基于RS-485的智能漏電火災(zāi)報(bào)警器的設(shè)計(jì)
智能漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)除了有過壓、缺相 、短路、漏電、過載等保護(hù)功能以外, 還具有可通信功能。 本文設(shè)計(jì)的智能漏電火災(zāi)報(bào)警器系統(tǒng)是通過 RS -485總線向上位機(jī)發(fā)送現(xiàn)場(chǎng)的各種運(yùn)行參數(shù)和工作狀態(tài), 同時(shí)接受上位機(jī)下傳的數(shù)據(jù)和命令, 即具有遙測(cè)、遙信、遙控、遙調(diào)“四遙” 功能; 具有與電腦通訊的功能,可實(shí)現(xiàn)與用戶聯(lián)網(wǎng), 在 1 臺(tái)電腦上能對(duì) 1 ～ 250 臺(tái)漏電火災(zāi)報(bào)警器實(shí)現(xiàn)在線遠(yuǎn)程監(jiān)控,隨時(shí)可檢查各用戶安全用電情況、隨時(shí)可接通或分?jǐn)喔饔脩艄╇娋€路。
1、 RS - 485 通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造
RS-485 網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有星型、鏈型和混合型三種[ 3] , 本系統(tǒng)采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 網(wǎng)絡(luò)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖 1 所示。RS-485通信網(wǎng)絡(luò)采用主從型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu), 網(wǎng)絡(luò)主控計(jì)算機(jī)控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行并發(fā)送命令和數(shù)據(jù), 從機(jī)接受命令和數(shù)據(jù)并響應(yīng)。 網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議參照 ISO 的 OSI協(xié)議層次模型, 采用簡(jiǎn)化的 3 層結(jié)構(gòu): 物理層、鏈路層和應(yīng)用層[ 3 -4] 。 RS -485 通信網(wǎng)絡(luò)上每個(gè)數(shù)控設(shè)備的地址已經(jīng)由與其相連的“ 地址/收發(fā)器” 模塊設(shè)定, 從而在軟件協(xié)議中可以不必對(duì)硬件地址進(jìn)行定義和說明。使用“ 地址/ 收發(fā)器” 模塊構(gòu)建的 RS -485網(wǎng)絡(luò)采用了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的完全獨(dú)立隔離、共地隔離和光電隔離等措施,各節(jié)點(diǎn)并行連接, 模塊與模塊、模塊與網(wǎng)絡(luò)之間相互獨(dú)立, 極大地提高了系統(tǒng)的可靠性、安全性,能有效地保護(hù)計(jì)算機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的安全。
基于RS-485智能漏電火災(zāi)報(bào)警器系統(tǒng)組成
2 、系統(tǒng)硬件構(gòu)成
2.1 主 機(jī)
主機(jī)采用 PC/ 104/ 386SX, 帶有鍵盤接口和 LCD 顯示器接口, 用于現(xiàn)場(chǎng)的參數(shù)設(shè)置和系統(tǒng)調(diào)試。 其 RS232接口通過調(diào)制解調(diào)器與主站通訊。COM 2 口配置成 RS -485 總線接口, 用于與各從機(jī)通訊。
2.2 單片機(jī)與 PC 機(jī)通信電路
由于單片機(jī)輸出為 TTL 電平, 而 PC 機(jī)為 RS232 電平, 因此使用 RS -485 實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和 PC 機(jī)通信需要經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換電路,轉(zhuǎn)換原理如圖 2 所示。
單片機(jī)與 PC 機(jī) RS-485 遠(yuǎn)距離通信方框圖
2.3 從站硬件設(shè)計(jì)
從機(jī)主要包括電量采集、漏電檢測(cè)、溫度檢測(cè)、語(yǔ)音報(bào)警、電話報(bào)警、時(shí)鐘及顯示等模塊。 通過單片機(jī)對(duì)三相電流、電壓及漏電信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣,當(dāng)出現(xiàn)過流、短路、斷相、漏電、過壓、欠壓等狀態(tài)時(shí), 延時(shí)時(shí)間到, 發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警和電話報(bào)警信號(hào), 脫扣器動(dòng)作, 并將現(xiàn)場(chǎng)信息傳送至上位機(jī)。溫度檢測(cè)模塊是通過溫度傳感器檢測(cè)火災(zāi)信號(hào), 并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 顯示模塊在正常工作時(shí)實(shí)時(shí)顯示三相電壓值, 漏電電流值以及現(xiàn)場(chǎng)時(shí)間。當(dāng)有故障發(fā)生時(shí)顯示相應(yīng)的故障狀態(tài)及故障時(shí)間。 從機(jī)硬件框圖如圖 3 所示。
3 軟件設(shè)計(jì)
3.1 主機(jī)程序設(shè)計(jì)
主機(jī)采用 PC/ 104, 其軟件在 DOS 環(huán)境下, 用 C 語(yǔ)言編寫, 主程序框圖如圖 4 所示。
3.2 從機(jī)串口通信程序
RS-485 是在 RS -422A 的基礎(chǔ)上修改而成的面向網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)控制的 1 種接口標(biāo)準(zhǔn), 采用平衡發(fā)送接收方式, 傳輸距離長(zhǎng), 抗干擾能力強(qiáng),并且 1 條傳輸線上可以接多個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器。 智能漏電火災(zāi)報(bào)警器與上位機(jī)的通訊采用規(guī)定的協(xié)議, 協(xié)議中所有字符及數(shù)字為 ASCII 碼格式。協(xié)議中除用到常規(guī)的字母、數(shù)字等圖形字符外還用到一些傳輸控制字符, 這些傳輸控制字符用于規(guī)定信息傳輸?shù)母袷揭约巴ㄐ烹p方的握手信息。 串行通訊程序?qū)崿F(xiàn)流程如圖 5所示。 本系統(tǒng)采用異步串行通訊方式, 傳輸速率 2 400 波特, 采用傳輸格式為 7 位數(shù)據(jù)位, 1 位奇偶校驗(yàn)位, 1 位停止位。 傳輸長(zhǎng)度 10 m。獲得每一數(shù)據(jù), 系統(tǒng)均要進(jìn)行奇偶校驗(yàn)、半加和校驗(yàn)和 ASCII 碼值校驗(yàn), 并對(duì)錯(cuò)誤進(jìn)行相應(yīng)處理。
3.3 上位機(jī)通信界面
上位機(jī)的通信程序, 直接采用 VC ++6. 0 編寫。 本文選用 VC6. 0 的 MSComm控件實(shí)現(xiàn)主控機(jī)和單片機(jī)之間的通信。通信之前必須設(shè)定通信協(xié)議, 然后對(duì) MSComm 控件進(jìn)行初始化, 再將數(shù)據(jù)通過串行口發(fā)送出去。
智能漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)能準(zhǔn)確監(jiān)控電氣線路的故障和異常狀態(tài), 能發(fā)現(xiàn)電氣火災(zāi)的火災(zāi)隱患, 及時(shí)報(bào)警提醒人員去消除這些隱患, 減少電氣火災(zāi)的發(fā)生。本智能漏電火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)由設(shè)置在消防控制室的監(jiān)控主機(jī), 通過 RS-485 總線連接分布于各現(xiàn)場(chǎng)的防火漏電電流動(dòng)作報(bào)警器構(gòu)成,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、功能較強(qiáng)、維護(hù)方便, 因此具有廣闊的市場(chǎng)前景。