基于智能消防炮的遙測控制系統設計

莫本團

1.背景

智能消防炮是由智能型紅外探測組件、自動掃描射水高空水炮、機械傳動裝置、電磁閥組四大部分組成的一種滅火設備。其中智能型探測組件、自動掃描射水高空水炮和機械傳動裝置為一體化設置，智能消防炮集成了如此多的功能以及保護人身生民財產的使命的特點，致使保證其每時每刻都在正常工作狀態，但是智能消防炮安裝高度在6m～35m之間，在建筑物內云梯、高空作業車都很難進入，有些地方腳手架都很難搭建，如何對消防炮進行日常的檢測維護給人們提出了新的課題。以往發生火災需要人工干預滅火時，操作員需要進入火災現場使用固定于現場的操作器控制消防炮動作進行滅火，這是比較危險的。因此設計出一種能遠程控制及檢測消防炮的裝置確保消防炮能正常工作及操作員的人身安全，顯得十分重要。

2.現有技術主要缺點：

根據現代建筑風格的特點，一個建筑內有多個不連貫的區域，每個區域根據設計要求布置不同數量的消防設施才能滿足消防滅火的需要。目前業內大都采用的是電動葫蘆遙控器的開關量控制消防炮轉動，只能單區域單向控制轉動部分功能，控制數量≤4，并且遠程控制距離小于100米，不能全面的檢測消防炮。

3.本技術優點

綜合相關標準規范及產品特點，本多功能遙測控制裝置需要實現的功能：通過無線發射器面板上的功能按鍵遠距離自動搜索現場布置的接收器的頻道，握手成功后，輸入任意終端設備（消防炮）的地址就可以控制消防炮多個運轉狀態或采集該終端設備消防炮的工作狀態，這可以使用單個裝置解決了多區域，多數量的檢測控制要求。技術參數要求如下：

（1）防護等級：IP65

（2）遙控距離：視距≥500米（SMA天線或彈簧天線）；

（3）雙向數據加密傳輸，安全碼64位；

（4）低功耗設計，工作電源2.1～3VDC（兩節堿性五號電池可正常工作），待機電流<0.5uA；

（5）10個功能按鍵：具備急停按鈕，可通過按鍵設置頻道、地址。；

4.發射器設計

發射器由控制鍵盤、蘑菇頭急停按鈕、無線數傳模塊、低功耗LCD組成。控制鍵盤采用的是3×3的9個按鍵，外加一個獨立的蘑菇頭急停按鈕，當緊急情況時候，可以使用該緊急按鈕處置。無線數據傳輸具備雙向傳輸，載波頻率采用433MHz，調制模式采用DSSS擴頻技術（擴頻技術簡單講就是增加傳輸的信息量，通過容錯解碼技術來提高抗干擾性），發射功率20dBm（約100mw），數據長度精簡至5字節，且采用CRC16校驗，當接收器收到數據后再進行解密碼還原成控制信號。發射器實現低功耗設計，需要各個部分功能都具備低功耗參數。其中LCD顯示部分是耗電大戶，需要采用的是段式LCD（開啟時候<1mA）并帶有背光方便黑暗中使用；9個按鍵任意按下經過D1、D2、D3二極管（反向截止行列互不干涉）后與MCU中斷引腳INT0就形成一個下降沿信號，這樣控制鍵盤在行列掃描時就可以實現外部中斷觸發喚醒CPU，蘑菇頭需要獨立的中斷引腳，這樣無論什么時候都可以喚醒CPU。

5.接收器設計

根據以往的工程施工經驗，設備安裝位置及線路的長短具有不確定性特點，所以接收器需要采用AC220V供電，盡量把體積做小，方便集成到其他產品的控制箱內。如圖2所示接收器由無線數傳模塊、高亮數碼管，AC/DC電源，RS485控制器組成。設備安裝布線時候需要將接收器的RS485通信線并在消防炮的485總線網絡中，當接收器MCU收到無線信號后立即進行解碼將結果在數碼管上顯示，同時將數據還原成控制信號轉發到485總線網絡上（簡單地說就是接收器將無線信號解碼后轉成RS485信號），這樣就可以控制對應的消防炮，若接收器收到握手或者搜索數據，則要對發射器進行應答（應答的信息需要包含消防炮當前的狀態），這樣發射器收到應答信號后就可以在LCD上顯示當前消防炮的狀態。

6.數據安全性設計

無線設備越來越多的嵌入到人們的生活、生產中，而總多的無線設備的存在使無線信道越來越不干凈，頻譜干擾越來越惡劣，采用DSSS擴頻技術的同時還需要一種穩定的數據校驗方式，CRC16即循環冗余校驗碼成了首選方式，CRC16數據通信領域中最常用的一種查錯校驗碼，其特征是信息字段和校驗字段的長度可以任意選定。接收器采用循環冗余檢查（CRC）數據傳輸檢錯功能，對數據進行多項式計算，并將得到的結果附在幀的后面以保證數據傳輸的正確性和完整性。采用函數法計算CRC16：

void CRC16_Calc（uchar crcbuf）//計算CRC16函數

{

uchar i；uchar TT；

CRC16=CRC16^crcbuf；

for （i=0；i<8；i++）

{

TT=CRC16&1；CRC16=CRC16>>1；CRC16=CRC16&0x7fff；

if（TT==1）CRC16=CRC16^0xa001；

CRC16=CRC16&0xffff；

}

}

其中數據進棧前需要把CRC16先置位0xFFFF（即CRC16=0xFFFF），數據不段地從crcbuf口進入，經過CRC16_Calc（）函數計算好就可以得出所接收/發射到的數據的校驗碼。例子如下：

CRC16=0xFFFF；//CRC初裝狀態為1

for（i=0；i<=L-3；i++）CRC16_Calc（RxBuf[i]）；//L為接收到的數據長度，RxBuf[i]為接收到的數據。

7.功能原理設計

長按“-”按鈕時間>2秒并保持，則發射器自動搜索接收器的頻率，成功后自動停止搜索，LCD顯示搜索到的頻率以及相關參數，紅色蘑菇頭急停開關旋轉45度，使其自動彈出來，使用“↑”、“↓”、“←”、“→”、“↘”、“↗”6個按鍵控制消防炮Z、Y、Z三維方向運轉。使用“START”啟動按鈕和急停按鈕，控制消防炮的開啟和關閉。使用完成后將“REST”急停按鈕按下，防止誤操作。注意的是無線遙控器具有識別無線接收器頻率和地址編碼功能，在安裝時必須確認同一工作區無線接收裝置不能有相同頻率及地址編碼，以避免相互影響而產生誤動作，接收器安裝位置必須遠離變頻器、馬達及其連接電纜越遠越好，以避免接收機受到信號的干擾。

參考文獻：

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[3]譚浩強.C程序設計（第4版）。清華大學出版社.2012.7.

[4]潘永雄.開關電源技術與設計。西安電子科技大學出版社.2016.02.

[5]賈維敏，金偉，李義紅.遙測技術及應用。國防工業出版社.2016.04

[6]張肅文.高頻電子線路。第五版高等教育出版社，1979.05.

[7]Theodore S.Rappaport（西奧多S.拉帕波特）著.無線通信原理與應用（第二版）。電子工業出版社.2012.08.