CC BY
51
ЛАБОРАТОРНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ УНИФИЦИРОВАННОГО МОДУЛЯ В СОСТАВЕ КОМПЛЕКСНЫХ СИСТЕМ ОХРАННО-ПОЖАРНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ И ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА
А.Л. Андреев
Рассмотрена структура, состав аппаратных средств и методические возможности лабораторного комплекса при изучении вопросов ускоренного проектирования на базе унифицируемого модуля различных оптико-электронных систем контроля и наблюдения за объектами. Даны примеры построения систем охранно-пожарной сигнализации.
Существенное сокращение сроков разработки оптико-электронных приборов и систем различного назначения возможно путем создания унифицированных модулей, включающих комплекс аппаратных средств, необходимых для управления источниками и приемниками излучения, а также накопления и цифровой обработки данных.
Лабораторный комплекс для изучения вопросов аппаратной реализации и программирования функций отдельных компонентов подобных модулей включает 6 рабочих мест. Каждое из них оборудовано однотипным учебно-лабораторным модулем (УЛМ), а также вспомогательными средствами: эмулятором ПЗУ (для обеспечения возможности редактирования управляющих программ), персональным компьютером (ПК) и соединительным кабелем (для сопряжения УЛМ с ПК через последовательный порт). УЛМ реализован на двусторонней печатной плате, которая размещена в защитном корпусе с прозрачной крышкой, позволяющей студентам хорошо видеть расположение основных компонентов схемы. Кроме того, внутри корпуса имеется достаточное пространство для подключения к специально предусмотренным разъемам дополнительных внешних элементов (светодиоды, фотоприемники и др. в зависимости от тематики лабораторной работы).
Состав аппаратных средств учебного лабораторного модуля включает следующие функциональные узлы (рис. 1):
- два однокристальных микроконтроллера со встроенными 8-ми разрядными АЦП, в том числе: центральный процессор (х51-совместимый микроконтроллер) и процессор управления внешними устройствами (Р1С16С711);
- ЖКИ-дисплей (текстовый или графический);
- клавиатура;
- две микросхемы энергонезависимой памяти ЕЕРЯОМ с последовательным доступом по протоколу обмена /2С;
- ряд комбинационных схем среднего уровня интеграции: буферный регистр, дешифратор, логические элементы;
- микросхема календарь-часы реального времени;
- индикаторные светодиоды (красный, желтый, зеленый), оптронные пары и другие элементы схемы для сопряжения УЛМ с последовательным портом ПК;
- четыре операционных усилителя, используемые в цепях приема внешних аналоговых сигналов и сопряжения со встроенными АЦП;
- элементы схемы (транзисторы, резисторы), используемые для управления внешними устройствами, например светодиодами;
- термодатчик и датчик опорного напряжения;
- ряд вспомогательных компонентов: БС-БС-конвертор напряжения, динамик-зуммер, разъемы и контактные колодки для подключения внешних сигналов и управляемых устройств, колодка для подключения ППЗУ памяти программ (или эмулятора ПЗУ при изучении процесса отладки программного обеспечения).
к ПК
1
УНИФИЦИРОВАННЫМ МОДУЛЬ
Дисплей
(текстовый или графический)
Клавиатура
Интерфейс связи с ПК
(Я8-232)
Протокол I С
Энергонезависимая память данных
(протокол событий)
Термодатчик -
* 1~Г
Центральный процессор
Конвертор напряжения
+12 В / ±5 В; +5 В (связь с ПК); + 30 В
ПЗУ памяти программы
Часы-календарь
Модуль управления шлейфом №1 (МУ 1)
(процессор управления внешними устройствами: согласующие. усилители, ключи управления, реле, источники, приёмники оптического излучения)
Блок модулей управления шлейфами
МУ 2
МУ 3
МУ 4
МУ 5
МУ 6
МУ 7
МУ 8
Блок питания
Резервный аккумулятор
о
ы ф
й
е ы
о в
о р
й
у в
Контроль и заряд аккум.
220 В/ +12 В, +13,5 В
Рис.1. Аппаратные средства лабораторного модуля
УЛК позволяет фронтальным методом в интерактивном режиме организовать лабораторный практикум по изучению следующих вопросов.
1. Архитектура, функциональные возможности, электрическая схема, конструктивная реализация и техническая документация унифицированного оптико-электронного модуля (УЛМ).
2. Архитектура и система основных команд х51-совместимых микроконтроллеров [1]. Изучение среды программирования для разработчика.
3. Архитектура и система основных команд микроконтроллеров семейства Р1С16СХХ [2]. Изучение среды программирования для разработчика.
4. Управление клавиатурой и внешними цепями включения светодиодов.
5. Устройство ЖКИ-дисплея, система команд, управляющие сигналы.
6. Энергонезависимая память ЕЕРЯОМ с последовательным доступом (система команд и управляющих сигналов). Пример ее использования для записи протокола событий с привязкой к реальному времени и дате.
7. Стандартный протокол последовательного обмена 12С при реализации взаимодействия между отдельными компонентами УЛМ и внешними устройствами.
8. Использование встроенного АЦП для реализации режима периодического контроля температуры с помощью термодатчика в составе УЛМ, и др.
Ниже приводятся примеры построения систем охранной и пожарной сигнализации на базе унифицированного модуля, входящего в состав приемно-контрольного пульта (ПКП).
---
Ш 6
Ш 5
ЧМ
Ш 4
ЧН
4=
Ш 3
А
Ш 7
Ш 8
ОПИ
V
■
®
Приёмно-контрольный прибор (ПКП)
А
ж
АТПИ
1
Шлейф №1 (Ш
Шлейф №2 (Ш
=► АКУ
г
в
центральны
АТПИ - адресный тепловой пожарный
извещатель ОПИ - оптический пожарный извещатель РПИ - ручной пожарный извещатель АКУ - адресное командное устройство ААП - адресный абонентский прибор АКУ - адресное командное устройство ОД - охранный датчик
к компьютерной сети (или ПК)
Рис. 2. Пример построения комплексной системы охранно-пожарной сигнализации на базе унифицированного модуля, в составе приемно-контрольного прибора.
Приемно-контрольный прибор (ПКП) является центральным узлом системы. К нему может быть подключено от одного до восьми независимых шлейфов, представляющих собой двухпроводные линии типа витой пары длинной до 1000 метров. В свою очередь, к каждому из шлейфов может подключаться от одного до 63 адресных устройств (включая абонентские приборы и адресные командные устройства). Таким образом, максимальное число адресных устройств, которые могут обслуживаться одним ПКП - 504. Структурная схема ПКП приведена на рис. 2. ПКП выполняет следующие функции:
• электропитание и синхронизация работы всех компонентов системы;
• прием сигналов тревоги от абонентских приборов, подключенных к шлейфам;
• управление включением средств оповещения и устройств автоматики с помощью адресных командных устройств;
• постоянный автоматический дистанционный контроль наличия и работоспособности всех адресных устройств;
• периодический контроль состояния шлейфов: измерение сопротивления линии от ПКП до каждого адресного устройства, сопротивления изоляции (токов утечки) шлейфов;
• одновременное отображение на экране встроенного дисплея до 12-ти сообщений о тревоге или о неисправностях от абонентских приборов с указанием номеров помещений, в которых они установлены;
• отображение на экране встроенного дисплея информации о неисправности других компонентов системы: шлейфов, основного или резервного источника питания;
• передача в центральный пункт охраны с помощью контактов реле сигналов тревоги или сигналов о неисправности системы;
• регистрация сообщений о тревоге и о неисправностях во внутренней энергонезависимой памяти с указанием времени и даты, а также воспроизведение записей на экране встроенного дисплея;
• инициализация адресных устройств (запоминание номеров охраняемых помещений) и изменение реальной конфигурации системы (снятие или установка дополнительных компонентов) с помощью встроенной клавиатуры (без использования ПК);
• заряд и периодическая проверка исправности резервного аккумулятора, а также автоматическое переключение электропитания системы к резервному источнику при аварийном отключении напряжения в сети переменного тока;
• вывод при необходимости протокола событий в персональный компьютер или в компьютерную сеть по специальной линии связи в режиме прерывания (интерфейс ЯБ-232 или 485).
Адресный абонентский прибор (ААП) осуществляет непрерывный контроль наличия и текущего состояния (дежурный режим, режим тревоги) охранных датчиков (ОД). К каждому ААП может подключаться до двух безадресных ОД, в качестве которых, например, может использоваться цепочка последовательно соединенных контактных устройств, размыкающихся при открывании дверей, окон и т.п.
Каждый ААП с помощью своего процессора поддерживает связь по двухпроводному шлейфу с ПКП. При этом ПКП является ведущим устройства, передавая в шлейфы импульсы электропитания, синхронизации, а также команды и адреса для опрашиваемых адресных устройств.
Адресный тепловой пожарный извещатель (АТПИ) осуществляет измерение температуры, а также контролирует скорость нарастания температуры в помещении. В случае превышения температуры или скорости нарастания температуры установленных контрольных значений АПИ передает в ПКП сообщение о пожаре. Конкретные значения температуры и скорости нарастания температуры, при которых формируется сигнал о пожаре, устанавливаются при программировании АПИ в зависимости от класса извеща-теля и в соответствии с действующими стандартами.
Дополнительно к каждому АТПИ может подключаться один или два безадресных (например дымовых или ручных) пожарных извещателей (ПИ).
Каждый АТПИ с помощью своего процессора поддерживает связь по двухпроводному шлейфу с ПКП. При этом ПКП выполняет роль ведущего устройства, передавая в шлейфы импульсы электропитания, синхронизации, а также команды и адреса для опрашиваемых адресных устройств.
Адресное командное устройство (АКУ) как и АТПИ или ААП содержит процессор, поддерживающий связь с ПКП. Однако вместо ПИ или ОД к нему могут подключаться один или два внешних исполнительных устройства (устройства автоматического пожаротушения, световые табло, звуковые сигнальные устройства, электромагниты и др.). Включение и отключение внешних исполнительных устройств осуществляется с помощью контактов реле, управляемых процессором АКУ, а их электропитание должно обеспечиваться от дополнительных источников.
В заключении добавим, что при использовании дополнительных элементов и функциональных узлов в составе лабораторного комплекса тематика изучаемых вопросов может быть расширена. В качестве примера назовем следующие направления:
- Реализация оптического цифрового канала связи в пределах лаборатории между отдельными рабочими местами студентов.
- Подключение многоэлементных ФПУ параллельного типа (например, разрезных фотодиодов) в быстродействующих системах оптической пеленгации.
- Подключение оптико-электронных модулей, использующих линейку ФПЗС или других типов многоэлементных ФПУ с последовательным опросом.
- Реализация модели оптико-электронной системы экологического мониторинга (при использовании каких-либо датчиков экологического контроля, например радиационных, химических и др).
Рис. 3. Пример построения системы охранной сигнализации на базе унифицированного модуля, в составе приемно-контрольного прибора
Литература
1. Николайчук О.И. Х51-совместимые микроконтроллеры фирмы СУОЫЛЬ. - М.: ООО «ИД СКИМЕН», 2002. - 472 с.
2. Ульрих В.А. Микроконтроллеры Р1С16Х7ХХ. Изд. 2-е, пер. и доп. - СПб: Наука и Техника, 2002. - 320 с.
