靠人力的維護(hù)和檢修, 難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品問(wèn)題, 在發(fā)生火災(zāi)時(shí)往往會(huì)給逃生疏散指示帶來(lái)許多盲區(qū)。越來(lái)越高的公共安全要求使得消防應(yīng)急標(biāo)志燈從各自獨(dú)立工作發(fā)展為智能化消防應(yīng)急燈監(jiān)控系統(tǒng)。在火災(zāi)來(lái)臨之時(shí),該系統(tǒng)能迅速、準(zhǔn)確地收集火警現(xiàn)場(chǎng)的信息, 智能地選擇最佳的逃生路線, 通過(guò)集中控制消防應(yīng)急燈具, 以光流、語(yǔ)音、頻閃形式, 從聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)等感觀上引導(dǎo)人們正確逃生。系統(tǒng)還可以不間斷地巡檢智能應(yīng)急燈具運(yùn)行狀態(tài), 及時(shí)發(fā)現(xiàn)燈具故障, 提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和應(yīng)急安全性。

            圖1 展示了采用雙環(huán)形總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的消防應(yīng)急燈具智能監(jiān)控系統(tǒng), 包括上位監(jiān)控計(jì)算機(jī)、中繼網(wǎng)關(guān)和智能消防應(yīng)急燈具三級(jí), 通過(guò)兩級(jí)RS-485 環(huán)形總線進(jìn)行相互通信。所有的控制命令都由監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)出, 通過(guò)第一級(jí)總線環(huán)路傳送到中繼網(wǎng)關(guān), 再由中繼網(wǎng)關(guān)通過(guò)第二級(jí)總線環(huán)路網(wǎng)絡(luò)傳遞至每個(gè)燈具, 燈具執(zhí)行命令后, 依次通過(guò)第二級(jí)、第一級(jí)環(huán)路返回執(zhí)行結(jié)果。在該系統(tǒng)中, 監(jiān)控計(jì)算機(jī)從火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)(FANS) 獲得火源信息, 智能決策選擇最優(yōu)逃生路線, 通過(guò)將指令信息傳遞至中繼網(wǎng)關(guān), 然后再由中繼網(wǎng)關(guān)發(fā)送至各燈具, 指示安全可靠的逃生通道。

          具有雙環(huán)形總線的消防應(yīng)急燈系統(tǒng)

          圖1 具有雙環(huán)形總線的消防應(yīng)急燈系統(tǒng)。

            總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 控制方便, 易于擴(kuò)展, 所以目前大多數(shù)消防和門禁系統(tǒng)都是采用這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。環(huán)形網(wǎng)絡(luò)還具有較好的可靠性, 如果環(huán)形總線在某處斷開(kāi), 則可分成兩個(gè), 分別連接到主站的兩個(gè)接口上, 仍然能夠保證主站與從站之間的信息交換, 大大提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃?。兩?jí)環(huán)形總線結(jié)構(gòu)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是, 多個(gè)環(huán)路可并行工作, 均衡并減輕單一總線上的通信負(fù)載。

            在應(yīng)急狀態(tài)下, 應(yīng)急燈及其監(jiān)控系統(tǒng)有集中供電和獨(dú)立供電兩種方式。在應(yīng)急狀態(tài)下, 集中供電系統(tǒng)的每個(gè)燈具以及所有中繼網(wǎng)關(guān)都從同一個(gè)專用的應(yīng)急電源獲得工作電源, 而獨(dú)立供電系統(tǒng)的工作電源由每個(gè)燈具或網(wǎng)關(guān)自帶的電池提供。因此, 監(jiān)控電池的儲(chǔ)能性能及保證電池的可用性都至關(guān)重要。通過(guò)控制命令可以隨時(shí)檢測(cè)電池電壓, 也可每月每年定期檢查。

          1 設(shè)計(jì)

            1.1 總體結(jié)構(gòu)

            在圖1 所示的應(yīng)急燈智能監(jiān)控系統(tǒng)中, 中繼網(wǎng)關(guān)作為上下兩級(jí)環(huán)路之間的聯(lián)絡(luò), 是監(jiān)控計(jì)算機(jī)與燈具之間交換數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)站, 其結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。

            圖2 為獨(dú)立供電型中繼網(wǎng)關(guān)總體結(jié)構(gòu)圖。在主電狀態(tài)下, 通過(guò)市電獲得工作電源。在應(yīng)急狀態(tài)下, 由自帶電池提供工作電源。網(wǎng)關(guān)具有電源變換、電池充放電控制功能。在整個(gè)消防應(yīng)急系統(tǒng)中, 中繼網(wǎng)關(guān)可以通過(guò)平常的抽樣和制定燈具查詢?cè)摥h(huán)路燈具狀態(tài), 與下位機(jī)節(jié)點(diǎn)通信時(shí), 將發(fā)送第一個(gè)節(jié)點(diǎn)ID 而功能碼以及它們的數(shù)據(jù)項(xiàng)還有校驗(yàn)碼所形成的數(shù)據(jù)幀, 通過(guò)RS-485 總線發(fā)送到第一個(gè)節(jié)點(diǎn)上, 之后變?yōu)榻邮諣顟B(tài), 接收第一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)幀并進(jìn)行解析。當(dāng)解析出下位機(jī)節(jié)點(diǎn)發(fā)送故障報(bào)警時(shí), 將報(bào)警信息顯示在液晶顯示屏上, 并啟動(dòng)聲光報(bào)警。由于監(jiān)控主機(jī)程序中設(shè)有定時(shí)器, 因此,如果節(jié)點(diǎn)未能在一定的時(shí)間發(fā)送回?cái)?shù)據(jù)幀, 則提示異常, 提醒相關(guān)人員進(jìn)行檢查。如果未出現(xiàn)報(bào)警信息, 則再輪詢下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

          獨(dú)立供電型中繼網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)圖

          圖2 獨(dú)立供電型中繼網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)圖。

            系統(tǒng)使用主從通信協(xié)議, 兩級(jí)環(huán)形網(wǎng)絡(luò)都采用RS-485 總線。在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲校?中繼網(wǎng)關(guān)作為第一級(jí)環(huán)路總線網(wǎng)絡(luò)的從站, 同時(shí)又是第二級(jí)環(huán)路的主站。中繼網(wǎng)關(guān)需要3 個(gè)串口,1 個(gè)負(fù)責(zé)接收監(jiān)控計(jì)算機(jī)命令以及把燈具和網(wǎng)關(guān)本身的信息整理后回饋, 另外兩個(gè)串口正好形成環(huán)路主站,1 個(gè)負(fù)責(zé)發(fā)送,1 個(gè)負(fù)責(zé)接收, 如果出現(xiàn)環(huán)路斷線, 則兩個(gè)都可以作為發(fā)送。

            本設(shè)計(jì)中選擇具有兩個(gè)串口的單片機(jī)STC12C5A32S2( 以下簡(jiǎn)稱STC12) 作為主要控制芯片, 它具有2 個(gè)異步串行接口(UART),1 個(gè)同步串行口(SPI), 以及和普通單片機(jī)相同的256 B 的內(nèi)部RAM, 以及擴(kuò)展的1 024 B 的外部RAM, 還有28 KB 的EEPROM。較大的存儲(chǔ)空間方便燈具的連接以及大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)[ 5]。把STC12 單片機(jī)自帶的兩個(gè)串口設(shè)計(jì)成1# 和2# RS-485 接口, 作為第二級(jí)環(huán)路的主站, 還需要擴(kuò)展另一個(gè)串口構(gòu)成0# RS-485 接口, 作為第一級(jí)環(huán)路的從站。

            1.2

            的方式有:(1)硬件的擴(kuò)展方式。使用市面上對(duì)串口進(jìn)行擴(kuò)展的芯片( 有SP2338DP,GM8123 系列)。

            在這里對(duì)于幀的格式是不可編程的[ 6]。(2)軟件模擬法??筛鶕?jù)串行通信的傳送格式, 利用定時(shí)器和主機(jī)的I/O 口來(lái)模擬串行通信的時(shí)序, 以達(dá)到擴(kuò)展串口的目的。接收過(guò)程中需要檢測(cè)起始位, 這可以使用查詢方式或中斷方式進(jìn)行處理。接收和發(fā)送過(guò)程中, 對(duì)定時(shí)的處理既可以使用查詢方式也可以使用定時(shí)器中斷方式。而這種方法需要占用大量的CPU 時(shí)間, 只能用于功能簡(jiǎn)單的應(yīng)用中, 并不適合中繼網(wǎng)關(guān)這類功能復(fù)雜的設(shè)備。

            綜合考慮成本和性能等因素, 本設(shè)計(jì)使用STC12 單片機(jī)的同步串行口(SPI) 和另一個(gè)帶有串口的單片機(jī)STC11F04E( 以下簡(jiǎn)稱為STC11) 來(lái)擴(kuò)展串口, 其原理如圖3 所示。其中TX、RX 分別是串口的數(shù)據(jù)發(fā)送信號(hào)和數(shù)據(jù)接收引腳。RE 用于控制MAX485 的接收或發(fā)送狀態(tài)。

            圖中下部分給出了光電隔離型RS-485 接口原理。3 個(gè)RS-485 接口使用相同的原理, 但3 個(gè)接口中MAX485芯片的工作電源是各自獨(dú)立的。

            圖3 中,SCK、MISO、MOSI 分別是SPI 接口的時(shí)鐘信號(hào)、主站輸入信號(hào)、主站輸出信號(hào)。定義STC12 的SPI 接口工作在從站方式,STC11 作為SPI 主站。由于STC11 單片機(jī)沒(méi)有SPI 功能, 必須用軟件模擬SPI 主站功能, 這里僅將STC11 作為字節(jié)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹修D(zhuǎn)站, 不進(jìn)行信息幀的校驗(yàn)、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換。監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)出指令經(jīng)STC11 的串口接收, 通過(guò)SPI 發(fā)送至STC12 進(jìn)行處理。STC11 再通過(guò)SPI 接收返回信息, 然后通過(guò)串口發(fā)送至監(jiān)控計(jì)算機(jī)。設(shè)計(jì)中,STC12 通過(guò)在SPI_TX 引腳的輸出下降沿,告知STC11 啟動(dòng)模擬SPI 主站功能, 從STC12 的SPI 接口寄存器中讀取一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。


          圖3 用SPI 擴(kuò)展串口的電路構(gòu)造。

            


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