專利名稱：基于兩總線的火災報警控制器與探測器的通訊接口裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種基于兩總線的火災報警控制器與探測器的通訊接口裝置，屬于報警控制系統(tǒng)中的接口裝置。
目前的火災報警系統(tǒng)一般由火災報警控制器和探測器組成，火災報警控制器定時向探頭發(fā)射編碼信號，編碼信號中有地址信號、數(shù)據(jù)信號，當接于總線上的探測器接收到與自己的撥碼相同的地址信號時，鎖存數(shù)據(jù)信號，同時啟動探測電路，把報警信息通過一脈沖電流返回到報警控制器，報警控制器檢測到此電流經(jīng)放大、整形、濾波送單片機中處理，對當前探測器的狀態(tài)做出判斷。
兩總線的火災報警系統(tǒng)一般電源和信號疊加在一起，探測器返回的電流一般包括所有探測器的靜態(tài)電流、地址信號產(chǎn)生的脈沖電流以及當前正在巡查探測器返回的脈沖電流，當負載較重或報警探測器較多時，返回的靜態(tài)電流及地址信號產(chǎn)生的脈沖較大，使正常的返回脈沖淹沒在其中，難以測出，同時，在長線末端，由于受線間分布電容、分布電感的影響，波形產(chǎn)生嚴重畸變，探測器難以正確接受地址數(shù)據(jù)信號，因此，許多廠家的火災報警系統(tǒng)在長線和大負載的狀況下，工作極不可靠，特別是在報警點較多時，不能正常工作。
本實用新型的目的是提供一種基于兩總線的火災報警控制器與探測器的通訊接口裝置，可以解決兩總線電源和信號的同時發(fā)送、長線末端總線信號的畸變以及在大負載條件下對有效脈沖信號的提取。
為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所提供的基于兩總線的火災報警控制器與探測器的通訊接口裝置，由單片機、脈沖調(diào)制器、取樣/保持電路、減法運算電路及信號處理電路組成。由單片機對所發(fā)送數(shù)據(jù)進行編碼，經(jīng)脈沖調(diào)制器將待發(fā)送的數(shù)據(jù)調(diào)制到電源上，使輸出的兩總線既有電源信號又有數(shù)據(jù)信號，通過總線將信號發(fā)送至探測器，在單片機的控制下，從探測器返回的信號經(jīng)預處理電路處理，由取樣/保持電路對靜態(tài)電流進行跟蹤，通過減法運算電路把探測器返回的有效脈沖信號從其他信號中分離出來，再經(jīng)信號處理電路進行放大、整形、濾波、電平轉(zhuǎn)換后送單片機檢測，以確定探測器所處的狀態(tài)。為防止輸出電流過大對通訊接口裝置造成破壞，該裝置上還設有短路檢測及輸出控制電路，為減少共模干擾，在兩總線上還加上了共模電感。
本實用新型中所述脈沖調(diào)制器是由運算放大器(IC5)及外圍電阻(R16、R17、R18、R19)和可調(diào)穩(wěn)壓集成電路(IC6)組成，可調(diào)穩(wěn)壓集成電路(IC6)的控制端與電源間接有電容(C4)，其控制端與輸出端間接有電阻(R7)，運算放大器(IC5)、輸入電阻(R18)與單片機(IC10)的I/O口之一(腳5)相接，其輸出端通過電阻(R16)與可調(diào)穩(wěn)壓集成電路(IC6)的控制端相接。
本實用新型中由取樣電阻(R1)、突波器(V1)、電容(C1)和由運算放大器(IC1)及電阻(R3)構(gòu)成的跟隨器組成了對返回信號的予預處理電路。
取樣/保持電路由模擬開關(guān)(S1)、電容(C2)和運算放大器(IC2)組成，模擬開關(guān)(S1)的信號端與信號預處理電路中跟隨器的輸出端相接，模擬開關(guān)(S1)的開啟與關(guān)斷由單片機(IC10)控制。
減法運算電路由模擬開關(guān)(S2)、運算放大器(IC3)、輸入電阻(R4、R5)、反饋電阻(R6)及接地電容(C3)組成，模擬開關(guān)(S2)的兩個信號端分別與返回信號予處理電路及取樣/保持電路的輸出端相接，模擬開關(guān)(S2)的切換由單片機(IC10)控制，減法運算電路的輸出端接信號處理電路。
信號處理電路包括穩(wěn)壓二極管(V2)、運算放大器(IC7)及其外圍電阻(R21、R22、R28)組成的放大電路，電阻(R23)與電容(C2)組成的濾波電路，電阻(R24、R25)、晶體管(V6)及接于其集電極輸出端的反相器(IC8)。
為防止過流對通訊接口裝置的破壞，本實用新型設置了由晶體管(V3)、接于其基極、發(fā)射極間的電阻(R8)、運算放大器(IC4)及外圍電阻(R9、R10、R13、R14)組成的短路檢測電路；與運算放大器(IC4)輸出端相接的電阻(R11、R12)、晶體管(V4)、接在其集電極輸出上的反相器(IC9)構(gòu)成的電平轉(zhuǎn)換電路；及接在脈沖調(diào)制器中可調(diào)穩(wěn)壓集成電路控制端的晶體管(V5)構(gòu)成的輸出控制電路。當輸出電流大于某一設定值時，晶體管(V3)導通，運算放大器(IC4)翻轉(zhuǎn)，并使另一晶體管(V4)導通，反相器(IC9)向單片機(IC10)輸出高電平，單片機(IC10)檢測到此信號，通過它的一個I/O口(腳2)送出高電平，使與可調(diào)穩(wěn)壓集成電路(IC6)控制端相接的晶體管(V5)導通，可調(diào)穩(wěn)壓集成電路(IC6)的輸出截止，防止電流過大對通訊接口裝置的破壞。
本實用新型所提供的基于兩總線的火災報警控制器與探測器的通訊接口裝置采取了如下技術(shù)措施(1)、在單片機的控制下，火災報警控制器通過總線正極發(fā)送數(shù)據(jù)時，探測器不返回信號，而火災報警控制器不發(fā)送數(shù)據(jù)時，探測器通過總線返回電流，可使報警器和探測器通過總線實現(xiàn)雙向通訊；(2)、采用輸出信號濾波技術(shù)，防止高頻信號在長線末端的振蕩；(3)、采用取樣/保持電路，對靜態(tài)電流進行跟蹤；(4)、采用減法運算電路，將返回的有效脈沖電流從其它脈沖信號中分離出來。
本實用新型由于采取了以上技術(shù)措施，有效地解決了兩總線傳輸中的信號發(fā)送、長線末端總線信號的畸變問題及大負載條件下對有效脈沖的提取。本通訊接口裝置適合于火災報警控制器和各種探測器(如開關(guān)量探測器、模擬量探測器、防盜探測器……)的連接，在長線(長線可達1500米)、大負載、強干擾下均能可靠的工作。


圖1、本實用新型的電路原理圖；圖2、本實用新型的電路原理圖中A-F各點的波形圖；圖3、本實用新型所采用的軟件流程圖。
以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作詳盡的說明。
本實用新型按照圖1所示電路安裝即可，其中IC10采用MCSZ51系列單片機，它是高性能的單片機，其第1-6腳均為標準輸入/輸出口，其中第5、6腳是高速輸入/輸出口。能發(fā)出精度極高的脈沖，也能精確的測量脈沖寬度，單片機IC10通過第5腳發(fā)出編碼信號，經(jīng)運算放大器IC5放大(運算放大器選用LM324型)，然后通過可調(diào)穩(wěn)壓集成電路IC6(選用LM317型)把編碼信號調(diào)制到總線上并送往探頭，濾波電容C4可濾掉發(fā)出矩形波形中的高頻成分，減少了高頻成分在傳輸過程中的振蕩現(xiàn)象，通過濾波處理，使總線末端的信號質(zhì)量大大提高，總線長度可達1500米。
通訊接口裝置的短路檢測與輸出控制電路中，R8是一取樣電阻，當電流大于某一設定值時，晶體管V3(采用A1015型)導通，使運算放大器IC4(采用LM324型)翻轉(zhuǎn)，晶體管V4(采用C1008型)導通，使反相器IC9(采用74HC04型)輸出高電平、并送至單片機IC10，單片機IC10檢測到此信號時，及時通過第二腳送出高電平，使接在可調(diào)穩(wěn)壓集成電路IC6控制端上的晶體管V5(采用C1008型)導通，可調(diào)穩(wěn)壓集成電路IC6的輸出截止，以防止過流對通訊接口裝置的損壞。
加在總線上的共模電感L1，其兩個繞組方向相反，對于正常的信號，兩個繞組上的磁通正好抵消，沒有衰減，對共模干擾有較強的抑制作用。
由電阻R1、突波器V1(采用SA05A型)、跟隨器IC1(采用LM324型)組成的對返回信號預處理電路，其中R1是取樣電阻，探測器返回的脈沖電流在此電阻上形成一個脈沖電壓，其波形如圖2所示，因每個探頭有靜態(tài)電流，因此，返回電流波形是疊加在一直流電平上的脈沖信號，同時，脈沖調(diào)制器中可調(diào)穩(wěn)壓集成電路IC6輸出端A點中的地址、數(shù)據(jù)脈沖信號也會產(chǎn)生脈沖信號，其幅度一般大于正常返回信號。突波器V1可吸收瞬態(tài)的干擾，防止對跟隨器的沖擊，跟隨器IC1對返回波形進行緩沖。
單片機IC10在t1時刻發(fā)出采樣脈沖，采樣/保持電路中的模擬開關(guān)S1(采用MAX351型)導通，電容C2上的電壓與總線上的靜態(tài)電壓保持一致，在單片機IC10的控制下采樣脈沖停止后，模擬開關(guān)S1關(guān)斷，運算放大器IC2(采用LM324型)的輸出將與電容C2上的電壓一致。在t1時刻，同時把接在減法運算電路上的模擬開關(guān)S2(采用MAX351型)切換到運算放大器IC2的輸出上，此時運算放大器IC3(采用LM324型)的輸出與運算放大器IC2的輸出保持一致(約為1V)。當單片機IC10在t2時刻發(fā)送地址和數(shù)據(jù)完畢后，延時約0.5毫秒，其作用在于去除地址信號產(chǎn)生的振蕩信號。在t3時刻把模擬開關(guān)S2切換到返回信號預處理電路中跟隨器IC1的輸出端，即切換到返回脈沖上，運算放大器IC3的輸出將如圖2E點所示，這樣，就消除了地址信號產(chǎn)生的干擾。同時，靜態(tài)電壓受到抑制，輸出為1V左右，通過信號處理電路中穩(wěn)壓二極管V2(采用IN754型)的限幅可消除靜態(tài)電壓的影響。返回脈沖信號經(jīng)運算放大器IC7(采用LM324型)整形、然后通過由電阻R23與電容C5組成的濾波器，可消除返回波形中的毛刺，提高抗干擾能力。晶體管V6(采用C1008型)為電平轉(zhuǎn)換電路，把10V的信號轉(zhuǎn)換為5V，信號經(jīng)反相器IC3(采用74HC04型)隔離后，送入單片機IC10的第6腳(高速輸入/輸出口)，完成對返回脈沖寬度的測量，確定探測器所處的狀態(tài)
權(quán)利要求1.一種基于兩總線的火災報警控制器與探測器間的通訊接口裝置，該裝置上有單片機和信號處理電路，其特征在于，該通訊接口裝置上還有1)、由運算放大器(IC5)及其外圍電阻(R16、R17、R18、R19、)構(gòu)成的放大電路和可調(diào)穩(wěn)壓集成電路(IC6)組成的脈沖調(diào)制器，其中運算放大器(IC5)的輸入電阻(R18)與單片機(IC10)的I/O口之一(腳5)相接，其輸出電阻(R16)接可調(diào)穩(wěn)壓集成電路(IC6)的控制端，在可調(diào)穩(wěn)壓集成電路(IC6)的控制端與電源輸入端間接有電容(C4)，在其控制端與輸出端間接有電阻(R7)，單片機向脈沖調(diào)制器發(fā)送編碼信號，并通過可調(diào)穩(wěn)壓集成電路(IC6)將脈沖信號調(diào)制到總線上；2)、由模擬開關(guān)(S1)、電容(C2)和跟隨器(IC2)組成的取樣/保持電路，模擬開關(guān)(S1)接于跟隨器(IC2)的輸入端上，其通斷由單片機(IC10)控制；3)、由模擬開關(guān)(S2)、輸入電阻(R4、R5)、反饋電阻(R6)及電容(C3)組成減法運算電路，模擬開關(guān)(S2)的一端與減法運算電路中—輸入電阻(R5)相接，其兩信號端分別與模擬開關(guān)(S1)、取樣/保持電路的輸出端相接，減法運算電路的輸出信號經(jīng)信號處理電路處理后送單片機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通訊接口裝置，其特征在于，所述的信號處理電路由穩(wěn)壓二極管(V2)、運算放大器(IC7)及外圍電阻(R21、R22、R28)組成的放大電路、電阻(R23)與電容(C5)組成的濾波電路和由晶體管(V6)與基極電阻(R24)、集電極電阻(R25)及接在集電極輸出端上的反相器(IC9)組成的電平轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通訊接口裝置，其特征在于，該裝置上還設有短路檢測、輸出控制電路，由晶體管(V3)、電阻(R8)、運算放大器(IC4)、電阻(R9、R10、R13、R14)構(gòu)成短路檢測電路，由晶體管(V4)、其基極電阻(R11)、集電極電阻(R12)、接于其集電極輸出端的反相器(IC9)和接在脈沖調(diào)制器可調(diào)穩(wěn)壓集成電路(IC6)控制端的晶體管(V5)組成輸出控制電路，其中，電阻(R8)接于晶體管(V3)的基極、發(fā)射極間，并與可調(diào)穩(wěn)壓電路(IC6)的輸出端相接，反相器(IC9)的輸出端與單片機(IC10)的I/O口之二(腳1)相接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通訊接口裝置，其特征在于，該裝置上還有由電阻(R1)、突波器(V1)、和跟隨器(IC1)組成的返回信號處理電路，該電路中跟隨器(IC1)的輸出端與組成取樣/保持電路的模擬開關(guān)(S1)和組成減法運算電路的模擬開關(guān)(S2)相接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通訊接口裝置，其特征在于，該裝置的總線上還加有共模電感(L1)。
專利摘要本實用新型提供一種基于兩總線的火災報警控制器與探測器的通訊接口裝置,由單片機、脈沖調(diào)制器、取樣/保持電路、減法運算電路及信號處理電路等組成。單片機將待發(fā)送的地址、數(shù)據(jù)信號進行編碼,經(jīng)脈沖調(diào)制器把這些信號調(diào)制到電源上送往探測器,檢測總線短路狀態(tài),把返回信號從其他信號中分離出,進行去除直流、放大、整形、濾波等處理,送單片機檢測。本通訊接口裝置可在大負載、長線、強磁干擾下可靠地工作。
文檔編號G08B25/00GK2420697SQ0021460
公開日2001年2月21日 申請日期2000年5月1日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月1日
發(fā)明者馮勇, 孫立新, 孫俊嶺, 葛曉輝 申請人:蚌埠依愛消防電子有限責任公司