CN107942845A - 一种基于单片机的智能型防火排烟阀门执行器控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于单片机的智能型防火排烟阀门执行器控制系统，包括PIC18F单片机，以及连接在PIC18F单片机上的外部晶振时钟电路、模拟信号检测模块、数字信号采集模块、电动机械控制模块、RS485通信模块和直流电源变压与稳压模块，从而实现防火排烟阀阀门自动化和智能化，并大大降低了消防系统的安装和使用成本，便于进行消防实战演习，具有智能化程度高，功能全面，使用灵活，易于实现的特点。

Description

一种基于单片机的智能型防火排烟阀门执行器控制系统

技术领域

本发明涉及智慧消防技术领域，具体而言，涉及一种适用于基于物联网技术的智能型防火排烟阀门、正压送风口等防排烟设备，具有数字信息化控制、兼容大数据云计算，支持物联网楼宇消防远程监控中心监控及消防联动等多种功能的基于单片机的智能型防火排烟阀门执行器控制系统。

背景技术

电动执行器是自动化技术领域中一种可以接收近程及远程控制信号，并依此驱动所控设备的装置；在楼宇消防系统中，执行器被广泛用于防火阀、排烟防火阀、排烟阀、正压送风口等防排烟设备。

在一座楼宇工程中防火排烟阀门的装机量可多达上千台，由于防火排烟阀门的安装位置特殊而且分散，不易于人员接近和排查，因此阀门自动化控制系统是楼宇消防工程中的必要组件；传统防火排烟阀门的执行器控制模式包括：第一种是无电动装置，依靠温度熔断器熔断后机械动作，复位需手动；第二种是使用电动控制通电后动作，复位需手动；第三种是由消防控制中心进行多线式远程控制通电动作，复位为电动；目前我国一直使用的是第一种或第二种，均属于本地控制模式；第一种模式下执行器的动作是一次性的，其后需要人工更换温度熔断器；而第二种模式在动作后仍必须人工现场操作复位；由于第一种和第二种控制模式所带来的无法避免的巨额人员和维护成本，现在国内楼宇防火排烟阀门平时基本是不做动作试验检查，完全不能进行平时定期与不定期的设备检查与消防实战演习，更不能通过物联网消防远程监控中心远程监控，因此无法保证火灾时阀门能够执行指令动作到位并反馈设备的物理位置及动态信息，存在很大的安全隐患；根据现行消防法规规定，消防产品必须定期或不定期的进行设备状态检查，以确保火灾时所有消防产品能按规定执行动作；综上所述，第一种和第二种控制模式不符合现行消防条例，均应被淘汰；第三种多线式远程控制模式，虽然理论上可行，但是监控每一台执行器都需要从消防控制中心的总控制台直接引出5-12根的控制线和信号线，从而限制了总控制台的接入量，并极大地增加了施工难度和布线成本，并不能即时反馈设备的物理位置及动态信息，不能进行物联网消防远程监控中心的远程监控，因此在目前工程中很少使用。

鉴于传统技术的上述缺点，防火排烟阀门控制领域迫切需要研发一种新型的物联网远程监控控制系统，以智能化实现防患于未然；本发明的设计目的在于克服现有防火排烟阀门执行器的缺点，提供一种基于单片机的总线制执行器控制系统，以促进消防系统的信息化和智能化。

发明内容

本发明目的是提供一种基于单片机的智能型防火排烟阀门执行器控制系统，解决了现有传统技术存在的问题。

为了实现上述技术目的，达到上述的技术要求，本发明所采用的技术方案是：一种基于单片机的智能型防火排烟阀门执行器控制系统，包括PIC18F单片机；所述的PIC18F单片机包括单片机固件程序综合处理模块，开关状态控制模块，近程远程消防火灾报警指令控制模块，以及执行器机构控制模块；其特征是：

还包括连接在PIC18F单片机上的用于PIC18F单片机与总线制执行器物联网通信提供稳定的时钟信号的外部晶振时钟电路，

用于实时采集通风空调系统及机械排烟系统管道中的温度以及烟雾信号、并且直接输出数字数据和模块运行状态指示码的模拟信号检测模块，

用于动态监测防火排烟阀执行器内部的微动开关以及阀体启闭的开关量信号的数字信号采集模块，

用于智能化控制直流电动机与电磁离合器的电动机械控制模块，

用于组建总线制执行器物联网的、响应消防总控制台下达的远程总线制火灾报警动作指令，实现远程阀门状态监控以及远程消防信息采集的RS485通信模块，

以及用于为PIC18F单片机、外围电子电路和电动控制电路提供不同电压值的隔离式直流电源变压与稳压模块。

作为优选的技术方案：所述的单片机固件程序综合处理模块使用内置存储单元保存用户及系统信息，以及由消防分区码，设备类型码和地址码组成唯一的节点设备识别编号。

作为优选的技术方案：所述的模拟信号检测模块包括PT100感温电阻和温度信号处理芯片；采集的温度信号经过低通滤波、信号放大、模数转换和SPI时序及检错，信号处理后，通过SPI外设串行引脚递交给PIC18F单片机处理。

作为优选的技术方案：所述的模拟信号检测模块上还设置有温度传感器接口。

作为优选的技术方案：所述的数字信号采集模块，采用软件消抖，并使用LED指示灯显示相应的阀门状态。

作为优选的技术方案：所述的数字信号采集模块上还设置有微动开关接口和阀体按键接口。

作为优选的技术方案：所述的电动机械控制模块通过GPIO引脚与PIC18F单片机连接。

作为优选的技术方案：所述的电动机械控制模块上还设置有电机接口和电磁控制接口。

本发明的有益效果是：一种基于单片机的智能型防火排烟阀门执行器控制系统，与传统技术相比：通过PIC18F单片机作为整个系统的逻辑控制中心，并为每一台防火排烟阀门执行器提供唯一的节点设备识别编号；外部晶振时钟电路为PIC18F单片机以及通信电路提供精准的时钟信号；模拟信号检测模块用于采集通风空调系统管道内及排烟系统管道内的即时气流温度以及烟雾信号，并将信号输入到PIC18F单片机进行处理；RS485通信模块用于远程阀门状态监控以及远程消防火灾报警信号数据采集；执行器机构控制模块通过综合处理模拟量信号，执行器上按键状态以及接收火灾报警信号远程控制指令，触发执行器的电动机械控制模块，进而完成防火排烟阀门执行器的复位和关闭动作；具有以下技术优势：1.使用PIC18F单片机智能化处理防火排烟阀门的模拟信号，数字信号，以及近程和远程消防火灾报警指令信号及复位指令信号；2. 为防火排烟阀门执行器指定唯一的节点设备识别编号，使其具备总线制物联网组网功能；3. 使用RS485工业标准进行远程系统监控；从而实现防火排烟阀门自动化和智能化，并大大降低了消防系统的安装，消防实战演习和使用成本，有利于平时定期不定期的消防设备检查、消防实战演练与火灾事故分析，具有智能化程度高，功能全面，使用灵活，易于实现的特点。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明模拟信号检测模块工作流程图；

图3为本发明节点设备识别编号图；

图4为本发明指令格式图；

图5为本发明Windows设置与调试程序界面；

在图中：1.PIC18F单片机、2.外部晶振时钟电路、3.模拟信号检测模块、4.数字信号采集模块、5.电动机械控制模块、6.RS485通信模块、7.直流电源变压与稳压模块、8.总线制执行器物联网、9.消防总控制台、301.温度传感器接口、401.微动开关接口、402.阀体按键接口、501.电机接口、502.电磁控制接口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步描述；

在附图中：一种基于单片机的智能型防火排烟阀门执行器控制系统，包括PIC18F单片机1；所述的PIC18F单片机1为中央处理器，进而实现整个防火排烟阀门物联网的智能化远程监控；PIC18F单片机1为工业控制级别的，采用流水线型精简指令，是一款具有性能稳定，扩展性强，适用性广，成本低等特色的专业级微控制处理器；所述的PIC18F单片机1包括单片机固件程序综合处理模块，开关状态控制模块，近程远程消防火灾报警指令控制模块，以及执行器机构控制模块；所述的单片机固件程序综合处理模块使用内置存储单元保存用户及系统信息，以及由消防分区码，设备类型码和地址码组成唯一的节点设备识别编号；唯一的节点设备识别编号，使执行器具备物联网组网的先决条件；

还包括连接在PIC18F单片机1上的用于PIC18F单片机1与总线制执行器物联网8通信提供稳定的时钟信号的外部晶振时钟电路2；所述的外部晶振时钟电路2由晶体振荡器以及晶振控制元件组成，为整个系统提供频差小于十万分之一的稳定时钟信号，从而保证数字通信信号的质量和通信总线传输的可靠性；

用于实时采集通风空调系统及机械排烟系统管道中的温度以及烟雾信号、并且直接输出数字数据和模块运行状态指示码的模拟信号检测模块3；所述的模拟信号检测模块3包括工业级别的PT100感温电阻和温度信号处理芯片；采集的温度信号经过低通滤波、信号放大、模数转换和SPI时序及检错等信号处理后，通过SPI外设串行引脚递交给PIC18F单片机1处理；所述的温度信号处理芯片直接输出数字数据供给PIC18F单片机1处理，从而减轻了PIC18F单片机1的计算量，同时自动报告系统异常，增加了系统的稳定性；所述的单片机固件程序综合处理模块根据温度的数值和变化趋势决定防火排烟阀门状态，并可将温度数据反馈到消防总控制台9进行保存和分析。由此所得的温度误差低于0.1℃，同时PIC18F单片机1动态监听温度信号处理芯片的运行状况，在必要的情况下显示和报告错误信息；

用于动态监测防火排烟阀执行器内部的微动开关以及阀体启闭的开关量信号的数字信号采集模块4；所述的数字信号采集模块4，用于采集高低电平信号和开关量信号等数字量信号，负责动态监测执行器内部的微动控制开关位置状态以及执行器上按钮的按键动作，并将所采集的数字信息通过GPIO引脚递交PIC18F单片机1进行处理；执行器内部的微动控制开关负责感受执行器（防火排烟阀阀门）的动态位置，并反馈给PIC18F单片机1做相应处理；使用两个LED指示灯实时显示防火排烟阀阀门状态；在防火排烟阀阀门复位或关闭时点亮相应的LED指示灯，在防火排烟阀阀门复位的过程中闪烁LED复位指示灯；执行器上的机械按钮用于现场手动驱动阀门动作；为防止机械按钮按下时被锁死的故障隐患，只有在机械按钮按下并弹开的瞬间方能触发阀门执行器动作；

用于智能化控制直流电动机与电磁离合器的电动机械控制模块5；所述的电动机械控制模块5与PIC18F单片机1的GPIO引脚连接；PIC18F单片机1接收到防火排烟阀阀门执行器动作后输出相应的高低电平信号，该信号经过光电耦合器到达电动机械控制模块5，进而精确控制电机101和电磁离合器102的运作，完成防火排烟阀阀门执行器的启闭或复位动作。所述光电耦合器将低电压3.3伏的电子控制电路与高电压24伏的电机电磁工作电路隔离，同时屏蔽了电磁场噪音对数字信号的干扰；

用于组建总线制执行器物联网8的、响应消防总控制台9下达的远程总线制火灾报警动作指令，实现远程阀门状态监控以及远程消防信息采集的RS485通信模块6；所述的RS485通信模块6用于总线制执行器物联网8，实现远程消防信息采集以及远程阀门状态监控；消防总控制台9作为主设备接入总线制执行器物联网8，并向指定设备识别号码的执行器下达符合RS485工业标准的远程指令，执行器作为从设备，RS485通信模块负责接收来自总线制执行器物联网8的远程指令，所接收的合法指令经电平转换后透传到PIC18F单片机1的USART引脚，并调用中断处理函数进行指令处理。远程指令包括防火排烟阀阀门动作指令和消防数据采集指令，所述防火排烟阀阀门动作指令触发上述的电动机械控制模块5，用于远程实现防火排烟阀阀门的复位和关闭动作；所述消防数据采集指令调用PIC18F单片机1的单片机固件程序综合处理模块，将防火排烟阀阀门启闭状态和温度烟雾信号等数据按指定格式打包后，通过USART引脚递交RS485通信模块，进而通过总线制执行器物联网8回馈到消防总控制台9进行处理；RS485通信模块使用AES算法加密远程指令和监控信息，同时提供标准MODBUS通信协议接口，以便于与其它通用控制系统进行通讯；

以及用于为PIC18F单片机1、外围电子电路和电动控制电路提供不同电压值的隔离式直流电源变压与稳压模块7；将系统总线提供的24伏直流电源进行稳压和过滤后，为电机101和电磁离合器102供电，并进一步通过隔离式变压器，为PIC18F单片机1和外围电子电路提供电压为3.3伏的工作电源；

使得防火排烟阀门实现物联网消防远程监控中心的远程监视与调控，达到了公安部公消[2017]297号关于全面推进“智慧消防建设的指导意见”的远程监控要求；实现总线控制、即时反馈阀门动态信息及物理位置、即时反馈通过防火排烟阀阀门的气流温度及温度控制，自动控制阀门启闭和复位、更有利于平时定期不定期的消防设备检查、消防实战演练与火灾事故分析，切实加强火灾发生时防火排烟阀阀门动作的安全可靠性，该系统具有智能化程度高，功能全面，使用灵活，易于实现等特点。

在图1中：所述的模拟信号检测模块3上还设置有温度传感器接口301；所述的数字信号采集模块4上还设置有微动开关接口401和阀体按键接口402；所述的电动机械控制模块5上还设置有电机接口501和电磁控制接口502；所述拔插式接口，完成集成电子电路，电动机械元器件，以及通讯系统的整合，简化了装机工艺，有利于系统维护和故障排除，并实现监控系统的各项功能。

上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的描述，而并非对实施方式的限定，对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种基于单片机的智能型防火排烟阀门执行器控制系统，包括PIC18F单片机（1）；所述的PIC18F单片机（1）包括单片机固件程序综合处理模块，开关状态控制模块，近程远程消防火灾报警指令控制模块，以及执行器机构控制模块；其特征是：

还包括连接在PIC18F单片机（1）上的用于PIC18F单片机（1）与总线制执行器物联网（8）通信提供稳定的时钟信号的外部晶振时钟电路（2），

用于实时采集通风空调系统及机械排烟系统管道中的温度以及烟雾信号、并且直接输出数字数据和模块运行状态指示码的模拟信号检测模块（3），

用于动态监测防火排烟阀执行器内部的微动开关以及阀体启闭的开关量信号的数字信号采集模块（4），

用于智能化控制直流电动机与电磁离合器的电动机械控制模块（5），

用于组建总线制执行器物联网（8）的、响应消防总控制台（9）下达的远程总线制火灾报警动作指令，实现远程阀门状态监控以及远程消防信息采集的RS485通信模块（6），

以及用于为PIC18F单片机（1）、外围电子电路和电动控制电路提供不同电压值的隔离式直流电源变压与稳压模块（7）。

2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的智能型防火排烟阀门执行器控制系统，其特征是：所述的单片机固件程序综合处理模块使用内置存储单元保存用户及系统信息，以及由消防分区码，设备类型码和地址码组成唯一的节点设备识别编号。

3.根据权利要求1所述的一种基于单片机的智能型防火排烟阀门执行器控制系统，其特征是：所述的模拟信号检测模块（3）包括PT100感温电阻和温度信号处理芯片；采集的温度信号经过低通滤波、信号放大、模数转换和SPI时序及检错，信号处理后，通过SPI外设串行引脚递交给PIC18F单片机（1）处理。

4.根据权利要求1所述的一种基于单片机的智能型防火排烟阀门执行器控制系统，其特征是：所述的模拟信号检测模块（3）上还设置有温度传感器接口（301）。

5.根据权利要求1所述的一种基于单片机的智能型防火排烟阀门执行器控制系统，其特征是：所述的数字信号采集模块（4），采用软件消抖，并使用LED指示灯显示相应的阀门状态。

6.根据权利要求1所述的一种基于单片机的智能型防火排烟阀门执行器控制系统，其特征是：所述的数字信号采集模块（4）上还设置有微动开关接口（401）和阀体按键接口（402）。

7.根据权利要求1所述的一种基于单片机的智能型防火排烟阀门执行器控制系统，其特征是：所述的电动机械控制模块（5）通过GPIO引脚与PIC18F单片机（1）连接。

8.根据权利要求1所述的一种基于单片机的智能型防火排烟阀门执行器控制系统，其特征是：所述的电动机械控制模块（5）上还设置有电机接口（501）和电磁控制接口（502）。