Устройство сопряжения адресной пожарной сигнализации

Устройство относится к области пожарной сигнализации и может быть использовано для сопряжения приемно-контрольного прибора и шлейфа с безадресными пожарными извещателями. Технический результат - расширение функциональных возможностей и удешевление системы в целом. Устройство содержит выводы для подключения к адресному шлейфу сигнализации, микроконтроллер, блок питания, блок интерфейса и измерительный блок с выводами подключения контролируемого прибора, при этом выводы для подключения к адресному шлейфу сигнализации связаны через блок защиты с входом блока питания и двунаправленным первым входом блока интерфейса, который связан входами данных и выходом данных с соответствующими информационными выходами и информационным входом микроконтроллера, а блок питания связан с входом питания микроконтроллера и 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. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

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.

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_{peзистора37}, 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_шлейфа), 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.

1. Устройство сопряжения адресной пожарной сигнализации, содержащее выводы для подключения через адресный двухпроводный шлейф сигнализации к приемно-контрольному прибору для получения информационных сигналов от приемно-контрольного прибора и постоянного напряжения, микроконтроллер, блок питания с двумя выходами, блок интерфейса и измерительный блок с выводами для подключения контролируемого безадресного прибора, отличающееся тем, 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 микроконтроллер содержит внутренний аналого-цифровой преобразователь, хранит в энергонезависимой памяти индивидуальный адресный код устройства сопряжения совместно с соответствующими конкретными значениями сопротивлений контролируемых безадресных приборов, соответствующими определенным тревожным ситуациям, и при выявлении последних формирует ответный сигнал, содержащий извещение о соответствующем тревожном событии с указанием упомянутого индивидуального адресного кода, причем блок интерфейса связан своими входом данных и первым и вторым выходами данных с соответствующими информационным выходом и информационными входами микроконтроллера, измерительный блок содержит последовательно подключенные коммутатор и блок согласования, причем блок питания связан первым выходом с входом питания микроконтроллера и входом питания блока интерфейса, а вторым выходом - с первым входом измерительного блока, первый вход коммутатора является первым входом измерительного блока, второй вход которого 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.

2. Устройство сопряжения адресной пожарной сигнализации по п.1, отличающееся тем, что блок интерфейса содержит параллельно подключенные к его первому двунаправленному входу узел запуска, узел приема данных и узел передачи данных, причем узел запуска выполнен в виде первого диода, подключенного анодом к упомянутому 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 упомянутому 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 с входом данных блока интерфейса.

3. Устройство сопряжения адресной пожарной сигнализации по п.1, отличающееся тем, что 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 базой второго транзистора, включенного как эмиттерный повторитель, коллектор которого подключен к входу блока и эмиттерным входам токового зеркала, эмиттер через резисторы связан со вторым выходом блока и через параллельно включенные стабилитрон и резистор с общим проводом, этом коллектор первого транзистора связан с одним соответствующим выводом для подключения контролируемого безадресного прибора, с которым соединена также база второго транзистора, соединенная, кроме того, через резистор с другим соответствующим выводом для подключения контролируемого безадресного прибора и общим проводом.