基于智能消防炮的遙測控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

莫本團(tuán)

1.背景

智能消防炮是由智能型紅外探測組件、自動(dòng)掃描射水高空水炮、機(jī)械傳動(dòng)裝置、電磁閥組四大部分組成的一種滅火設(shè)備。其中智能型探測組件、自動(dòng)掃描射水高空水炮和機(jī)械傳動(dòng)裝置為一體化設(shè)置，智能消防炮集成了如此多的功能以及保護(hù)人身生民財(cái)產(chǎn)的使命的特點(diǎn)，致使保證其每時(shí)每刻都在正常工作狀態(tài)，但是智能消防炮安裝高度在6m～35m之間，在建筑物內(nèi)云梯、高空作業(yè)車都很難進(jìn)入，有些地方腳手架都很難搭建，如何對消防炮進(jìn)行日常的檢測維護(hù)給人們提出了新的課題。以往發(fā)生火災(zāi)需要人工干預(yù)滅火時(shí)，操作員需要進(jìn)入火災(zāi)現(xiàn)場使用固定于現(xiàn)場的操作器控制消防炮動(dòng)作進(jìn)行滅火，這是比較危險(xiǎn)的。因此設(shè)計(jì)出一種能遠(yuǎn)程控制及檢測消防炮的裝置確保消防炮能正常工作及操作員的人身安全，顯得十分重要。

2.現(xiàn)有技術(shù)主要缺點(diǎn)：

根據(jù)現(xiàn)代建筑風(fēng)格的特點(diǎn)，一個(gè)建筑內(nèi)有多個(gè)不連貫的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域根據(jù)設(shè)計(jì)要求布置不同數(shù)量的消防設(shè)施才能滿足消防滅火的需要。目前業(yè)內(nèi)大都采用的是電動(dòng)葫蘆遙控器的開關(guān)量控制消防炮轉(zhuǎn)動(dòng)，只能單區(qū)域單向控制轉(zhuǎn)動(dòng)部分功能，控制數(shù)量≤4，并且遠(yuǎn)程控制距離小于100米，不能全面的檢測消防炮。

3.本技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

綜合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及產(chǎn)品特點(diǎn)，本多功能遙測控制裝置需要實(shí)現(xiàn)的功能：通過無線發(fā)射器面板上的功能按鍵遠(yuǎn)距離自動(dòng)搜索現(xiàn)場布置的接收器的頻道，握手成功后，輸入任意終端設(shè)備（消防炮）的地址就可以控制消防炮多個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)或采集該終端設(shè)備消防炮的工作狀態(tài)，這可以使用單個(gè)裝置解決了多區(qū)域，多數(shù)量的檢測控制要求。技術(shù)參數(shù)要求如下：

（1）防護(hù)等級：IP65

（2）遙控距離：視距≥500米（SMA天線或彈簧天線）；

（3）雙向數(shù)據(jù)加密傳輸，安全碼64位；

（4）低功耗設(shè)計(jì)，工作電源2.1～3VDC（兩節(jié)堿性五號(hào)電池可正常工作），待機(jī)電流<0.5uA；

（5）10個(gè)功能按鍵：具備急停按鈕，可通過按鍵設(shè)置頻道、地址。；

4.發(fā)射器設(shè)計(jì)

發(fā)射器由控制鍵盤、蘑菇頭急停按鈕、無線數(shù)傳模塊、低功耗LCD組成。控制鍵盤采用的是3×3的9個(gè)按鍵，外加一個(gè)獨(dú)立的蘑菇頭急停按鈕，當(dāng)緊急情況時(shí)候，可以使用該緊急按鈕處置。無線數(shù)據(jù)傳輸具備雙向傳輸，載波頻率采用433MHz，調(diào)制模式采用DSSS擴(kuò)頻技術(shù)（擴(kuò)頻技術(shù)簡單講就是增加傳輸?shù)男畔⒘浚ㄟ^容錯(cuò)解碼技術(shù)來提高抗干擾性），發(fā)射功率20dBm（約100mw），數(shù)據(jù)長度精簡至5字節(jié)，且采用CRC16校驗(yàn)，當(dāng)接收器收到數(shù)據(jù)后再進(jìn)行解密碼還原成控制信號(hào)。發(fā)射器實(shí)現(xiàn)低功耗設(shè)計(jì)，需要各個(gè)部分功能都具備低功耗參數(shù)。其中LCD顯示部分是耗電大戶，需要采用的是段式LCD（開啟時(shí)候<1mA）并帶有背光方便黑暗中使用；9個(gè)按鍵任意按下經(jīng)過D1、D2、D3二極管（反向截止行列互不干涉）后與MCU中斷引腳INT0就形成一個(gè)下降沿信號(hào)，這樣控制鍵盤在行列掃描時(shí)就可以實(shí)現(xiàn)外部中斷觸發(fā)喚醒CPU，蘑菇頭需要獨(dú)立的中斷引腳，這樣無論什么時(shí)候都可以喚醒CPU。

5.接收器設(shè)計(jì)

根據(jù)以往的工程施工經(jīng)驗(yàn)，設(shè)備安裝位置及線路的長短具有不確定性特點(diǎn)，所以接收器需要采用AC220V供電，盡量把體積做小，方便集成到其他產(chǎn)品的控制箱內(nèi)。如圖2所示接收器由無線數(shù)傳模塊、高亮數(shù)碼管，AC/DC電源，RS485控制器組成。設(shè)備安裝布線時(shí)候需要將接收器的RS485通信線并在消防炮的485總線網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)接收器MCU收到無線信號(hào)后立即進(jìn)行解碼將結(jié)果在數(shù)碼管上顯示，同時(shí)將數(shù)據(jù)還原成控制信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到485總線網(wǎng)絡(luò)上（簡單地說就是接收器將無線信號(hào)解碼后轉(zhuǎn)成RS485信號(hào)），這樣就可以控制對應(yīng)的消防炮，若接收器收到握手或者搜索數(shù)據(jù)，則要對發(fā)射器進(jìn)行應(yīng)答（應(yīng)答的信息需要包含消防炮當(dāng)前的狀態(tài)），這樣發(fā)射器收到應(yīng)答信號(hào)后就可以在LCD上顯示當(dāng)前消防炮的狀態(tài)。

6.數(shù)據(jù)安全性設(shè)計(jì)

無線設(shè)備越來越多的嵌入到人們的生活、生產(chǎn)中，而總多的無線設(shè)備的存在使無線信道越來越不干凈，頻譜干擾越來越惡劣，采用DSSS擴(kuò)頻技術(shù)的同時(shí)還需要一種穩(wěn)定的數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式，CRC16即循環(huán)冗余校驗(yàn)碼成了首選方式，CRC16數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域中最常用的一種查錯(cuò)校驗(yàn)碼，其特征是信息字段和校驗(yàn)字段的長度可以任意選定。接收器采用循環(huán)冗余檢查（CRC）數(shù)據(jù)傳輸檢錯(cuò)功能，對數(shù)據(jù)進(jìn)行多項(xiàng)式計(jì)算，并將得到的結(jié)果附在幀的后面以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。采用函數(shù)法計(jì)算CRC16：

void CRC16_Calc（uchar crcbuf）//計(jì)算CRC16函數(shù)

{

uchar i；uchar TT；

CRC16=CRC16^crcbuf；

for （i=0；i<8；i++）

{

TT=CRC16&1；CRC16=CRC16>>1；CRC16=CRC16&0x7fff；

if（TT==1）CRC16=CRC16^0xa001；

CRC16=CRC16&0xffff；

}

}

其中數(shù)據(jù)進(jìn)棧前需要把CRC16先置位0xFFFF（即CRC16=0xFFFF），數(shù)據(jù)不段地從crcbuf口進(jìn)入，經(jīng)過CRC16_Calc（）函數(shù)計(jì)算好就可以得出所接收/發(fā)射到的數(shù)據(jù)的校驗(yàn)碼。例子如下：

CRC16=0xFFFF；//CRC初裝狀態(tài)為1

for（i=0；i<=L-3；i++）CRC16_Calc（RxBuf[i]）；//L為接收到的數(shù)據(jù)長度，RxBuf[i]為接收到的數(shù)據(jù)。

7.功能原理設(shè)計(jì)

長按“-”按鈕時(shí)間>2秒并保持，則發(fā)射器自動(dòng)搜索接收器的頻率，成功后自動(dòng)停止搜索，LCD顯示搜索到的頻率以及相關(guān)參數(shù)，紅色蘑菇頭急停開關(guān)旋轉(zhuǎn)45度，使其自動(dòng)彈出來，使用“↑”、“↓”、“←”、“→”、“↘”、“↗”6個(gè)按鍵控制消防炮Z、Y、Z三維方向運(yùn)轉(zhuǎn)。使用“START”啟動(dòng)按鈕和急停按鈕，控制消防炮的開啟和關(guān)閉。使用完成后將“REST”急停按鈕按下，防止誤操作。注意的是無線遙控器具有識(shí)別無線接收器頻率和地址編碼功能，在安裝時(shí)必須確認(rèn)同一工作區(qū)無線接收裝置不能有相同頻率及地址編碼，以避免相互影響而產(chǎn)生誤動(dòng)作，接收器安裝位置必須遠(yuǎn)離變頻器、馬達(dá)及其連接電纜越遠(yuǎn)越好，以避免接收機(jī)受到信號(hào)的干擾。

參考文獻(xiàn)：

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