Автоматизированная цифровая система оповещения

Полезная модель относится к системам оповещения и громкоговорящей связи и может быть использована для организации оповещения и связи на различных объектах, в том числе на транспортных средствах, например на железной дороге.
Известно устройство громкоговорящей связи и оповещения, содержащее источники сигналов, выходы которых подключены к входам сумматора, выход которого подключен к сигнальному входу двухтактного предоконечного усилителя с автоматической регулировкой усиления, источник питания и двухтактный основной усилитель, выходы которого непосредственно и через датчик тока подключены к соответствующим выводам громкоговорителей, и два индикатора, при этом в него введены размыкающие ключи, подключенные между выходами соответствующих источников сигналов и общей шиной, замыкающий ключ, включенный между выходом сумматора и общей шиной, коммутатор управления, выходы которого подключены к управляющим входам размыкающих ключей, две цепи, состоящие из последовательно соединенных фильтра нижних частот, интегрального компаратора напряжения, силового электронного ключа и элемента смещения, выход которого соединен с источником питания, согласующий трансформатор, входная обмотка которого соединена с выходами двухтактного предоконечного усилителя, выводы обмотки управления которого соединены с входами фильтров нижних частот, фазоинвертирующие обмотки включены между выходами силовых электронных ключей и соответствующими входами двухтактного основного усилителя, причем центральный вывод обмотки управления соединен с общей шиной, последовательно соединенные детектор сигналов, выход которого подключен к первому индикатору, пороговый элемент, элемент памяти, выход которого подключен к второму индикатору, и электронный таймер, выход которого подключен к другому входу элемента памяти, при этом другие выходы датчика тока подключены к входам детектора сигналов (см. Авторское свидетельство СССР №1311586, кл. Н04М 9/08, 2000).
Данное устройство предназначено для передачи и воспроизведения речевых и голосовых сообщений.
Известна система, содержащая приемный тракт с подключенным на выходе громкоговорителем, передающий тракт с подключенным на входе электронным ключом, последовательно соединенные микрофон, усилитель, детектор, компаратор, выход которого подключен к управляющему входу электронного ключа, второй детектор и аттенюатор, управляющий вход которого подключен к входам компаратора, причем параллельно по входам компаратора включена схема сравнения, выход которой соединен с аттенюатором, при этом в него введены блок коррекции обратной акустической связи, входы которого подключены к входам соответствующих детекторов, а выход - к входу электронного ключа, и элемент задержки, включенный между выходом приемного тракта и входом аттенюатора (см. патент РФ №2103833, кл. Н04М 9/08, 1998).
Недостатком данного устройства является небольшое количество его технических применений и возможностей, поскольку данное устройство также предназначено для приема только речевых и голосовых сообщений и для их передачи и воспроизведения.
Известна полезная модель РФ №73575, кл. Н04М 9/08, 2008, которая относится к системам громкоговорящей связи и может быть использована для организации связи на различных объектах, в том числе на транспортных средствах. Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является расширение функциональных возможностей системы громкоговорящей связи, обусловленное повышением качества обслуживания ее абонентов и увеличением количества ее технических применений и возможностей. Данный технический результат достигается за счет того, что система громкоговорящей связи содержит радиоприемное устройство 1, соединенное выходом с первым входом сумматора и входом устройства 2 управления, которое выходом подключено к первому входу устройства 4 формирования сигналов служебных сообщений, соединенного выходом со вторым входом сумматора 7, выход устройства 8 преобразования акустического сигнала в электрический соединен с третьим входом сумматора 7, который выходом через усилитель 9 сигналов подключен к входу устройства 10 преобразования электрического сигнала в акустический, при этом выходы первого и второго устройств 5, 6 формирования управляющих сигналов подключены, соответственно, ко второму и третьему входам устройства 4 формирования сигналов служебных сообщений, а выходы блока 3 питания соединены с соответствующими входами электропитания радиоприемного устройства 1, устройства 2 управления, устройства 4 формирования сигналов служебных сообщений, сумматора 7 и усилителя 9 сигналов.
Данная система является наиболее близким техническим решением относительно предлагаемой системы.
Разработанная автоматизированная система оповещения (далее - АСО) предназначена для автоматической подачи сигналов оповещения, а также для координации действий персонала при выполнении работ на открытых участках местности и в зашумленных помещениях. Техническим результатом, на достижение которого направлена предлагаемая система оповещения, является расширение функциональных возможностей за счет применения цифровых технологий для управления и контроля за работой системы.
Предложена автоматизированная цифровая система оповещения, включающая устройство управления, радиоприемное устройство, усилитель сигналов, первое устройство преобразования электрического сигнала в акустические, первое устройство преобразования акустических сигналов в электрические, устройство формирования управляющих сигналов, блок питания, характеризующаяся тем, что содержит устройство обработки сигналов, второе устройство преобразования электрического сигнала в акустические, интерфейсное устройство, устройство отображения информации, устройство формирования временных сигналов, устройство контроля доступа и устройство воспроизведения световых сигналов, при этом в состав устройства управления входит микроконтроллер, к первому входу устройства управления подключен первый выход радиоприемного устройства, а первый выход устройства управления подключен к первому входу радиоприемного устройства, второй выход радиоприемного устройства через устройство обработки сигналов подключен ко второму входу устройства управления, второй выход устройства управления через усилитель сигналов подключен к первому устройству преобразования электрических сигналов в акустические, третий выход радиоприемного устройства подключен ко второму устройству преобразования электрического сигнала в акустические, к третьему, четвертому, пятому, шестому и седьмому входам устройства управления подключены первое устройство преобразования акустических сигналов в электрические, интерфейсное устройство, устройство формирования временных сигналов, устройство контроля доступа и устройство формирования управляющих сигналов, соответственно, третий, четвертый и пятый выходы устройства управления подключены ко входам интерфейсного устройства, устройства отображения информации и устройства воспроизведения световых сигналов, соответственно, выходы блока питания соединены с соответствующими входами электропитания радиоприемного устройства, устройства управления, усилителя сигналов и устройства воспроизведения световых сигналов, система содержит также радиопередающее устройство, подключенное к шестому выходу устройства управления, и второе устройство преобразования акустических сигналов в электрический, подключенное к восьмому входу устройства управления, а выход блока питания подключен ко входу электропитания радиопередающего устройства, причем радиоприемное устройство и радиопередающее устройство объединены в приемо-передающее устройство, первое и второе устройства преобразования акустических сигналов в электрический также объединены в одно устройство.
Система характеризуется также тем, что используется устройство воспроизведения световых и акустических сигналов. Основные функции АСО:
- воспроизведение сигналов оповещения через громкоговорители, стационарные световые оповещатели, а также через носимые радиостанции;
- включение сигналов оповещения со стационарных устройств (тревожных кнопок);
- включение сигналов оповещения с носимых радиостанций;
- включение сигналов оповещения при получении сигнала от датчиков и/или внешних систем, подключенных по цифровому интерфейсу, а также по расписанию (временным программам);
- воспроизведение через громкоговорители речевых сигналов и сообщений;
- передача по радиоканалу команд и сигналов на другие системы, стационарные и носимые радиостанции;
- обеспечения радиосвязи с персоналом, имеющим носимые радиостанции.
Основные отличия от прототипа:
- предлагаемая система цифровая, т.е. управляющее устройство выполнено на основе микроконтроллера, управляющего работой системы;
- вместо радиоприемного устройства используется приемо-передающее устройство, позволяющее реализовать передачу сигналов, команд и данных на аналогичные системы, стационарные и носимые радиостанции, расположенные в зоне радиовидимости;
- наличие цифрового интерфейса для двустороннего обмена данными с внешними устройствами: датчиками и другими системами, подключенными к этому интерфейсу;
- в системе предусмотрены регистрация и запись всех событий, включая подачу/снятие внешнего питания, изменение режима работы системы, воспроизведение сигналов оповещения с указанием устройства, от которого получен сигнал, использование встроенной радиостанции для передачи сообщений и т.п.;
- наличие устройства формирования временных сигналов со встроенным аккумулятором, обеспечивающего хранение и воспроизведение меток времени независимо от наличия питания системы;
- наличие устройства обработки сигналов для передачи на управляющее устройство команд и информации, поступающих от радиоприемного устройства;
- наличие устройства отображения информации (алфавитно-цифрового дисплея) для отображения текущего времени, режима работы системы, сообщений и подсказок оператору;
- наличие устройства контроля доступа для предотвращения несанкционированного включения/выключения системы;
- реализация функции автоматического включения сигналов оповещения по сигналам от датчиков или иных систем, подключенных по цифровому интерфейсу, а также по записанному в память расписанию (временной программе);
- наличие устройства воспроизведения световых сигналов для лучшего восприятия сигналов оповещения в темное время суток.
Блок-схема предлагаемой АСО приведена на фиг. 1, конструктивно ряд блоков размещается в корпусе центрального блока управления, внешний вид которого показан на фиг. 2.
На блок-схеме (фиг. 1) приняты следующие условные обозначения и сокращения:
ЦБУ - центральный блок управления
УПЭА-1 - первое устройство преобразования электрических сигналов в акустические(высокомощный громкоговоритель)
УПЭА-2 - второе устройство преобразования электрических сигналов в акустические(маломощный громкоговоритель)
УПАЭ-1 - первое устройство преобразования акустических сигналов в электрический  (микрофонная гарнитура громкоговорящей связи)
УПАЭ-2 - второе устройство преобразования акустических сигналов в электрический  (микрофонная гарнитура радиопередающего устройства)
УФУС - устройство формирования управляющих сигналов («тревожная кнопка»)
УВСС - устройство воспроизведения световых сигналов
Основным блоком системы является ЦБУ, размещаемый в помещении (кабине путевой машины). В состав ЦБУ входят устройство управления УУ, интерфейсное устройство ИУ, устройство отображения информации УОИ, устройство формирования временных сигналов УФВС, устройство контроля доступа УКД, радиоприемное устройство РПУ, радиопередающее устройство РПДУ, устройство обработки сигналов УОС, усилитель сигналов УС, блок питания БП.
Устройство управления УУ состоит из микроконтроллера с цифровыми и аналоговыми портами ввода/вывода, энергонезависимого устройства хранения информации, коммутаторов, органов управления (кнопки и тумблеры), светового (светодиоды) и звукового (зуммер) устройств индикации.
Интерфейсное устройство ИУ представляет собой цифровой последовательный интерфейс, обеспечивающий прием и передачу данных по протоколу RS485. ИУ используется как для обмена данными с подключенными к нему устройствами, так и для загрузки программы в микроконтроллер УУ.
Устройство отображения информации УОИ представляет собой алфавитно-цифровой дисплей и служит для отображения текущих даты и времени, режимов работы системы, служебных сообщений и подсказок оператору системы.
Устройство формирования временных сигналов УФВС представляет собой высокостабильный генератор временных сигналов со встроенным источником питания и служит для хранения и передачи на УУ текущих времени и даты, значения которых сохраняются независимо от подключения ЦБУ к внешнему питанию.
Устройство контроля доступа УКД представляет собой устройство, обеспечивающее возможность включения/выключения ЦБУ только при использовании уникального ключа с целью предотвращения несанкционированного включения и выключения системы. УКД может быть выполнено как с использованием механических ключей, так и с использованием контактных или бесконтактных электронных меток, либо на основе биометрического датчика.
Радиоприемное устройство РПУ предназначено для приема радиосигналов. Радиопередающее устройство РПДУ предназначено для передачи радиосигналов.
Устройство обработки сигналов УОС предназначено для демодуляции специальных сигналов, поступающих от РПУ, и передачи этих сигналов на УУ. Управление параметрами демодуляции осуществляется УУ.
Усилитель сигналов УС представляет собой усилитель низкой частоты и предназначен для усиления поступающих от УУ сигналов оповещения и речевых сообщений с целью их воспроизведения через громкоговорители ГР. Управление параметрами усиления сигнала в УС осуществляет УУ.
Блок питания БП предназначен для обеспечения питания всех элементов АСО.
Первое и второе устройства преобразования акустических сигналов в электрические представляют собой микрофонные гарнитуры и предназначены для обеспечения двусторонней радиосвязи через РПДУ и для передачи речевых сообщений через УПЭА-1, соответственно. Первое устройство преобразования электрического сигнала в акустические УПЭА-1 представляет собой громкоговоритель высокой мощности и предназначено для воспроизведения сигналов оповещения и речевых сообщений. Конструкция УС позволяет подключить к нему несколько УПЭА-1 для обеспечения большей зоны восприятия акустических сигналов оповещения.
Второе устройство преобразования электрического сигнала в акустические УПЭА-2 представляет собой громкоговоритель малой мощности, который подключается к выходу РПУ, и предназначено для воспроизведения речевых сообщений во время двусторонней радиосвязи непосредственно в помещении, где расположен ЦБУ, например, в кабине путевой машины.
Устройство формирования управляющих сигналов УФУС предназначено для подачи на ЦБУ управляющего сигнала и представляет собой кнопку для замыкания контактов управляющей цепи УУ. Конструкция ЦБУ позволяет подключить к нему несколько УФУС.
Устройство воспроизведения световых сигналов УВСС предназначено для воспроизведения световых сигналов оповещения при подаче на его вход управляющего сигнала. Возможно использование нескольких УВСС, так и совмещенных светозвуковых оповещателей при условии совместимости по параметрам электропитания с УВСС. Для удобства монтажа системы может использоваться блок коммутации для подключения маломощного громкоговорителя (УПЭА-2), УФУС и УВСС к ЦБУ.
Описание работы АСО
Включение и выключение АСО
С целью предотвращения случайного включения и выключения в АСО реализованы процедуры, требующие двух последовательных действий:
- Для включения требуется вставить в замок на лицевой панели (УКД) ключ и повернуть его по часовой стрелке, при этом на дисплее появится подсказка «Нажмите кнопку РАБОТА». Если ключ повернуть в первоначальное (вертикальное) положение, то АСО останется в режиме «Выключено». АСО перейдет в режим работы только после нажатия кнопки «Работа». После этого ключ можно вытащить из замка без изменения его положения.
- Для выключения требуется вставить в замок на лицевой панели (УКД) ключ и повернуть его против часовой стрелки, при этом на дисплее появится подсказка «Нажмите кнопки РАБОТА и ОТМЕНА» и включится звуковой сигнал предупреждения. АСО выключится только после одновременного нажатия кнопок «Работа» и «Отмена». В случае, если кнопки не будут нажаты, а ключ повернуть в первоначальное(горизонтальное) положение, то АСО останется в режиме «Работа».
При использовании в УКД электронных меток или биометрического датчика перед каждым включением/выключением ЦБУ необходимо поднести метку к считывающему устройству на ЦБУ либо использовать биометрический датчик.
Режимы работы АСО отображаются как на алфавитно-цифровом дисплее, так и на световых индикаторах «Работа», «Внимание» и «Тревога». Нажатие кнопок на лицевой панели сопровождается звуковыми сигналами.
Воспроизведение сигналов оповещения
В АСО реализованы два вида сигналов оповещения: «Тревога» и «Горн». Сигнал «Горн» воспроизводится только через высокомощные громкоговорители (УПЭА-1), а сигнал «Тревога» - одновременно через высокомощные громкоговорители (УПЭА-1) и световые оповещатели УВСС. За счет предварительной настройки УУ сигнал «Тревога» может также передаваться через РПДУ по радиоканалу для его приема и воспроизведения носимыми радиостанциями и другими АСО, находящимися в зоне радиоприема.
Сигнал «Горн» включается только в ручном режиме путем нажатия кнопки «Горн» на лицевой панели ЦБУ, время воспроизведения сигнала определяется временем удержания кнопки в нажатом положении.
Сигнал «Тревога» используется в ручном и автоматическом режимах: в ручном режиме - нажатием кнопки «Тревога» на лицевой панели ЦБУ либо при получении сигнала от УФУС; в автоматическом режиме - при поступлении сигнала от УОС или интерфейсного устройства ИУ, либо по расписанию (временной программе). Продолжительность воспроизведения сигнала «Тревога» определяется настройками УУ, для прерывания его воспроизведения предназначена кнопка «Отмена».
Для обнаружения поступления сигнала оповещения по радиоканалу используется УОС, подключенное к выходу РПУ. При обнаружении сигнала с выхода УОС на вход УУ поступает команда для включения сигнала оповещения «Тревога».
Обнаружение сигнала оповещения по цифровому интерфейсу производится путем обработки в УУ поступивших через ИУ данных от подключенных датчиков или внешних систем, при этом поступивший сигнал может иметь как дискретный характер «Тревога/Нет тревоги», так и аналоговые значения, которые должны быть обработаны в УУ для принятия соответствующего решения о включении сигнала «Тревога».
Для включения сигнала «Тревога» по расписанию (временной программе) все интервалы включения сигнала должны быть предварительно записаны в память УУ. При совпадении записанных значений даты и времени с поступившим от УФВС текущим временем происходит включение и выключение сигнала «Тревога».
Воспроизведение речевых сообщений
Воспроизведение речевых сообщений производится через высокомощные громкоговорители (УПЭА-1). Источниками речевых сообщений являются микрофонная гарнитура (УПАЭ-1) при передаче сообщений непосредственно оператором АСО, либо речевые сообщения, принимаемые РПУ. При этом на лицевой панели ЦБУ имеется переключатель, позволяющий выбирать устройство для воспроизведения речевых сообщений от РПУ: либо высокомощные громкоговорители (УПЭА-1) в режиме «Трансляция», либо установленный рядом с ЦБУ маломощный громкоговоритель (УПЭА-2) в режиме «Кабина».
Система имеет три варианта включения сигналов оповещения в автоматическом режиме:
- по сигналам от датчиков и/или внешних систем, подключенных по цифровому интерфейсу;
- по сигналам, полученным по радиоканалу от РПУ;
- по расписанию в предварительно записанные моменты времени, а также с возможностью включения сигналов оповещения в ручном режиме.
Сущность полезной модели поясняется функциональной схемой, представленной на фиг. 3.
Предлагаемая система содержит устройство управления 1, радиоприемное устройство 2, усилитель сигналов 3, первое устройство преобразования электрического сигнала в акустические 4, первое устройство преобразования акустических сигналов в электрические 5, устройство формирования управляющих сигналов 6, блок питания 7, устройство обработки сигналов 8, второе устройство преобразования электрического сигнала в акустические 9, интерфейсное устройство 10, устройство отображения информации 11, устройство формирования временных сигналов 12, устройство контроля доступа 13 и устройство воспроизведения световых сигналов 14, при этом в состав устройства управления 1 входит микроконтроллер, к первому входу устройства управления 1 подключен первый выход радиоприемного устройства 2, а первый выход устройства управления 1 подключен к первому входу радиоприемного устройства 2, второй выход радиоприемного устройства 2 через устройство обработки сигналов 8 подключен ко второму входу устройства управления 1, второй выход устройства управления 1 через усилитель сигналов 3 подключен к первому устройству преобразования электрических сигналов в акустические 4, третий выход радиоприемного устройства 2 подключен ко второму устройству преобразования электрического сигнала в акустические 9, к третьему, четвертому, пятому, шестому и седьмому входам устройства управления 1 подключены первое устройство преобразования акустических сигналов в электрические 5, интерфейсное устройство 10, устройство формирования временных сигналов 12, устройство контроля доступа 13 и устройство формирования управляющих сигналов 6, соответственно, третий, четвертый и пятый выходы устройства управления 1 подключены ко входам интерфейсного устройства 10, устройства отображения информации 11 и устройства воспроизведения световых сигналов 14, соответственно, выходы блока питания 7 соединены с соответствующими входами электропитания радиоприемного устройства 2, устройства управления 1, усилителя сигналов 3 и устройства воспроизведения световых сигналов 14, система содержит также радиопередающее устройство 15, подключенное к шестому выходу устройства управления 1, и второе устройство преобразования акустических сигналов в электрический 16, подключенное к восьмому входу устройства управления 1, а выход блока питания 7 подключен ко входу электропитания радиопередающего устройства 15, причем радиоприемное устройство 2 и радиопередающее устройство 15 объединены в приемо-передающее устройство, первое (5) и второе устройства (16) преобразования акустических сигналов в электрический также объединены в одно устройство.