РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОНИКИ

Концентратор охранной (пожарной) системы сигнализации

Разработка электроники для охранно-пожарных систем с применением промышленной шины CAN (Controller Area Network) для построения сети, связывающей модуль концентратора и многочисленные модули управления, контроллеры шлейфов и датчиков, позволила добиться исключительной стабильности в работе системы. Современная шина CAN, в силу своей надежности и помехозащищенности, давно используемая в управлении оборудованием автомобилей Mercedes, BMW и других производителей, позволяет избавиться от потери и искажения сигнала при передаче данных в промышленных условиях.

 

Концентратор – центральный модуль, используемый для построения сети, к нему подключаются любые другие модули контроля и управления. Разработку любой электроники и производство электронных устройств по вашему техническому заданию в самые оптимальные сроки, по разумным ценам можно заказать в нашей компании.

 

Охранно-пожарная система сигнализации состоит из следующих модулей, описание которых представлено на этом сайте:

1. Концентратор;

2. Модуль датчиков (контроллер датчиков и шлейфов);

3. Модуль управления;

4. Усилитель (репитер CAN).

 

Охранная система подключается к любому управляющему компьютеру посредством интерфейса RS485, RS232 или USB. В последнем случае используется соответствующий преобразователь интерфейса. Система состоит из модулей концентраторов (общим числом не более 127), к каждому из которых подключаются вторичные модули - универсальные контроллеры шлейфов и датчиков (далее модули датчиков) или модули управления (общим числом не более 255).

 

 

На фото представлен дизайн отладочной версии печатной платы концентратора. Разработка электроники предусматривала использование во всех модулях системы только лучших и наиболее надежных комплектующих производства США и Тайвань. Модули системы выполнены в герметичных корпусах, с необходимым числом кабельных вводов.

 

Принципиальная схема концентратора (центрального блока управления) охранно-пожарной системы сигнализации

 

 

Разработка электроники для этого модуля выполнена с применением микроконтроллера Atmel AVR 8-bit AT90CAN128. Выбор обусловлен наличием в нем интегрированного аппаратного интерфейса CAN. В качестве трансивера шины CAN был выбран широко распространенный AMIS-42675. Для питания устройства используется импульсный преобразователь напряжения Maxim MAX5035, обладающий высоким КПД, показатель которого может достигать 96%. Запуск преобразователя происходит при входном напряжении питания 8В, номинальное значение входного напряжения – 24В, максимальное – не более 36В (ограничено защитным диодом SMBJ40A). В устройстве имеются часы реального времени с автономным питанием на микросхеме DS1307ZN+. В качестве приемо-передатчика интерфейса RS-485 использована микросхема Maxim MAX3082ESD. Для организации порта RS-232 применен преобразователь уровней Maxim MAX3221EEAE с расширенными функциями, позволяющий автоматически определять наличие подключения к COM-порту компьютера.

 

Разработка электроники выполнялась с задачей получения низкого тока потребления модулей. Все модули системы достаточно экономно расходуют питание. Например, модули датчиков и модули управления потребляют около 4мА при напряжении питания 24В (в исходном режиме, без учета тока потребления подключаемых датчиков и выходных твердотельных реле). Это позволяет экономить средства, прокладывая кабели меньшего сечения и устанавливая меньшее количество блоков питания с меньшей мощностью. Модули концентраторов потребляют ток 15мА при напряжении питания 24В. Линии питания всех модулей полностью защищены от подключения источника тока в неправильной полярности и от превышения напряжения (включая высоковольтные статические разряды на линию питания). Номинальное напряжение питания всех модулей – 24В постоянного тока. Допустимый рабочий диапазон напряжения питания для всех модулей системы – от 8 до 30В.

 

Концентратор следит за состоянием линии питания подключенных модулей, мгновенно отключая питание при перегрузке линии, и автоматически восстанавливает напряжение питания при устранении перегрузки или короткого замыкания. Обратившись к концентратору, можно просмотреть значения напряжения питания, поступающего на концентратор, и напряжения питания модулей. Также, обратившись к любому подключенному модулю, расположенному на расстоянии до нескольких километров от концентратора, можно проверить, какое напряжение питания поступает на контакты его разъема.

 

Назначение контактов модуля концентратора

 

GND - Общий провод (питание) GND - Общий провод (питание) POWER - Плюсовой провод (питание) 24В POWER - Плюсовой провод (питание) 24В GND - Общий провод интерфейса RS232. RS232-TX - Интерфейс RS485, линия TX (от компьютера). RS232-RX - Интерфейс RS485, линия RX (от компьютера). GND - Общий провод интерфейса CAN от концентратора. Витая пара с линией CAN-PWR. CAN-L - Линия CAN-L интерфейса CAN от концентратора. Витая пара с линией CAN-H. VSPLIT - Средняя точка драйвера CAN. CAN-H - Линия CAN-H интерфейса CAN от концентратора. Витая пара с линией CAN-L. CAN-PWR - Линия CAN-PWR интерфейса CAN от концентратора. Витая пара с линией GND. GND - Общий провод RS485. RS485А - Интерфейс RS485, линия А (на адаптер MOXA). RS485B - Интерфейс RS485, линия В (на адаптер MOXA). VCC - Питание 5В (зарезервировано).

 

Концентратор общается со всеми подключенными модулями, используя аппаратный контроллер интерфейса CAN, интегрированный в управляющий микроконтроллер концентратора, что позволяет исключить любые возможные ошибки при обмене данными, так как при передаче данных автоматически подсчитывается контрольная сумма, и принимаются биты ACK (подтверждение правильности приема) от текущих приемников данных.

 

Обмен данными с концентратором производится по любому (из двух имеющихся) интерфейсов - RS485 или RS232. Оба интерфейса имеют одинаковую функциональность. Если не подключен кабель RS232, то концентратор работает по RS485. Если подключен кабель RS232, то концентратор работает по RS232, игнорируя любые данные, получаемые по RS485. Обмен данными происходит в стандартных кодах ASCII. Байт данных или адрес устройства всегда передаются в виде трех символов, например: 000, 005, 032, 127, 235 и т.п. Поля данных (список которых находится ниже) разделяются пробелами (0x20).

 

Назначение регистров концентратора области RAM

 

000 - текущее время, секунды.

 

001 - текущее время, минуты.

 

002 - текущее время, часы.

 

003 - текущая дата, число.

 

004 - текущая дата, месяц.

 

005 - текущая дата, год.

 

006 - Напряжение питания концентратора (данные ADC).

 

007 - Напряжение питания концентратора (V).

 

008 - Напряжение на линии питания CAN (данные ADC).

 

009 - Напряжение на линии питания CAN (V).

 

010 - Состояние линии питания CAN (1 - включена, 0 - выключена).

 

011 - Разрешение на выдачу сообщений (1 – выдать сообщения из буфера). После завершения выдачи всех накопившихся сообщений автоматически устанавливается в 0. Можно установить в 0 во время выдачи сообщений, тогда текущее сообщение будет выдано до конца, а остальные останутся в буфере концентратора.

 

012 - Режим работы концентратора (1 – опрос устройств разрешен, 0 – опрос устройств запрещен).

 

013 - Качество связи с slave-устройствами, CAN-адрес 001 (начало массива данных).

 

267 - Качество связи с slave-устройствами, CAN-адрес 255 (конец массива данных). Качество связи определяется на основании последних 8-ми сеансов связи. Максимальное значение качества – 8, минимальное – 0.

 

268 - Признак переполнения буфера сообщений. Устанавливается автоматически в случае переполнения буфера. Запись новых сообщений в буфер приостанавливается.

 

269 - Количество пропущенных сообщений из-за переполнения буфера (MSB).

 

270 - Количество пропущенных сообщений из-за переполнения буфера (LSB).

 

При переполнении буфера необходимо считать сообщения (все или некоторую часть) из буфера, при этом вначале будет выдано дополнительное сообщение «MISSED MESSAGE: XXXXX» (где XXXXX – количество пропущенных сообщений). Признак переполнения буфера сообщений и оба байта (MSB, LSB) количества пропущенных сообщений автоматически сбросятся в состояние 0, будет разрешена запись поступающих сообщений от модулей в буфер.

 

Регистры с адресами от 271 до 499 зарезервированы для дальнейшего использования.

 

Назначение регистров концентратора области EEPROM

 

500 - собственный адрес устройства (по умолчанию 127).

 

501 – версия программы (старший байт).

 

502 – версия программы (младший байт).

 

503 - Область флагов разрешения на опрос устройств с адресами от addr1 до addr255 (начало).

 

757 - Область флагов разрешения на опрос устройств с адресами от addr1 до addr255 (конец).

 

758 - Максимальный адрес опрашиваемого slave-устройства.

 

759 - Режим немедленной отправки сообщений, без запроса - предназначен только для тестирования системы. В этом режиме концентратор немедленно отправляет на компьютер сообщения, поступающие от вторичных модулей. Такой режим не может быть использован, если к компьютеру подключено более одного модуля концентратора. В случае обращения к регистрам вторичных устройств, для записи или чтения данных, режим немедленной отправки сообщений должен быть предварительно выключен.<br />Регистры с адресами от 759 до 999 зарезервированы для дальнейшего использования.

 

В любые зарезервированные регистры любой области памяти также возможна запись данных и возможно чтение данных из них.

 

Команды чтения и записи регистров

 

Команда состоит из следующих частей:

 

1: R - чтение регистров, W - запись в регистры, F – обновление программы микроконтроллера.

 

2: Тип устройства: M - (Master) концентратор, S - (Slave) любые вторичные slave-устройства (модули датчиков, модули управления).

 

3: XXX - адрес концентратора в диапазоне от 001 до 127.

 

4: XXX - адрес slave-устройства в диапазоне от 001 до 255 (при обращении к концентратору всегда должен быть равен 000).

 

5: XXX - адрес записываемого или читаемого регистра в диапазоне от 0 до 499 для регистров RAM, от 500 до 999 для регистров EEPROM.

 

6: XXX - данные для записи в диапазоне от 0 до 255, или количество байт для чтения в диапазоне от 0 до 499.

 

7: Признак продолжения последовательной записи в регистры: 1 - запись продолжается, 0 - записан последний байт. Во всех остальных случаях, кроме последовательной записи в регистры, должен быть установлен в 0.

 

В рамках этой статьи я не привожу более полную информацию - статья предназначена только для общего ознакомления с разработкой электроники для охранно-пожарной системы сигнализации. Вашему вниманию представлена пилотная версия проекта, не предназначенная для серийного производства. Разработка устройств (образцов устройств), написание и отладка программы для микроконтроллера выполнялись с целью получения возможности последующего принятия решения о серийном производстве охранно-пожарной системы.

 

Более полная информация о системе: Инструкция, техническое описание охранно-пожарной системы сигнализации.

 

Проект N37. Разработку электроники для охранно-пожарной системы сигнализации выполнил Александр Петрович Протопопов, г. Москва, сайт разработчика: https://razrabotka.pro.