Для охоронно-пожежної сигналізації характерні адресні лінії зв'язку, в яких застосовуються нестандартні рівні напруг. Тому в таких системах необхідно застосовувати нестандартні мікроконтролери, а програмовані аналогові мікросхеми - наприклад, вироби сімейства PIXI виробництва Maxim Integrated, такі як MAX11300, MAX11301, MAX11311 і MAX11312.
Охоронно-пожежні сигналізації забезпечують безпеку підприємств і житлових об'єктів. Як правило, обладнання таких систем виконує кілька завдань:
- захист від зломів і проникнень;
- виявлення займань і первинних ознак пожежі;
- оповіщення відповідальних осіб про стан контрольованого об'єкта.
Термін «охоронно-пожежна сигналізація» (ОПС) найчастіше використовується як збірне поняття, хоча за складом обладнання, вимогам до монтажу, проектування, ці системи дуже часто різняться, і має велике значення.
По суті, призначенням як охоронної, так і пожежної системи сигналізації є виявлення тривожної події - загоряння, несанкціонованого проникнення в приміщення, що охороняються. Крім основної, дані системи можу виконувати і ряд допоміжних функцій, наприклад, вимірювати температуру повітря в приміщеннях, виявляти протікання.
Можлива структурна схема ОПС представлена на малюнку 1. Крім наведених на малюнку блоків, в реальній системі можуть бути присутніми блоки для зв'язку по каналу GSM, різні мережеві інтерфейси, джерела безперебійного живлення.
Мал. 1. Структурна схема ОПС
Автоматична пожежна сигналізація за способом контролю шлейфів підрозділяється на такі типи як [1]:
- порогова;
- адресно-опитувальна;
- адресно-аналогова.
У порогових сигнализациях пристрою заздалегідь задається гранична температура. При підвищенні встановленого параметра сигнал посилається на панель управління. Такі системи - найпростіші і, відповідно, бюджетні.
У адресних системах ОПС обов'язково є приймально-контрольний прилад, який із заданою періодичністю виробляє опитування датчиків. У прилад закладені алгоритми перевірки справності та налаштування датчиків для зниження числа помилкових спрацьовувань через природне зміни умов навколишнього середовища, наприклад, температури всередині приміщення або додаткової засвічення штучним або природним освітленням.
Адресні системи ОПС - досить складні пристрої, і відповідно - недешеві. Секономть кошти можна при монтажі адресних ліній зв'язку, вартість якого однозначно нижче вартості монтажу ліній систем неадресного дії, оскільки для з'єднання всіх датчиків вистачає однієї лінії.
Для великих об'єктів охоронна сигналізація, побудована по адресному принципом, надзвичайно зручна. Визначається це кількома чинниками:
- значним зменшенням обсягу робіт з прокладання з'єднувальних ліній;
- можливістю локалізувати стан системи з точністю до одного датчика;
- легкістю подальшого масштабування;
- можливістю оперативної зміни конфігурації.
Можливість масштабування з мінімальними витратами - дуже затребувана особливість адресних систем. В життєвому циклі ОПС досить часто може виникати необхідність в установці додаткових датчиків. Додавання датчика в адресному системі зводиться до монтажу безпосередньо датчика, підключення його до існуючої адресної лінії і внесення змін в параметри або в поточну конфігурацію системи сигналізації.
Основною вимогою до обладнання ОПС цілком логічно є надійність функціонування в режимі 24/7. Ця вимога на практиці забезпечується застосуванням сучасних електронних компонентів і матеріалів, відпрацьованими алгоритмами роботи, ретельно розробленим і відтестувати програмним забезпеченням. В даному випадку вельми істотною підмогою є застосування реконфігурованих компонентів, які дозволяють вносити зміни в роботу систем без перепроектування апаратної частини, а також мінімізувати кількість використовуваних компонентів за рахунок застосування універсальних засобів обробки змішаних сигналів, до яких цілком можна віднести програмовані аналогові мікросхеми сімейства PIXI.
До допоміжних вимогам можна віднести:
- простоту використання (експлуатації);
- зручність користування і візуалізації;
- низьке енергоспоживання;
- відповідність діючим протипожежним нормам для систем пожежної сигналізації;
- естетичний зовнішній вигляд обладнання.
На сучасному ринку представлено чимало сучасних контролерів систем ОПС. Прикладами можуть служити контролери, представлені на малюнку 2.
Мал. 2. Зовнішній вигляд сучасного обладнання ОПС
На практиці кожен виробник систем ОПС виробляє певний ряд максимально універсальних приладів. Так робиться для того, щоб за допомогою одного ряду покрити максимально широкий спектр об'єктів. Це цілком логічно, але часто призводить до того, що знаходяться об'єкти, при реалізації яких через будь-якої специфічної функції може знадобитися контролер старшої моделі, що використовується на 10% своїх можливостей при вирішенні інших поставлених завдань. З іншого боку, чинником, що обмежує розширення модельного ряду, є витрати на проектування і підтримку нових пристроїв. Скоротити ці витрати можна, замінивши індивідуальну схемотехнику кожного контролера на універсальну, програмно конфігуровані. При цьому в супутньої програмному середовищі розробки можна визначити функціональну схему контролера для конкретного об'єкта і таким чином найбільш повно використовувати доступні ресурси контролера.
Якщо в системі є тільки дискретні входи і виходи, то застосування сучасних мікроконтролерів з деяким апаратним запасом вирішує проблеми з переконфігуруванні під конкретні об'єкти. При цьому повинна бути опрацьована відповідним чином лише схемотехнічна частина пристрою. Однак слід зазначити, що мікроконтролери працюють зі стандартними для логіки фіксованими рівнями напруг, в той час як для роботи з адресними лініями зв'язку можуть знадобитися нестандартні рівні напруг. Це з легкістю може бути вирішено шляхом застосування мікросхем PIXI серії MAX113xx . Будь-дискретний сигнал в будь-якому випадку є напругою або струмом, а значить, може бути виміряний або згенерований за допомогою АЦП і ЦАП. Ось тут і може проявити себе вся гнучкість конфігурації пристроїв PIXI, що дозволяє задати межі діапазону по напрузі дискретних входів в межах 0 ... 10 В (або -5 ... 5 В, або -10 ... 0 В). Зовсім по-іншому йде справа з аналогової периферією. Якщо в мікроконтролерах деяких виробників є можливість змінювати призначення висновків, в тому числі і переносити аналогові функції, то загальна кількість входів АЦП і виходів ЦАП все одно залишається незмінним. Більш того, якщо кількість мультиплексованих входів в сучасних мікроконтролерах майже завжди більш 10 (маються на увазі корпусу з відповідною кількістю висновків), то з ЦАП рідко буває така ж кількість виходів. В даному випадку застосування приладів PIXI виробництва компанії Maxim Integrated з їх двадцятьма можливими висновками АЦП або ЦАП бачиться виправданим. Важливим є і той факт, що розрядність АЦП і ЦАП складає 12 біт.
PIXI це абревіатура від Programmable mIXed sIgnal input / output. Структурна схема цих мікросхем на прикладі MAX11300 показана на малюнку 3. Програмовані мікросхеми PIXI незберігають свою конфігурацію при знятті харчування і повинні конфигурироваться кожен раз при подачі живлення. На практиці це реалізується завантаженням конфігураційних байт за допомогою інтерфейсу SPI (MAX11300). Гнучка, але детермінована архітектура ідеально підходить для пристроїв, що вимагають багатоканальних АЦП і ЦАП, наприклад, для пристроїв промислової автоматики. Мікросхеми PIXI можуть мати до 20 портів несиметричних або 10 диференціальних АЦП. При цьому входи можуть бути налаштовані на один з чотирьох діапазонів номінальної напруги з ряду 0 ... 10 В, -5 ... + 5 В, -10 ... 0 В або 0 ... 2,5 В. Одночасно можуть використовуватися або одно-, або двополярного входи .
Мал. 3. Структурна схема MAX 11300
Максимальна швидкість перетворення може досягати 400 Квиб / с, при цьому загальна швидкість перетворення ділиться між загальною кількістю задіяних входів АЦП. MAX11300 має функцію апаратного усереднення по 2, 4, 8, 16, 32, 64 або 128 отсчетам з метою підвищення стійкості до зашумлення, яка знижує навантаження на ядро мікроконтролера.
Мікросхеми серії PIXI можуть мати до 20 виходів ЦАП або ЦАП з моніторингом АЦП, при цьому виходи можуть бути налаштовані на один з трьох діапазонів напружень з ряду 0 ... 10 В, -5 ... 5 В або -10 ... 0 В. Максимальна частота оновлення ЦАП визначається періодом встановлення вихідної напруги - 40 мкс. Оскільки до 20 портів можуть бути налаштовані як ЦАП, то максимальна частота оновлення складає 1,25 кГц.
Діапазон вхідних / вихідних напруг дискретних входів становить -10 ... 10 В при завданні напруг VAVDDIO і VAVSSIO, рівних, відповідно, 12 і -12 В.
Для роботи з мікросхемами PIXI потрібно завантажити безкоштовне програмне забезпечення MAX11300 Configuration software. Це проста у використанні графічне середовище, яка формує конфігураційний файл для завантаження в PIXI-пристрій. Висновки мікросхем PIXI можуть мати кілька режимів, користувач визначає (конфигурирует) необхідні параметри виведення. При подачі живлення всі висновки PIXI знаходяться в третьому (високоімпедансних) стані. Конфігурація завантажується послідовним потоком даних в регістри PIXI для визначення режиму роботи кожного виведення. Дані конфігурації можна зберігати в окремій мікросхемі пам'яті EEPROM, для цих цілей цілком достатньо двох кілобайт. По завершенні процесу конфігурації мікросхема PIXI готова до роботи. Оскільки технологія PIXI не передбачає збереження конфігурації, кожен раз при зниженні напруги живлення нижче норми і подальшому його відновленні мікросхема повинна бути переконфігурувати.
Для ознайомлення з технологією PIXI можна використовувати найпростішу отладочную плату MAX11300SYS1 [2], зображену на малюнку 4, або більш просунутий оцінний комплект MAX11300EVKIT [3] (малюнок 5).
Мал. 4. Оціночна плата MAX 11300SYS1
Мал. 5. Оціночна плата MAX 11300EVKIT
Плата MAX11300SYS1 має в своєму складі мікросхему MAX11300 з підключеними на штирьовий роз'єм висновками, ланцюгами харчування і роз'ємом програмування. У технічному керівництві [6] можна знайти детальну інформацію по роботі з платою. Для зручності роботи з платою компанія Maxim Integrated випускає USB-адаптер USB2PMB1 для підключення плати до комп'ютера.
Комплект MAX11300EVKIT є повністю завершену плату з усіма схемними вузлами - системою харчування, джерелами опорного напруги, датчиками температури, адаптером USB-SPI і мікросхемою MAX11300 з підключеними до 50-контактного з'єднувача висновками. У комплект також включено ПО Windows XP®-, Windows Vista®-, Windows®7- і Windows 8.0- / 8.1, сумісний з графічним інтерфейсом для вивчення можливостей мікросхеми.
мікросхема MAX11301 відрізняється від MAX11300 лише інтерфейсом - I2C замість SPI у 11300. Мікросхеми MAX11311 і MAX11312 мають по 12 реконфігурованих висновків замість 20.
Одним із застосувань програмованих мікросхем сімейства PIXI може бути вузол сполучення керуючого мікроконтролера і інтерфейсу адресної лінії зв'язку в контролерів ОПС (приймально-контрольних приладах). Варіант функціональної схеми контролера ОПС може виглядати, як показано на малюнку 6.
Мал. 6. Можлива функціональна схема контролера ОПС
За цією схемою основний мікроконтролер здійснює всі сервісні функції, такі як управління дисплеєм, обробка натискання спеціальних кнопок, комунікаційні функції, опитування та обробка даних від адресних ліній зв'язку. Дисплей і клавіатура забезпечують користувальницький інтерфейс для індикації та можливості локальної настройки приладу. Інтерфейс RS-485 дозволяє організувати передачу даних на верхній рівень або створити мережу з аналогічних пристроїв, а USB - здійснити місцеву конфігурацію приладу за допомогою ПК. Ключовим вузлом, що визначає якість функціонування адресної системи, є вузол з'єднання з адресною лінією зв'язку. Протоколи обміну, за якими взаємодіють приймально-контрольний прилад і сповіщувачі, у різних виробників можуть бути різні, але найбільш поширений спосіб реалізації в провідних системах - це коли від контрольного приладу дані передаються маніпуляцією напругою, а від сповіщувачів - маніпуляцією струмом, що протікає по адресній лінії. Тому точні і швидкісні вимірювання, які може забезпечити пристрій PIXI, дуже важливі.
Поряд з основними функціями реалізації зв'язку з адресними пристроями, призначення блоку включає і контроль адресної лінії зв'язку на короткі замикання, перевантаження, контроль справності пристроїв в лінії зв'язку і можливість конфігурації входів АЦП приладів серії PIXI як диференціальних, що дуже підходить для вирішення подібних завдань.
Крім адресних ліній, може існувати необхідність підключення і ліній з неадресними сповіщувачами, які вимагають схемних вузлів іншого типу, які також можуть бути реалізовані за допомогою мікросхем змішаного сигналу серії PIXI. Таким чином отримуємо, що весь інтерфейс адресних ліній і дискретних входів може бути реалізований на одній або, в разі масштабних систем, кількох мікросхемах серії MAX11300. Основний мікроконтролер по шині I2C або SPI буде отримувати вже адаптовану інформацію в цифровому вигляді.
Важливим також є і той факт, що у приладів серії PIXI все висновки є ідентичними, що дозволяє оптимізувати топологію друкованої плати. При цьому потрібно всього лише трохи змінити код конфігурації приладу.
висновок
Ми розглянули спрощену класифікацію систем ОПС і принцип функціонування адресних систем. Сьогодні в країнах СНД проводиться безліч систем, що розрізняються принципами побудови, використовуваної елементної базою, масштабністю і переліком реалізованих функцій. При проектуванні нових пристроїв ОПС має сенс звернути увагу на можливості реконфігурації не тільки дискретних ланцюгів, але і аналогових, що дозволить зробити пристрої найбільш гнучкими і придатними для конкретних завдань. Застосування мікросхем з високим ступенем інтеграції, особливо - аналогових, дозволяє підвищити надійність пристроїв за рахунок зниження кількості використаних компонентів. Зокрема, застосування програмованих аналогових мікросхем PIXI виробництва компанії MAXIM Integrated може сприяти скороченню витрат на проектування і виробництво пристроїв ОПС і підвищенню надійності за рахунок своєї універсальності.
Зниження вартості є важливим завданням, оскільки принцип розумності підказує, що вартість системи захисту повинна бути не більше, ніж можливі збитки. Спрацьовування сигналізації хоч раз окупить витрати на її проектування та встановлення.
література
- www.maximintegrated.com/en/products/analog/data-converters/analog-to-digital-converters/MAX11300SYS1.html.
- www.maximintegrated.com/en/products/analog/data-converters/analog-to-digital-converters/MAX11300EVKIT.html.
- www.td.rubezh.ru.
- www.unitest.ru.
- www.armosystems.ru.
- www.pdfserv.maximintegrated.com/en/an/UG5795.pdf.
Отримання технічної інформації , замовлення зразків , замовлення і доставка .
Про компанію Maxim Integrated
Компанія Maxim Integrated є одним з провідних розробників і виробників широкого спектра аналогових і цифро-аналогових інтегральних систем. Компанія була заснована в 1983 році в США, в місті Саннівейл (Sunnyvale), штат Каліфорнія, інженером Джеком Гіффорд (Jack Gifford) спільно з групою експертів зі створення мікроелектронних компонентів. На даний момент штаб-квартира компанії знаходиться в м Сан-Хосе (San Jose) (США, Каліфорнія), виробничі потужності (7 заводів) і ... читати далі