CN2420697Y - 基于两总线的火灾报警控制器与探测器的通讯接口装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于两总线的火灾报警控制器与探测器的通讯接口装置,由单片机、脉冲调制器、取样/保持电路、减法运算电路及信号处理电路等组成。单片机将待发送的地址、数据信号进行编码,经脉冲调制器把这些信号调制到电源上送往探测器,检测总线短路状态,把返回信号从其他信号中分离出,进行去除直流、放大、整形、滤波等处理,送单片机检测。本通讯接口装置可在大负载、长线、强磁干扰下可靠地工作。

Description

基于两总线的火灾报警控制器与探测器的通讯接口装置

本实用新型涉及一种基于两总线的火灾报警控制器与探测器的通讯接口装置，属于报警控制系统中的接口装置。

目前的火灾报警系统一般由火灾报警控制器和探测器组成，火灾报警控制器定时向探头发射编码信号，编码信号中有地址信号、数据信号，当接于总线上的探测器接收到与自己的拨码相同的地址信号时，锁存数据信号，同时启动探测电路，把报警信息通过一脉冲电流返回到报警控制器，报警控制器检测到此电流经放大、整形、滤波送单片机中处理，对当前探测器的状态做出判断。

两总线的火灾报警系统一般电源和信号叠加在一起，探测器返回的电流一般包括所有探测器的静态电流、地址信号产生的脉冲电流以及当前正在巡查探测器返回的脉冲电流，当负载较重或报警探测器较多时，返回的静态电流及地址信号产生的脉冲较大，使正常的返回脉冲淹没在其中，难以测出，同时，在长线末端，由于受线间分布电容、分布电感的影响，波形产生严重畸变，探测器难以正确接受地址数据信号，因此，许多厂家的火灾报警系统在长线和大负载的状况下，工作极不可靠，特别是在报警点较多时，不能正常工作。

本实用新型的目的是提供一种基于两总线的火灾报警控制器与探测器的通讯接口装置，可以解决两总线电源和信号的同时发送、长线末端总线信号的畸变以及在大负载条件下对有效脉冲信号的提取。

为实现上述目的，本实用新型所提供的基于两总线的火灾报警控制器与探测器的通讯接口装置，由单片机、脉冲调制器、取样/保持电路、减法运算电路及信号处理电路组成。由单片机对所发送数据进行编码，经脉冲调制器将待发送的数据调制到电源上，使输出的两总线既有电源信号又有数据信号，通过总线将信号发送至探测器，在单片机的控制下，从探测器返回的信号经预处理电路处理，由取样/保持电路对静态电流进行跟踪，通过减法运算电路把探测器返回的有效脉冲信号从其他信号中分离出来，再经信号处理电路进行放大、整形、滤波、电平转换后送单片机检测，以确定探测器所处的状态。为防止输出电流过大对通讯接口装置造成破坏，该装置上还设有短路检测及输出控制电路，为减少共模干扰，在两总线上还加上了共模电感。

本实用新型中所述脉冲调制器是由运算放大器(IC₅)及外围电阻(R₁₆、R₁₇、R₁₈、R₁₉)和可调稳压集成电路(IC₆)组成，可调稳压集成电路(IC₆)的控制端与电源间接有电容(C₄)，其控制端与输出端间接有电阻(R₇)，运算放大器(IC₅)、输入电阻(R₁₈)与单片机(IC₁₀)的I/O口之一(脚5)相接，其输出端通过电阻(R₁₆)与可调稳压集成电路(IC₆)的控制端相接。

本实用新型中由取样电阻(R₁)、突波器(V₁)、电容(C₁)和由运算放大器(IC₁)及电阻(R₃)构成的跟随器组成了对返回信号的予预处理电路。

取样/保持电路由模拟开关(S₁)、电容(C₂)和运算放大器(IC₂)组成，模拟开关(S₁)的信号端与信号预处理电路中跟随器的输出端相接，模拟开关(S₁)的开启与关断由单片机(IC₁₀)控制。

减法运算电路由模拟开关(S2)、运算放大器(IC3)、输入电阻(R₄、R₅)、反馈电阻(R₆)及接地电容(C₃)组成，模拟开关(S₂)的两个信号端分别与返回信号予处理电路及取样/保持电路的输出端相接，模拟开关(S₂)的切换由单片机(IC₁₀)控制，减法运算电路的输出端接信号处理电路。

信号处理电路包括：稳压二极管(V₂)、运算放大器(IC₇)及其外围电阻(R₂₁、R₂₂、R₂₈)组成的放大电路，电阻(R₂₃)与电容(C₂)组成的滤波电路，电阻(R₂₄、R₂₅)、晶体管(V₆)及接于其集电极输出端的反相器(IC₈)。

为防止过流对通讯接口装置的破坏，本实用新型设置了：由晶体管(V₃)、接于其基极、发射极间的电阻(R₈)、运算放大器(IC₄)及外围电阻(R₉、R₁₀、R₁₃、R₁₄)组成的短路检测电路；与运算放大器(IC₄)输出端相接的电阻(R₁₁、R₁₂)、晶体管(V₄)、接在其集电极输出上的反相器(IC₉)构成的电平转换电路；及接在脉冲调制器中可调稳压集成电路控制端的晶体管(V₅)构成的输出控制电路。当输出电流大于某一设定值时，晶体管(V₃)导通，运算放大器(IC₄)翻转，并使另一晶体管(V₄)导通，反相器(IC₉)向单片机(IC₁₀)输出高电平，单片机(IC₁₀)检测到此信号，通过它的一个I/O口(脚2)送出高电平，使与可调稳压集成电路(IC₆)控制端相接的晶体管(V₅)导通，可调稳压集成电路(IC₆)的输出截止，防止电流过大对通讯接口装置的破坏。

本实用新型所提供的基于两总线的火灾报警控制器与探测器的通讯接口装置采取了如下技术措施：

(1)、在单片机的控制下，火灾报警控制器通过总线正极发送数据时，探测器不返回信号，而火灾报警控制器不发送数据时，探测器通过总线返回电流，可使报警器和探测器通过总线实现双向通讯；

(2)、采用输出信号滤波技术，防止高频信号在长线末端的振荡；

(3)、采用取样/保持电路，对静态电流进行跟踪；

(4)、采用减法运算电路，将返回的有效脉冲电流从其它脉冲信号中分离出来。

本实用新型由于采取了以上技术措施，有效地解决了两总线传输中的信号发送、长线末端总线信号的畸变问题及大负载条件下对有效脉冲的提取。本通讯接口装置适合于火灾报警控制器和各种探测器(如开关量探测器、模拟量探测器、防盗探测器……)的连接，在长线(长线可达1500米)、大负载、强干扰下均能可靠的工作。

附图说明：

图1、本实用新型的电路原理图；

图2、本实用新型的电路原理图中A-F各点的波形图；

图3、本实用新型所采用的软件流程图。

以下结合附图及实施例对本实用新型作详尽的说明。

本实用新型按照图1所示电路安装即可，其中IC₁₀采用MCSZ51系列单片机，它是高性能的单片机，其第1-6脚均为标准输入/输出口，其中第5、6脚是高速输入/输出口。能发出精度极高的脉冲，也能精确的测量脉冲宽度，单片机IC₁₀通过第5脚发出编码信号，经运算放大器IC₅放大(运算放大器选用LM324型)，然后通过可调稳压集成电路IC₆(选用LM317型)把编码信号调制到总线上并送往探头，滤波电容C₄可滤掉发出矩形波形中的高频成分，减少了高频成分在传输过程中的振荡现象，通过滤波处理，使总线末端的信号质量大大提高，总线长度可达1500米。

通讯接口装置的短路检测与输出控制电路中，R₈是一取样电阻，当电流大于某一设定值时，晶体管V₃(采用A1015型)导通，使运算放大器IC₄(采用LM324型)翻转，晶体管V₄(采用C1008型)导通，使反相器IC₉(采用74HC04型)输出高电平、并送至单片机IC₁₀，单片机IC₁₀检测到此信号时，及时通过第二脚送出高电平，使接在可调稳压集成电路IC₆控制端上的晶体管V₅(采用C1008型)导通，可调稳压集成电路IC₆的输出截止，以防止过流对通讯接口装置的损坏。

加在总线上的共模电感L₁，其两个绕组方向相反，对于正常的信号，两个绕组上的磁通正好抵消，没有衰减，对共模干扰有较强的抑制作用。

由电阻R₁、突波器V₁(采用SA05A型)、跟随器IC₁(采用LM324型)组成的对返回信号预处理电路，其中R₁是取样电阻，探测器返回的脉冲电流在此电阻上形成一个脉冲电压，其波形如图2所示，因每个探头有静态电流，因此，返回电流波形是叠加在一直流电平上的脉冲信号，同时，脉冲调制器中可调稳压集成电路IC₆输出端A点中的地址、数据脉冲信号也会产生脉冲信号，其幅度一般大于正常返回信号。突波器V₁可吸收瞬态的干扰，防止对跟随器的冲击，跟随器IC₁对返回波形进行缓冲。

单片机IC₁₀在t₁时刻发出采样脉冲，采样/保持电路中的模拟开关S₁(采用MAX351型)导通，电容C₂上的电压与总线上的静态电压保持一致，在单片机IC₁₀的控制下采样脉冲停止后，模拟开关S₁关断，运算放大器IC₂(采用LM324型)的输出将与电容C₂上的电压一致。在t₁时刻，同时把接在减法运算电路上的模拟开关S₂(采用MAX351型)切换到运算放大器IC₂的输出上，此时运算放大器IC₃(采用LM324型)的输出与运算放大器IC₂的输出保持一致(约为1V)。当单片机IC₁₀在t₂时刻发送地址和数据完毕后，延时约0.5毫秒，其作用在于去除地址信号产生的振荡信号。在t₃时刻把模拟开关S₂切换到返回信号预处理电路中跟随器IC₁的输出端，即切换到返回脉冲上，运算放大器IC₃的输出将如图2：E点所示，这样，就消除了地址信号产生的干扰。同时，静态电压受到抑制，输出为1V左右，通过信号处理电路中稳压二极管V₂(采用IN754型)的限幅可消除静态电压的影响。返回脉冲信号经运算放大器IC₇(采用LM324型)整形、然后通过由电阻R₂₃与电容C₅组成的滤波器，可消除返回波形中的毛刺，提高抗干扰能力。晶体管V₆(采用C1008型)为电平转换电路，把10V的信号转换为5V，信号经反相器IC₃(采用74HC04型)隔离后，送入单片机IC₁₀的第6脚(高速输入/输出口)，完成对返回脉冲宽度的测量，确定探测器所处的状态

Claims (5)

1、一种基于两总线的火灾报警控制器与探测器间的通讯接口装置，该装置上有单片机和信号处理电路，其特征在于，该通讯接口装置上还有：

1)、由运算放大器(IC₅)及其外围电阻(R₁₆、R₁₇、R₁₈、R₁₉、)构成的放大电路和可调稳压集成电路(IC₆)组成的脉冲调制器，其中运算放大器(IC₅)的输入电阻(R₁₈)与单片机(IC₁₀)的I/O口之一(脚5)相接，其输出电阻(R₁₆)接可调稳压集成电路(IC₆)的控制端，在可调稳压集成电路(IC₆)的控制端与电源输入端间接有电容(C₄)，在其控制端与输出端间接有电阻(R₇)，单片机向脉冲调制器发送编码信号，并通过可调稳压集成电路(IC₆)将脉冲信号调制到总线上；

2)、由模拟开关(S₁)、电容(C₂)和跟随器(IC₂)组成的取样/保持电路，模拟开关(S₁)接于跟随器(IC₂)的输入端上，其通断由单片机(IC₁₀)控制；

3)、由模拟开关(S₂)、输入电阻(R₄、R₅)、反馈电阻(R₆)及电容(C₃)组成减法运算电路，模拟开关(S₂)的一端与减法运算电路中—输入电阻(R₅)相接，其两信号端分别与模拟开关(S₁)、取样/保持电路的输出端相接，减法运算电路的输出信号经信号处理电路处理后送单片机。

2、根据权利要求1所述的通讯接口装置，其特征在于，所述的信号处理电路由稳压二极管(V₂)、运算放大器(IC₇)及外围电阻(R₂₁、R₂₂、R₂₈)组成的放大电路、电阻(R₂₃)与电容(C₅)组成的滤波电路和由晶体管(V₆)与基极电阻(R₂₄)、集电极电阻(R₂₅)及接在集电极输出端上的反相器(IC₉)组成的电平转换电路构成。

3、根据权利要求1所述的通讯接口装置，其特征在于，该装置上还设有短路检测、输出控制电路，由晶体管(V₃)、电阻(R₈)、运算放大器(IC₄)、电阻(R₉、R₁₀、R₁₃、R₁₄)构成短路检测电路，由晶体管(V₄)、其基极电阻(R₁₁)、集电极电阻(R₁₂)、接于其集电极输出端的反相器(IC₉)和接在脉冲调制器可调稳压集成电路(IC₆)控制端的晶体管(V₅)组成输出控制电路，其中，电阻(R₈)接于晶体管(V₃)的基极、发射极间，并与可调稳压电路(IC₆)的输出端相接，反相器(IC₉)的输出端与单片机(IC₁₀)的I/O口之二(脚1)相接。

4、根据权利要求1所述的通讯接口装置，其特征在于，该装置上还有由电阻(R₁)、突波器(V₁)、和跟随器(IC₁)组成的返回信号处理电路，该电路中跟随器(IC₁)的输出端与组成取样/保持电路的模拟开关(S₁)和组成减法运算电路的模拟开关(S₂)相接。

5、根据权利要求1所述的通讯接口装置，其特征在于，该装置的总线上还加有共模电感(L₁)。

Images