CN105429834A - 基于24v直流电源线载波通信的防排烟监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于24V直流电源线载波通信的防排烟监控系统。24V直流电源给下位机、从机模块以及排烟阀的驱动部件电磁铁供电；单片机的一个串口与上位机通信，另一个串口通过直流电力线载波模块将信号调制解调到电源线上。从机模块中的单片机串口通过直流电力线载波模块将信号调制解调到电源线上。下位机与从机模块通过电源线进行组网通信，上位机用于人机交互。下位机用于接收上位机控制指令，将其传递给指定的从机模块，同时接收从机模块的反馈信号，将其回传给上位机。从机模块用于执行排烟阀动作以及监测排烟阀状态。本发明简化了系统布线，避免在建筑内重新铺设线缆，破坏建筑已有结构。该发明能够实现排烟阀的开关控制与状态监测。

Description

基于24V直流电源线载波通信的防排烟监控系统

技术领域

本发明涉及到工业控制领域，尤其涉及到一种运用24V直流电源线载波通信来控制与监测排烟阀的防排烟消防系统。

背景技术

近年来，建筑楼宇的结构越来越趋于高层化和复杂化，防排烟系统是消防安全系统必不可少组成部分。防排烟系统在发生火警时对于排烟控烟，保障人员生命安全至关重要，因此受到各国重视并大力发展。

目前国内排烟阀的控制采用总线进行通信，排烟阀控制模块与消防控制室中的上位机之间通过总线连接进行通信，增加了布线成本，加大了施工安装与维修的难度。虽然在照明、消防探测等安防系统中有电源线载波通信技术的运用，但在防排烟系统中还未涉及到此技术的应用。

虽然基于电力线载波通信的技术已经有多年的发展历史，但它的应用领域却还远未普及，主要受制于电网负载的多样性与复杂性对载波信号造成的干扰，同时随着传输距离的变长对载波信号造成的衰减。由于这两方面主要因素的存在，造成了电力线载波通信技术应用领域的受限。因此，工作距离内的通信可靠性是实现基于24V直流电源线载波通信的防排烟监控系统的关键所在。

发明内容

本发明的目的是为了避免现有防排烟控制系统使用总线通信方式的不足之处，提供一种基于24V直流电源线载波通信的防排烟监控系统及其实现方法。

本发明的目的是设计一套基于24V直流电源线实现电能与信号传输的防排烟监控系统。基于电源线载波通信，使用已有的电源线作为通信信道构建防排烟系统，实现在排烟阀的24V直流供电线路上的通信，从而大大减少网络布线的成本及难度。本系统能通过上位机发送指令实时控制各个排烟阀的动作以及显示各个排烟阀的状态，通过电源线使信号传输与电力传输融为一体。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明包括上位机、下位机、从机模块、V直流电源、电源线和排烟阀；上位机、下位机和V直流电源设置在消防控制室中，从机模块和排烟阀设置在防排烟现场，且从机模块直接控制与监测排烟阀；V直流电源通过电源线给下位机、从机模块以及排烟阀的驱动部件电磁铁供电；下位机中的控制器为双串口单片机，一个串口用于和上位机进行串口通信，另一个串口通过直流电力线载波模块将信号调制解调到电源线上；从机模块中的单片机串口也通过直流电力线载波模块将信号调制解调到电源线上。下位机与从机模块通过电源线进行组网通信。

所述的整个防排烟监控系统的下位机和所有从机模块只通过两根电源线组成了系统的拓扑结构。

所述的电源线同时传递电能和高频载波信号。

所述的上位机作为人机交互界面，操作人员通过上位机控制指定排烟阀，同时实时查看排烟阀的状态。

所述下位机用于接收上位机控制指令，将其转发给从机模块；同时接收从机模块的反馈信号，将其回传给上位机。

所述从机模块包括单片机及外围电路、电源转换电路、排烟阀监控电路，从机模块用于识别并接收下位机传递的控制指令，并根据指令执行电磁铁动作完成排烟阀的开启；同时检测排烟阀的状态并回传给下位机。

所述从机模块的单片机为通用的单片机；电源转换电路能将V直流电转换为单片机及直流电力线载波模块工作所需电压；排烟阀监控电路用于将单片机输出信号放大为控制电磁铁线圈通断的驱动信号，并能将排烟阀触点状态读入到单片机。

所述的直流电力线载波模块能实现单片机串口信号与直流电力线上的高频载波信号互相转换：用于将单片机串口信号调制成高频载波信号耦合到电源线上；同时将来自电源线上的高频载波信号解调成串口信号反馈给单片机。

所述的V直流电源输出端、下位机供电电源输入端、从机模块供电电源输入端前均串联一个共模电感保证高频载波信号不被电源器件吸收。

本发明的有益效果是：

电磁铁V直流供电电源作为独立的电源，构建了一个独立的供电电网，其负载除了电磁铁外只需为下位机、各从机模块的电子器件正常工作进行供电。在V电源输出端、下位机、各从机模块供电电源输入端之前均串联一个共模电感，且每次命令只处理一个排烟阀，使电网负载的干扰与时变性大大降低，保证了长距离通信的可靠性。

客户在使用本系统的过程中，消防控制室中上位机与从机模块之间不需要单独走通信线，只要利用直流电力线载波模块，通过电源线就可以完成数据传递，系统结构简单，成本低廉，一次性投入少，便于安装和后期维护管理。

本发明中，下位机与各个从机模块通过电源线构建总线型网络进行通信，下位机与上位机相连，上位机能够控制各个排烟阀开启以及实时显示各阀状态。

附图说明

图1为本发明的基于24V直流电源线载波通信的防排烟监控系统组成结构示意图；

图2为本发明的下位机工作流程图；

图3为本发明的从机模块工作流程图；

其中,上位机1、下位机2、从机模块3、24V直流电源4、电源线5、排烟阀6。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，基于24V直流电源线载波通信的防排烟监控系统，本发明包括上位机1、下位机2、从机模块3、24V直流电源4、电源线5和排烟阀6；上位机1、下位机2和24V直流电源4设置在消防控制室中，在需要防排烟的消防现场安装从机模块3以及排烟阀6；下位机2与从机模块3通过直流电力线载波模块耦合至24V直流电源线5上。从机模块3直接控制与监测排烟阀6；24V直流电源4通过电源线5给下位机2、从机模块3以及排烟阀6的驱动部件电磁铁供电；下位机2与从机模块3通过电源线5进行组网通信。

所述的上位机1作为人机交互界面，操作人员通过上位机1控制指定排烟阀6，同时上位机1实时显示排烟阀6的状态。

所述下位机2用于将上位机1的命令通过电源线5传递给相应从机模块3，同时将从电源线上5上接收到的从机模块3执行结果反馈给上位机1。下位机2中的控制器为具有双串口的通用单片机，一个串口用于和上位机1进行通信，另一个串口通过直流电力线载波模块将信号调制解调到电源线5上；

所述从机模块3包括单片机及外围电路、电源转换电路、排烟阀监控电路，从机模块3用于识别并接收下位机2传递的指令，根据指令执行电磁铁动作完成排烟阀6的开启并能将排烟阀6触点状态反馈回下位机2。

从机模块3单片机为通用的单片机。单片机的每一对I/O口负责一个排烟阀6：一个I/O口用于驱动排烟阀6的电磁铁部件；另一个I/O口用于读取排烟阀6状态触点。电源转换电路能将24V直流电转换为单片机和与直流电力线载波模块工作所需电压；排烟阀监控电路可以采用三极管信号放大驱动继电器方式来控制电磁铁线圈通断，并将排烟阀触点状态读入到单片机；从机模块3中的单片机通过直流电力线载波模块将信号调制解调到电源线5上；所述的直流电力线载波模块能实现单片机串口信号与直流电力线上的高频载波信号互相转换：用于将单片机串口信号调制成高频载波信号耦合到电源线5上；同时将来自电源线5上的高频载波信号解调成串口信号反馈给单片机。

直流电力线载波模块包括一对供电口，一对与单片机串口直连的通信口和一对与直流电源线耦合的电力线接口。

所述的24V直流电源4输出端、下位机2、从机模块3供电电源输入端均串联一个共模电感保证载波信号不被吸收。

基于24V直流电源线载波通信的防排烟监控实现方法，具体包括如下步骤：

步骤1、下位机2在上电初始化后，等待接收上位机1的命令；上位机1的命令包括地址码和操作码两部分：地址码对应于从机模块3的地址值，操作码代表从机模块3需要执行的操作。所有从机模块3在上电初始化时均分配了一个唯一的地址值。

步骤2、下位机2接收上位机1的命令，然后通过电源线5将命令发送给所有的从机模块3。每个从机模块3将自身的地址码与接收到的命令中的地址码进行匹配，若两个地址码相同，则该从机模块3执行操作码，打开指定排烟阀6，从机模块3检测到排烟阀6状态触点闭合后，通过电源线5将执行结果反馈给下位机2；若从机模块3接收到命令的地址码与自身地址码不相符则不执行操作码。

步骤3、下位机2收到从机模块3的反馈后，将反馈答复给上位机1，若上位机1接收到的反馈结果正确，则上位机1显示排烟阀6成功打开的标志，准备发送下一条命令给下位机；下位机2接收超时或者反馈误码则重发之前命令，重复多次无果后答复上位机1通信故障。

所述的下位机2与从机模块3组成的是总线型拓扑结构，每一时刻只能有一个模块发送数据，否则会造成总线冲突，因此，所设计的通信协议为主从应答式通信协议，上位机1只有在成功处理完一条命令后才能接着发送下一条命令。

如图2所示为下位机2工作流程图，下位机在上电初始化以后，等待接收上位机1的命令；一旦接收到命令后，通过电力线载波模块将命令发送到电力线5上并等待从机模块3的反馈；下位机得到反馈后答复给上位机1，自此完成一个循环等待接收上位机1下一条指令。

如图3所示，从机模块3工作流程图，单片机在上电初始化以后，每个从机模块3都分配一个不同的地址，等待接收来自电源线5上的下位机2传递的命令。接收到命令后，提取命令中的地址值并判断与自身地址值是否相符，不符则继续等待接收；相符则执行操作码，排烟阀状态触点闭合后将执行结果在电力线5上反馈给下位机2，自此完成一个循环并等待接收下一条指令。

如上所述，是本发明将基于直流电源线载波通信的防排烟系统用于排烟阀控制的实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，凡是依据本发明的技术实质对以上的实施例作出的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.基于24V直流电源线载波通信的防排烟监控系统，其特征在于包括上位机(1)、主机模块(2)、从机模块(3)、24V直流电源(4)、电源线(5)和排烟阀(6)；上位机(1)、主机模块(2)和24V直流电源(4)设置在消防控制室中，从机模块(3)和排烟阀(6)设置在防排烟现场；24V直流电源(4)通过电源线(5)给主机模块(2)、所有从机模块(3)以及所有排烟阀(6)的驱动部件电磁铁供电；主机模块(2)中的下位机的单片机为双串口，一个串口用于和上位机(1)进行通信，另一个串口通过直流电力线载波模块将信号调制解调到电源线(5)上；从机模块(3)中的单片机通过直流电力线载波模块将信号调制解调到电源线(5)上；主机模块(2)与从机模块(3)通过电源线(5)进行组网通信；主机模块(2)用于接收上位机(1)控制指令，将其转发给指定的从机模块(3)；同时接收从机模块(3)的反馈信号，将其回传给上位机(1)。

2.根据权利要求书1所述的基于24V直流电源线载波通信的防排烟监控系统，其特征在于整个防排烟监控系统的主机模块(2)和所有从机模块(6)只通过两根电源线(5)组成了系统的拓扑结构。

3.根据权利要求书1所述的基于24V直流电源线载波通信的防排烟监控系统，其特征在于电源线同时传递直流电力线载波模块调制解调的高频载波信号。

4.根据权利要求书1所述的基于24V直流电源线载波通信的防排烟监控系统，其特征在于上位机(1)用于给操作人员控制指定排烟阀(6)，操作人员通过上位机(1)的控制指令控制指定排烟阀(6)的状态，且显示排烟阀(6)的实时状态。

5.根据权利要求书1所述的基于24V直流电源线载波通信的防排烟监控系统，其特征在于从机模块(3)用于识别并接收主机模块(2)转发的控制指令，然后根据控制指令执行电磁铁动作完成排烟阀的开启；同时检测排烟阀的状态触点并反馈回主机模块(2)。

6.根据权利要求书1所述的基于24V直流电源线载波通信的防排烟监控系统，其特征在于直流电力线载波模块是连接主机模块(2)的控制器与电源线(5)、从机模块(3)的控制器与电源线(5)之间的通信接口：用于将主机模块(2)的控制器和从机模块(3)的控制器发送的串口信号调制成高频载波信号到电源线(5)上；同时将来自电源线(5)上的高频载波信号解调成串口信号反馈给控制器。

7.根据权利要求1所述的基于24V直流电源线载波通信的防排烟监控系统的实现方法，其特征在于具体包括如下步骤：

步骤1、主机模块下位机在上电初始化后，等待接收上位机(1)的命令；上位机的命令包括地址码和操作码两部分：地址码对应于从机模块(3)的地址值，操作码对应于从机模块(3)执行的操作。所有从机模块(3)在上电初始化时均分配了一个唯一的地址值。

步骤2、主机模块下位机接收上位机的命令，然后通过电源线(5)将命令发送给所有的从机模块(3)。每个从机模块(3)将自身的地址码与接收到的命令中的地址码进行匹配，若两个地址码相同，则该从机模块执行操作码，打开指定排烟阀(6)，从机模块单片机检测到排烟阀(6)状态触点闭合后，从机模块(3)通过电源线(5)将执行结果反馈给主机模块下位机，反馈的数据格式设置成与接收到的命令格式一致；若从机模块(3)接收到命令的地址码与自身地址码不相符的从机模块(3)不执行操作码。

步骤3、主机模块下位机收到从机模块(3)的反馈命令后，将反馈答复给上位机(1)，若上位机(1)接收到的反馈结果正确，则上位机(1)显示排烟阀(6)成功打开的标志，准备发送下一条命令给主机模块下位机下位机；接收超时或者反馈出错则重发命令。