РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОНИКИ

Контроллер шлейфов и датчиков охранной (пожарной) сигнализации

Современная разработка электроники для удаленных модулей охранно-пожарной системы позволила добиться наилучших показателей надежности и отличной помехозащищенности электронной системы в целом. По вашему техническому заданию в нашей компании может быть разработана любая электроника и выполнено последующее производство электронного оборудования на заказ, с качественной поддержкой проекта разработчиком. Все работы выполняются в разумные сроки по оптимальным ценам, возможный вариант разработки устройств всегда выбирается с учетом пожеланий заказчика. Предлагаемое вашему вниманию электронное устройство было разработано для создания комплексной охранной системы сигнализации с использованием промышленной шины CAN, применяемой для обмена данными между всеми устройствами в системе. Система состоит из следующих устройств: концентратор и устройства управления силовым оборудованием, а также контроллеры шлейфов и датчиков. Применение шины CAN позволило обеспечить надежность в работе и наилучшую помехозащищенность системы. Промышленная шина CAN, в настоящее время находящая все более широкое применение в управлении автомобильными приборами, исключает сбои в пакетах данных, получаемых от различных устройств в промышленных условиях, осложненных помехами от силового оборудования и силовых кабелей.

 

Модуль шлейфов и датчиков (контроллер шлейфов) позволяет контролировать несколько шлейфов (с герконами) и другие датчики: цифровой датчик температуры, датчик относительной влажности воздуха, датчик дыма (задымления), пожарный датчик, оптический датчик открытия корпуса. Модуль позволяет воспроизводить звуковые сигналы, измерять аналоговое напряжение, определять ключи Dallas iButton и автоматически управлять магнитом или замком открывания двери.

 

Система сигнализации состоит из следующих модулей:

1. Концентратор;
2. Модуль датчиков (контроллер датчиков и шлейфов);
3. Модуль управления;
4. Усилитель (репитер CAN).

 

Принципиальная схема модуля "Контроллер шлейфов и датчиков охранной сигнализации"

 

 

Разработка электроники выполнена с применением (в качестве управляющего) микроконтроллера Atmel AVR 8-bit AT90CAN32. Выбор обусловлен наличием встроенного аппаратного интерфейса CAN. Для питания модуля использован преобразователь напряжения MAX5035BASA ввиду его высокой экономичности и надежности. Трансивер CAN - MCP2551 от Microchip обеспечивает формирование и чтение логических уровней на шине CAN. В качестве источников стабильного тока для питания датчиков дыма применены стабилизаторы напряжения LM317LBD в соответствующем включении. Преобразователь питания 5В/12В для датчиков дыма собран на уникальной в своем роде микросхеме LM2703MF, которая по достоинству оценена многими разработчиками и весьма распространена в настоящее время. Другие компоненты: звуковой излучатель HC0905A, газовый разрядник EC90X.

 

 

Модуль шлейфов и датчиков состоит из двух отдельных печатных плат, собираемых на латунных стойках и соединяющихся стандартным межплатным разъемом. Такое решение при разработке электронного устройства позволило более полно использовать внутренне пространство корпуса, и, как следствие, дало возможность применить стандартный корпус GAINTA с меньшими габаритами и стоимостью. На фото показаны платы модуля, соединенные только разъемом, без стоек.

 

 

Основная печатная плата модуля шлейфов и датчиков, размещенная в герметичном корпусе, содержит все основные схемные компоненты за исключением разъемов и клеммников для внешних кабелей, а также она не имеет преобразователя питания на 12В для внешних датчиков, требующих для своей работы указанного питающего напряжения.

 

 

Верхняя печатная плата модуля шлейфов и датчиков с установленными быстрозажимными разъемами для подключения охранных шлейфов и кабелей от датчиков. Для подключения шины CAN предусмотрены винтовые клеммники. Также на фото виден сигнальный зеленый светодиод (сверху) и оптическая пара - ИК-светодиод и ИК-фототранзистор (снизу). Оптопара используется в качестве оптического датчика открытия корпуса.

 

 

На обратной стороне верхней печатной платы размещается управляемый преобразователь питания для внешних датчиков, требующих питающего напряжения 12В. Компоненты преобразователя питания могут не монтироваться на плату, если не предполагается подключение к модулю каких-либо специальных датчиков или внешних приборов, требующих питания 12В.

 

 

Здесь показаны обе платы модуля шлейфов и датчиков, установленные в герметичный корпус с использованием латунных стоек для печатных плат (диаметр 6мм, резьба 3мм).

 

Всего в модуле имеется 11 каналов, для каждого из которых отдельно задается полная информация, включающая идентификаторы района, объекта, места установки и типа датчика, подключенного к каналу.

 

Модуль датчиков имеет пять конфигурируемых каналов N0-N4, к которым можно подключать различные типы шлейфов или датчиков: зонды ключей iButton (шлейф шунтируется резистором 30кОм для контроля на обрыв линии), цифровые датчики температуры DS18S20 (без шунта), цифровые датчики относительной влажности воздуха HIH-4010 (без шунта), согласующие устройства для измерения напряжения сети переменного тока (без шунта), пожарные датчики ИП114-5-А, шлейфы с нормально замкнутыми герконами, шлейфы с нормально разомкнутыми герконами.

 

Пожарные датчики и оба типа шлейфов с герконами могут быть трех подтипов: без контрольных резисторов, с одним последовательно включенным резистором, а также с одним последовательно включенным резистором и шунтирующими резисторами на каждом герконе. Во всех конфигурациях используются резисторы номиналом 3кОм. Выбор типа датчика и его подтипа производится командами с управляющего компьютера, также как и любые другие настройки системы в целом. Все шлейфы и датчики контролируются на обрыв и короткое замыкание. Модули системы не имеют каких-либо элементов управления – кнопок, переключателей, перемычек и т.п.

 

Модуль датчиков имеет два специальных канала N8-N9, к которым можно подключать датчики дыма ИП212-58 (шлейфы шунтируются резистором 30кОм для контроля на обрыв линии). На каждый такой вход можно подключить до 10 датчиков дыма. В модуле установлен встроенный оптический датчик открытия корпуса, сообщения от которого передаются по отдельному каналу N10. Также в модуле датчиков имеются три канала N5-N7, предназначенных для подключения любых линий от датчиков с выходами типа «сухой контакт», замкнутых в нормальном состоянии. Модуль датчиков оснащен звуковым излучателем, который может настраиваться на автоматическую подачу звуковых сигналов (например, при прикладывании ключа iButton) или управляться командами с компьютера.

 

При разработке электроники в этом устройстве был предусмотрен выход для подключения электромагнитного реле, которое может управляться автоматически (при прикладывании ключа iButton с разрешенным для конкретного модуля кодом) или командами с компьютера.

 

Для контроля состояния системы предусмотрен выход на спаренный двухцветный (встречно-параллельная схема включения) светодиод. Возможно подключение двух отдельных светодиодов. В любом случае каждый светодиод может отдельно управляться либо автоматически, либо командами с компьютера. В случае автоматического управления выбранный светодиод вспыхивает при прикладывании к считывателю ключа iButton. Входы модуля датчиков защищены от воздействия статического электричества. На плате модуля установлен газовый разрядник и резисторы снятия нарастающего статического электричества с протяженных линий связи.

 

Назначение регистров модуля датчиков в области RAM

 

000. Данные ADC канала 0.

 

001. Данные ADC канала 1.

 

002. Данные ADC канала 2.

 

003. Данные ADC канала 3.

 

004. Данные ADC канала 4.

 

005. Данные ADC канала 8.

 

006. Данные ADC канала 9.

 

007. Данные ADC линии питания CAN.

 

008. Напряжение на линии питания CAN.

 

009. Сброс датчика дыма на канале 8. Нормальное состояние – 0, для выполнения сброса требуется записать 1.

 

010. Сброс датчика дыма на канале 9. Нормальное состояние – 0, для выполнения сброса требуется записать 1.

 

011. Управление реле. Выключено – 0, включено – 1. По умолчанию при запуске устройства включается режим 0.

 

012. Режим работы светодиода LED1. Могут быть использованы следующие значения: 0 – светодиод погашен, 1 – светодиод включен постоянно, 2 – светодиод мигает (пауза 1,5 сек., вспышка 0,5 сек.), 3 – светодиод мигает (пауза 0,5 сек., вспышка 0,5 сек.), 4 – однократная вспышка светодиода длительностью 0,5 сек (по окончании автоматически выбирается режим 0 – светодиод погашен). По умолчанию при запуске устройства включается режим 0.

 

013. Режим работы светодиода LED2. Управление аналогично управлению светодиодом 1. По умолчанию при запуске устройства включается режим 0.

 

014. Управление звуком. Указывается длительность звука в ms x 10. Для вывода звука длительностью 200ms следует записать значение 20. Вывод звука не ограничивает работоспособности устройства.

 

015. Управление внутрисистемным светодиодом. 0 – светодиод погашен, 1 – светодиод включен постоянно, 2 – светодиод мигает (пауза 1 сек., вспышка 1 сек.). По умолчанию при запуске устройства включается режим 2.

 

016. Признак отсутствия перезапуска устройства. При запуске устройства сбрасывается 0. Признак может быть установлен программно в любое требуемое значение.

 

017. Резервная область до регистра 050 включительно.

 

051. Начало области кодов ключей iButton. 75 ключей по 6 байт каждый, всего 450 регистров, последний используемый регистр – 499.

Назначение регистров модуля датчиков в области EEPROM

 

500. Собственный адрес устройства (по умолчанию 255).

 

501. Режим работы устройства: 1 – модуль датчиков, 0 – модуль управления. Для этого регистра используется только чтение.

 

502. Номер версии программного обеспечения (старший байт). Для этого регистра используется только чтение.

 

503. Номер версии программного обеспечения (младший байт). Для этого регистра используется только чтение.

 

504. Конфигурация резисторов и количество датчиков на шлейфе канала N0. Значение десятков в этом числе определяет конфигурацию резисторов: 0 – без резисторов, 1 – с одним последовательным резистором, 2 - с одним последовательным резистором и шунтирующими резисторами на каждом датчике. Значение единиц в этом числе определяет количество датчиков на шлейфе. Например, число 24 означает, что выбрана конфигурация номер 2 (с одним последовательным резистором и шунтирующими резисторами на каждом датчике) при четырех подключенных датчиках.

 

505. Конфигурация резисторов и количество датчиков на шлейфе канала N1. Аналогично регистру 504 для конфигурирования канала N0.

 

506. Конфигурация резисторов и количество датчиков на шлейфе канала N2. Аналогично регистру 504 для конфигурирования канала N0.

 

507. Конфигурация резисторов и количество датчиков на шлейфе канала N3. Аналогично регистру 504 для конфигурирования канала N0.

 

508. Конфигурация резисторов и количество датчиков на шлейфе канала N4. Аналогично регистру 504 для конфигурирования канала N0.

 

509. Автоматический сброс датчиков дыма канала N8.

 

510. Автоматический сброс датчиков дыма канала N9.

 

511. Автоматическая подача звуковых сигналов.

 

512. Автоматическое управление реле (ключом iButton).

 

513. Автоматическое управление светодиодом 1 (ключом iButton).

 

514. Автоматическое управление светодиодом 2 (ключом iButton).

 

515. Увеличение всех периодов отправки сообщений в N раз. Значения 0 и 1 не увеличивают периоды отправки. Значение 2 - увеличивает все периоды в 2 раза, значение 3 - увеличивает все периоды в 3 раза и так далее.

 

516. Включение дополнительного преобразователя напряжения на 12В для питания внешних подключаемых датчиков (1 – вкл., 0 – выкл.).

 

551. Начало области идентификаторов и выбора типов датчиков каналов. Всего 11 каналов по 9 байт каждый, итого 99 байт, последний используемый регистр - 649. Назначение информации для каждого канала: район – 2 байта, объект – 2 байта, место – 4 байта, тип датчика – 1 байт.

 

650. Начало области кодов ключей iButton. 25 ключей по 6 байт каждый, всего 150 регистров, последний используемый регистр – 799.

 

800. Начало области значений периодов отправки сообщений по типам (периоды отправки определяются отдельно для каждого канала). Всего 11 каналов по 12 типов сообщений, итого 132 регистра, последний используемый регистр – 931. Записываются значения отправки в секундах. Максимальное значение 255 секунд. Множитель в регистре N515 позволяет увеличивать периоды отправки сообщений до 255 раз. Таким образом, максимальное значение периодов отправки может быть увеличено до 65025 секунд, что составляет более 18 часов.

 

Выбор типа датчика

 

0 – Датчик отсутствует, сообщения от соответствующего канала не передаются (канал выключен).

 

1 – Датчики (герконы) с нормально замкнутыми контактами. Шлейфы могут контролироваться на обрыв и короткое замыкание, если выбрана конфигурация номер 2 (с одним последовательным резистором и шунтирующими резисторами на каждом датчике). Шлейфы могут контролироваться только на короткое замыкание, если выбрана конфигурация номер 1 (с одним последовательным резистором). Шлейфы не контролируются на обрыв и короткое замыкание, если выбрана конфигурация номер 0 (без резисторов). Датчики могут принимать нормальное состояние и состояние срабатывания. Выдаются сообщения: 1 – нормальное состояние, 2 – срабатывание, 3 – короткое замыкание, 4 – обрыв линии.

 

2 – Датчик дыма. Шлейф контролируется на обрыв и короткое замыкание. Выдаются сообщения: 1 – нормальное состояние, 2 – срабатывание, 3 – короткое замыкание, 4 – обрыв линии. Требует установки шунтирующего резистора сопротивлением 30кОм. После срабатывания датчика и передачи соответствующего сообщения, датчик в течение 3-секунд автоматически сбрасывается в исходное состояние, соответствующее норме, путем прерывания подачи питания на датчик, если в регистрах настройки установлено разрешение на автоматический сброс. В ином случае сброс датчика в исходное состояние выполняется записью команды в соответствующий регистр управления.

 

3 – Ключ iButton. Шлейф контролируется на обрыв. Выдаются сообщения: 1 – нормальное состояние, 7 – код ключа, 3 – короткое замыкание, 4 – обрыв линии. В случае распознавания и передачи кода ключа поле данных сообщения будет содержать 6 байт кода, считанного с ключа. В соответствии с настройками возможно автоматическое управление светодиодами и выводом звука. Если код ключа совпадает с одним из кодов ключей, записанных в память модуля датчиков в области EEPROM (25 ключей) или RAM (75 ключей), то в соответствии с настройками возможно автоматическое управление реле.

 

4 – Датчик температуры Dallas DS18S20. Шлейф контролируется на обрыв и короткое замыкание. Выдаются сообщения: 5 – температура, 3 – короткое замыкание, 4 – обрыв линии. Не требует установки шунтирующего резистора. В случае передачи температуры поле данных сообщения будет содержать 2 байта кода (остальные 4 байта всегда будут равны 0). Первый байт определяет знак температуры: 0 – выше нуля, 1 – ниже нуля. Второй байт содержит значение температуры в градусах Цельсия.

 

5 – Датчик влажности Honeywell HIH-4010. Шлейф контролируется на обрыв и короткое замыкание. Выдаются сообщения: 6 – влажность, 3 – короткое замыкание, 4 – обрыв линии. Не требует установки шунтирующего резистора. В случае передачи сообщения о влажности поле данных будет содержать 1 байт кода – значение относительной влажности воздуха. Остальные 5 байт в поле данных всегда будут равны 0.

 

6 – Переменное напряжение (измеряется через подключаемый к соответствующему входу адаптер с гальванической развязкой). Шлейф контролируется на короткое замыкание. Выдаются сообщения: 1 – нормальное состояние, 3 – короткое замыкание, 4 – обрыв линии, 8 – напряжение на линии. Не требуется установка дополнительного шунтирующего резистора (он установлен на плате согласующего устройства). В случае передачи сообщения «напряжение на линии» поле данных будет содержать 1 байт кода – значение переменного напряжения на входе адаптера, деленное на 10. То есть, при напряжении 220В будет передаваться 022, при напряжении 430В передается 043. Остальные 5 байт в поле данных всегда будут равны 0.

 

7 – Пожарный датчик. Работает и контролируется аналогично шлейфу типа 1 (датчики с нормально замкнутыми контактами). Для этого типа датчиков также требуется выбирать конфигурацию подключенных контрольных резисторов и определять количество датчиков.

 

8 - Датчики (герконы) с нормально разомкнутыми контактами. Шлейфы могут контролироваться на обрыв и короткое замыкание, если выбрана конфигурация номер 2 (с одним последовательным резистором и шунтирующими резисторами на каждом датчике). Шлейфы могут контролироваться только на короткое замыкание, если выбрана конфигурация номер 1 (с одним последовательным резистором). Шлейфы не контролируются на обрыв и короткое замыкание, если выбрана конфигурация номер 0 (без резисторов). Датчики могут принимать нормальное состояние и состояние срабатывания. Выдаются сообщения: 1 – нормальное состояние, 2 – срабатывание, 3 – короткое замыкание, 4 – обрыв линии.

 

9 – Оптический датчик открытия корпуса (только для канала 10).

 

Типы сообщений модулей датчиков:

 

1. Нормальное состояние;

2. Срабатывание датчика;

3. Короткое замыкание шлейфа;

4. Обрыв линии шлейфа;

5. Температура;

6. Относительная влажность воздуха;

7. Код ключа iButton;

8. Напряжение на линии;

9. Включено;

10. Выключено;

11. Ток в линии.

 

Удаленное обновление программного обеспечения модулей

 

На всех используемых в системе модулях установлены специальные программы-загрузчики, позволяющие удаленно обновлять рабочую программу любого модуля, не нарушая работу системы в целом. Обновление программы происходит по стандартному протоколу X-modem с контролем и коррекцией ошибок, а также с проверкой правильности записи программы в памяти микроконтроллера.

 

Более полная информация о системе: инструкция и техническое описание охранной сигнализации.

 

Проект N40. Разработку электроники для модулей охранной сигнализации выполнил Александр Петрович Протопопов, г. Москва, сайт разработчика: https://razrabotka.pro.