УСТРОЙСТВО СОПРЯЖЕНИЯ АДРЕСНОЙ ПОЖАРНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ
ADDRESSED FIRE ALARM INTERFACE DEVICE

Изобретение относится к области пожарной сигнализации и может быть использовано в системе адресной пожарной сигнализации для сопряжения приемно-контрольного прибора и шлейфа с безадресными пожарными извещателями.
Известно устройство аварийной сигнализации, описанное в патенте RU 2298231 «Модуль регистрации аварийной ситуации» (опубл. 2007.04.27), содержащее датчики регистрации аналоговых физических величин, связанные через сумматоры и усилители с последовательно подключенными аналогово-цифровым преобразователем, микроконтроллером, цифроаналоговым преобразователем, блоком питания.
Однако вышеописанное устройство является неадресным и конструктивно сложно.
В качестве прототипа выбрано устройство, описанное в патенте RU 15035 (опубл. 2000.09.10), содержащее выводы для подключения по адресной линии связи к персональному компьютеру, блок интерфейса, блок питания, связанный с микроконтроллером и интегральной схемой аналогово-цифрового преобразования, а также измерительный блок, связанный с ними и имеющий выводы для подключения контролируемого прибора.
Недостатком данного устройства является высокое энергопотребление, ограниченная протяженность адресной линии связи для интерфейса RS232, а также то, что электропитание устройства и передача информационных сигналов осуществляется по отдельным линиям.
Перед изобретателями стояла задача создания недорогого, надежного, имеющего низкое энергопотребление устройства сопряжения адресной пожарной сигнализации, обеспечивающего подключение к приемно-контрольному прибору по двухпроводному адресному шлейфу пожарной сигнализации безадресных пожарных извещателей, в том числе и нескольких различных производителей.
Поставленная задача решается тем, что предложено устройство сопряжения адресной пожарной сигнализации, содержащее выводы для подключения к адресному шлейфу сигнализации, микроконтроллер, блок питания, блок интерфейса и измерительный блок с выводами подключения контролируемого прибора.
Новым в заявляемом устройстве сопряжения адресной пожарной сигнализации является то, что выводы для подключения к адресному шлейфу сигнализации связаны через блок защиты с параллельно подключенными входом блока питания и двунаправленным первым входом блока интерфейса, при этом блок интерфейса связан своими входами данных и выходом данных с соответствующими информационными выходами и информационным входом микроконтроллера, а блок питания связан первым выходом с входом питания микроконтроллера, и вторым выходом - с первым входом измерительного блока, содержащего последовательно подключенные коммутатор и блок согласования, причем первый вход коммутатора является первым входом измерительного блока, второй вход связан с выходом управления микроконтроллера, а выход - с входом блока согласования, связанного первым выходом с входом опорного напряжения микроконтроллера, вторым выходом - с входом аналогово-цифрового преобразования микроконтроллера, а третьим и четвертым - с выводами для подключения контролируемого прибора. При этом блок интерфейса содержит параллельно подключенные к его первому входу узел запуска, узел приема данных и узел передачи данных, причем узел запуска выполнен в виде первого диода, подключенного анодом к первому входу блока и связанного катодом через делитель напряжения с анодом второго диода, подключенного катодом к входу питания блока интерфейса, а также с конденсатором и резистором, подключенным к первому выходу данных блока интерфейса, узел приема данных выполнен в виде диода, подключенного катодом к первому входу блока интерфейса и связанного анодом с параллельно включенными резисторами, один из которых подключен к входу питания, а другой - ко второму выходу данных блока интерфейса, узел передачи данных выполнен в виде транзисторного ключа, транзистор которого подключен коллектором к первому двунаправленному входу блока интерфейса, эмиттером - к общему проводу, а базой через делитель напряжения связан со вторым входом данных блока интерфейса. А блок согласования выполнен в виде токового зеркала, подключенного эмиттерными входами к входу блока согласования, первым коллекторным выходом - к эмиттеру первого транзистора, а вторым коллекторным выходом - к базе первого транзистора и стоку полевого транзистора, между затвором и истоком которого подключен делитель напряжения, связанный средней точкой через резистор с первым выходом блока, при этом коллектор первого транзистора связан с третьим выходом блока и базой включенного как эмиттерный повторитель второго транзистора, коллектор которого подключен к первому входу и эмиттерным входам токового зеркала, эмиттер через резисторы связан со вторым выходом блока и через параллельно включенные стабилитрон и резистор с общим проводом, а база соединена с третьим выходом блока и через резистор с четвертым выходом блока и общим проводом.
Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей и удешевлении устройства и адресной системы пожарной сигнализации в целом. Расширение функциональных возможностей обеспечивается тем, что выводы для подключения к адресному шлейфу сигнализации связаны с блоком защиты, связанным выходом с параллельно подключенными входом блока питания и двунаправленным первым входом блока интерфейса, содержащего параллельно подключенные к его первому входу узел запуска, узел приема данных и узел передачи данных, и связанного входами и выходом данных с соответствующими информационными выходами и выходом микроконтроллера, связанного выходом управления со вторым входом коммутатора измерительного блока, входом опорного напряжения - с первым выходом блока согласования измерительного блока, а входом аналогово-цифрового преобразования - со вторым выходом блока согласования, связанного третьим и четвертым выходами с выводами для подключения контролируемого прибора, что обеспечивает возможность подключения к адресной системе пожарной сигнализации безадресных пожарных извещателей разных производителей, имеющих выход типа сухой контакт, цена которых намного меньше, чем у адресных пожарных извещателей. Кроме того, удешевление устройства и адресной системы пожарной сигнализации в целом обеспечивается также тем, что используются два вывода, на которые через адресный двухпроводный шлейф сигнализации поступают и электропитание, и информационные сигналы от приемно-контрольного прибора, а также тем, что коммутатор, введенный в измерительный блок, обеспечивает дискретное включение напряжения, поступающего на блок согласования и контролируемый прибор или безадресный шлейф, что позволяет на порядок уменьшить энергопотребление устройства, по сравнению с прототипом. При этом блок интерфейса, коммутатор и блок согласования выполнены на недорогих схемных элементах.
На фиг.1 представлена общая блок-схема устройства сопряжения адресной пожарной сигнализации; на фиг.2 - узел запуска из блока интерфейса устройства, на фиг.3 - узел приема данных блока интерфейса, на фиг.4 - узел передачи данных блока интерфейса; на фиг.5 - коммутатор, а на фиг.6 - блок согласования устройства.
Устройство содержит выводы 1 (фиг.1) для подключения через адресный двухпроводный шлейф сигнализации к приемно-контрольному прибору (не показан), на которые с шлейфа поступают информационные сигналы от приемно-контрольного прибора и постоянное напряжение 15÷25 В, электрически связанные через блок защиты 2, обеспечивающий защиту от переполюсовки напряжения и импульсных помех с напряжением более 40 В, выполненный, например, в виде последовательно включенных ограничивающего резистора и стабилитрона и связанный выходом с параллельно подключенными входом блока питания 3, формирующего из напряжения 15÷25 В, поступающего на устройство по адресному двухпроводному шлейфу сигнализации, выходные напряжения: стабилизированное напряжение величиной в 5 В на своем первом выходе и постоянное нестабилизированное величиной в 15÷25 В на втором выходе, и двунаправленным первым входом блока интерфейса 4, служащего для сопряжения с приемно-контрольным прибором и содержащего параллельно подключенные к первому входу узел запуска 5 (фиг.1, 2), принимающий сигнал запуска устройства от приемно-контрольного прибора и связанный с первым выходом данных блока интерфейса, узел приема данных 6 (фиг.1, 3), принимающий информационный сигнал от приемно-контрольного прибора и связанный со вторым выходом данных блока интерфейса, и узел передачи данных 7 (фиг.1, 4), передающий ответный информационный сигнал на приемно-контрольный прибор, связанный со вторым входом данных блока интерфейса. Блок интерфейса 4 входами данных и выходом данных связан с соответствующими информационными выходами и входом микроконтроллера 8 (фиг.1), содержащего внутренний аналогово-цифровой преобразователь и хранящего записанные в его энергонезависимой памяти индивидуальный адресный код устройства и конкретные значения сопротивлений контролируемого безадресного шлейфа, соответствующие контролируемым тревожным событиям (например, обрыв шлейфа, короткое замыкание, срабатывание одного пожарного извещателя, срабатывание двух пожарных извещателей), а также обеспечивающего обработку принятых данных и выполнение соответствующих действий по заранее заданному алгоритму. Блок питания 3 связан первым выходом с входом питания блока интерфейса 4 и с входом питания микроконтроллера 8, а вторым выходом - с первым входом измерительного блока 9, содержащего последовательно подключенные: коммутатор 10 (фиг.1, 5), обеспечивающий дискретное включение напряжения в безадресном шлейфе, и блок согласования 11 (фиг.1, 6), формирующий опорное напряжение, пропорциональное протекающему по контролируемому шлейфу току, а также служащего для преобразования (повышения) выходного сопротивления аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) микроконтроллера 8 (фиг.1). При этом первый вход коммутатора 10 является первым входом измерительного блока 9, второй вход связан с выходом управления микроконтроллера 8, а выход - с входом блока согласования 11, связанного первым выходом с входом опорного напряжения микроконтроллера 8, вторым выходом - с входом аналогово-цифрового преобразования микроконтроллера 8, а третьим и четвертым - с выводами 12 для подключения контролируемого безадресного прибора или безадресного шлейфа (не показан). Узел запуска 5 (фиг.1, 2), предназначенный для детектирования импульса запуска из потока данных, поступающих на устройство по адресному двухпроводному шлейфу, выполнен в виде подключенного анодом к первому входу блока интерфейса 4 первого диода 13 (фиг.2), связанного катодом через делитель напряжения, образованный резисторами 14 и 15, с фильтрующим конденсатором 16 (подключенными к общему проводу), анодом второго диода 17, ограничивающим напряжение на уровне +5 В и подключенным катодом к входу питания блока интерфейса 4, токоограничивающим резистором 18, подключенным к первому выходу данных блока интерфейса 4. Причем делитель напряжения и фильтрующий конденсатор 16 образуют интегрирующую RC-цепь, которая и выделяет импульс запуска, поступающий через первый выход данных блока интерфейса 4 на микроконтроллер 8. Узел приема данных 6 (фиг.1, 3) выполнен в виде подключенного катодом к первому входу блока интерфейса 4 диода 19 (фиг.3), связанного анодом с параллельно включенными резисторами 20 и 21, причем резистор 20 подключен к входу питания блока интерфейса 4, и электрическая связь резистора 20 и диода 19 предназначена для преобразования уровня напряжения адресного двухпроводного шлейфа (15÷25 В) к уровню логического сигнала (5 В), а резистор 21, являющийся токоограничивающим и фильтрующим кратковременные импульсы напряжения, подключен ко второму выходу данных блока интерфейса 4. Узел передачи данных 7 (фиг.1, 4) выполнен в виде ключа на транзисторе 22 (фиг.4), подключенного коллектором к первому двунаправленному входу блока интерфейса 4, эмиттером - к общему проводу, а базой связанного с делителем напряжения, образованным резисторами 23 и 24, где резистор 23 связан с общим проводом, а резистор 24 - со вторым входом данных блока интерфейса 4. В качестве микроконтроллера 8 (фиг.1) использован однокристальный восьмиразрядный FLASH CMOS микроконтроллер типа PIC16F684 компании Microchip Technology incorporated (USA, сайт www.microchip.ru), техническая документация DS41202F. Коммутатор 10 (фиг.1, 5) блока согласования 11 выполнен в виде подключенного к первому входу резистора 25 (фиг.5), связанного с подключенным к общему проводу конденсатором 26, и образующим вместе с ним узел накопления энергии для проведения измерения сопротивления безадресного шлейфа. Резистор 25 и конденсатор 26 электрически связаны с транзистором 27, коллектор которого связан с выходом коммутатора, а параллельно эмиттеру и базе включен делитель напряжения на резисторах 28 и 29, резистор 28 которого связан с коллектором транзистора 30, связанного также базой через резистор 31 и эмиттером с общим проводом, а через резистор 32, включенный параллельно резистору 31, со вторым входом коммутатора 10. Блок согласования 11 (фиг.1, 6) содержит подключенное эмиттерами транзисторов к входу блока согласования токовое зеркало 33 (фиг.6), выполненное в виде сборки двух биполярных транзисторов PNP-типа, связанное коллектором правого транзистора, базой правого транзистора и базой левого транзистора с эмиттером первого биполярного транзистора 34 (PNP-типа), а коллектором левого транзистора - с базой первого транзистора 34 и стоком полевого N-канального транзистора 35, изолированного р-n переходом, связанного с резистором 36, включенным между затвором и истоком полевого транзистора 35, с резистором 37, включенным между затвором полевого транзистора 35 и общим проводом, и с резистором 38, подключенным к затвору полевого транзистора 35 и связанным с первым выходом блока согласования 11, причем полевой транзистор 35 и резистор 36 образуют источник тока, ток от которого, протекая через резистор 37, формирует опорное напряжение для АЦП микроконтроллера, токовое зеркало 33 обеспечивает протекание по контролируемому шлейфу тока той же величины, а резистор 38 необходим для повышения входного сопротивления по первому выходу блока согласования 11 при внутрисхемном программировании устройства. При этом коллектор первого транзистора 34 связан с третьим выходом блока согласования 11 и базой включенного как эмиттерный повторитель второго биполярного транзистора 39 (NPN-типа), подключенного коллектором к первому входу и эмиттерным входам транзисторов токового зеркала 33, эмиттером через резистор 40 к параллельно связанным катоду стабилитрона 42 и резисторам 41 и 43, где резистор 41 подключен ко второму выходу блока, анод стабилитрона 42 и резистор 43 связаны с общим проводом, а база второго транзистора 39 подключена к третьему выходу блока согласования и через резистор 44, связанный с общим проводом, к четвертому выходу блока согласования. При этом резистор 44 обеспечивает нулевой потенциал на базе транзистора 39 при обрыве шлейфа и отсутствии измерений, резисторы 40 и 43 образуют делитель напряжения для преобразования уровня напряжения на шлейфе (15÷25 В) к уровню АЦП (5 В); стабилитрон 42 ограничивает максимальное входное напряжение АЦП на уровне +5 В; резистор 41 обеспечивает защиту входа АЦП микроконтроллера (ограничение тока).
Устройство работает следующим образом. От приемно-контрольного прибора по адресной линии связи через выводы 1, блок защиты 2 и узел запуска 5 блока интерфейса 4 на микроконтроллер 8 поступает импульс запуска, представляющий собой падение напряжения в линии до 0 на время около 1 мс, который выводит микроконтроллер 8 из спящего режима и переводит его в режим ожидания данных информационного сигнала. При поступлении от приемно-контрольного прибора информационного сигнала информационный сигнал по адресному двухпроводному шлейфу сигнализации через выводы 1, блок защиты 2 и узел приема данных 6 блока интерфейса 4 поступает на микроконтроллер 8, который включает на время около 100 мксек (с периодичностью через 3 секунды) измерительный блок 9, а именно: через второй вход коммутатора 10 открывает транзисторы 27, 30 транзисторного ключа, что обеспечивает дискретную подачу напряжения 15÷25 В (в зависимости от того, какое напряжение поступает на выводы 1) через вход блока согласования 11 на токовое зеркало 33 и транзисторы 34, 35, при этом со второго коллекторного выхода токового зеркала 33 посредством полевого транзистора 35 формируется опорное напряжение для аналогово-цифрового преобразователя микроконтроллера 8, а с первого коллекторного выхода посредством транзистора 34 формируется зондирующий ток, представляющий собой последовательность импульсов и поступающий через выводы 12 на подключенный контролируемый безадресный прибор или безадресный шлейф. Причем время подачи импульсов и их периодичность связаны с частотой поступления информационного сигнала от приемно-контрольного прибора. Такое дискретное включение измерительного блока, синхронизированное с периодичностью поступающих от приемно-контрольного прибора информационных сигналов, позволяет минимизировать энергопотребление устройства.
Напряжение, поступающее с контролируемого шлейфа, подается через второй выход блока согласования 11 на вход АЦП микроконтроллера 8, где преобразуется в цифровой код по формуле:
КОД=255*Uоп/(Uвх*Кд),
где Uoп - опорное напряжение;
Uвx - напряжение на контролируемом шлейфе,
Кд - коэффициент деления Uвx для приведения ко входному АЦП микроконтроллера, равный отношению значения сопротивления резистора 43 к произведению значений сопротивлений резисторов 40 и 43.
peзистора37
шлейфа
Таким образом, Uoп и Uвx с помощью токового зеркала 33 формируются одним и тем же током, который, протекая через резистор 37, создает Uоп (согласно закону Ома Uoп=I*R, где I - ток, сформированный источником тока на полевом транзисторе 35 и резисторе 36) и, протекая по контролируемому шлейфу, создает падение напряжения на нем (согласно закону Ома Uвx=I*R), которое прикладывается ко входу АЦП микроконтроллера 8. Микроконтроллер 8, определив по отношению откликов опорного напряжения и напряжения контролируемого безадресного прибора или безадресного шлейфа сопротивление на линии безадресного шлейфа, сравнивает значение сопротивления с хранящимися в его энергонезависимой памяти значениями сопротивления, соответствующими определенным тревожным ситуациям (обрыв шлейфа, короткое замыкание, пожар), и при их совпадении формирует и посылает на приемно-контрольный прибор через узел передачи данных 7 блока интерфейса 4 ответный информационный сигнал, содержащий извещение о соответствующем тревожном событии.
Заявленным устройством сопряжения адресной системы пожарной сигнализации обеспечивается подключение к адресной системе пожарной сигнализации безадресных пожарных извещателей разных производителей, имеющих выход типа сухой контакт, передается на приемно-контрольный прибор извещение о соответствующем контролируемом тревожном событии или неисправности (обрыв шлейфа, короткое замыкание, срабатывание одного пожарного извещателя, срабатывание двух пожарных извещателей) с указанием своего индивидуального адресного кода, хранящегося вместе с конкретными значениями сопротивлений, соответствующими тревожным событиям контролируемого безадресного шлейфа, в энергонезависимой памяти микроконтроллера устройства. Причем конфигурация конкретных значений сопротивлений контролируемого безадресного шлейфа может быть изменена с помощью программатора адресных устройств, что позволяет изменять количество и расположение пожарных извещателей в контролируемом безадресном шлейфе. Кроме того, если к входам опорного напряжения и аналогово-цифрового преобразования микроконтроллера подключить через мультиплексор несколько блоков сопряжения, то заявленным устройством сопряжения адресной системы пожарной сигнализации возможно контролировать сразу несколько безадресных шлейфов.