手动报警系统
阅读：21发布：2020-05-11
专利汇可以提供手动报警系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公布了手动报警系统，该系统包括至少一个手动报警装置、总线通信单元以及后台计算机终端，其中手动报警装置包括MCU、地址配置单元以及报警信息采集单元，总线通信单元发送总线输入 信号 至手动报警装置的MCU，并接收手动报警装置中包括报警信号和地址配置信号的串行通信信号；所述后台计算机终端连接总线通信单元接收串行通信信号并显示该报警信号的地址以及信号类型，判断该 位置 是否存在故障，从而为安全施工提供技术保障。(ESM)同样的 发明 创造已同日 申请 发明 专利，下面是手动报警系统专利的具体信息内容。
1.手动报警系统，其特征在于，包括多个手动报警装置、总线通信单元以及后台计算机终端；所述手动报警装置包括MCU、地址配置单元以及报警信息采集单元；所述总线通信单元发送总线输入信号至手动报警装置，并接收手动报警装置的串行通信信号；所述后台计算机终端连接总线通信单元接收串行通信信号并显示；所述串行通信信号包括报警信号和地址配置信号。
2.根据权利要求1所述的手动报警系统，其特征在于，所述总线通信单元包括接收串行通信信号的网关和连接各串行手动报警装置的主从式半双工传输总线，所述网关一端连接后台计算机终端，另一端串行连接多个手动报警装置；所述总线通信单元采用MODBUS-RTU通信传输协议以主叫/应答的方式进行通信。
3.根据权利要求2所述的手动报警系统，其特征在于，所述主从式半双工传输总线利用平行双绞线传输数据。
4.根据权利要求1所述的手动报警系统，其特征在于，所述手动报警装置还包括接收总线输入信号的总线接口和总线收发器，总线输入信号由总线通信单元发出并进入第一个手动报警装置的总线接口；所述多个手动报警装置的总线接口相互连接。
5.根据权利要求1所述的手动报警系统，其特征在于，所述地址配置单元设置有8位二进制低电平有效的拨码开关，其中前2位用于调整波特率，后6位用于拨码地址的设置；所述拨码地址根据手动报警装置在总线中的串行位置进行设置，并以此生成唯一的手动报警装置地址配置信号。
6.根据权利要求1所述的手动报警系统，其特征在于，所述报警信息采集单元包括应急按钮电路和分段启停按钮电路，其中应急按钮电路生成应急按钮信号，分段启停按钮电路生成分段启停按钮信号，应急按钮电路和分段启停按钮电路故障时将生成按钮故障信号，所述分段启停按钮信号为常规照明开关信号；所述应急按钮信号为应急照明开关信号；三种按钮信号组成报警信号。
7.根据权利要求6所述的手动报警系统，其特征在于，所述手动报警系统还包括LED指示灯，所述LED指示灯包括位置指示灯、电源指示灯、串行信号发送指示灯、串行信号接收指示灯及扩展功能指示灯；所述位置指示灯指示分段启停按钮和应急按钮的位置；所述串行信号发送指示灯和串行信号接收指示灯分别在总线通信单元发送与接收手动报警装置信号时点亮。
8.根据权利要求6所述的手动报警系统，其特征在于，所述按钮电路中按钮按下时间大于等于第一预设时间时，执行“开灯”命令；按钮持续按下大于等于第二预设时间时，执行“关灯”命令；按钮持续按下大于等于第三预设时间时，返回“故障”信息。
9.根据权利要求7所述的手动报警系统，其特征在于，所述手动报警系统还包括电源模块，所述电源模块为LED指示灯、总线通信单元、报警信息采集单元、地址配置单元、按钮电路、MCU进行供电。
10.根据权利要求1所述的手动报警系统，其特征在于，所述手动报警系统还包括调试配置单元，采用MAX803微控制器监控电路，用于监控系统的电源，抵抗电源的瞬态干扰，并产生复位信号。
手动报警系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及报警控制领域，尤其涉及手动报警系统。
背景技术
[0002] 楼宇报警控制系统，铁路、公路及高铁隧道报警系统以及线路管道巡更系统通常安装在大厦、隧道、管道等复杂的工作环境中，在报警控制系统线路布局时，存在系统投入成本过大，安装及维护困难等缺点，且一旦某个特定点位的报警装置存在故障，极易造成整个系统工作故障，而对故障的排除不仅定位繁琐，还需要考虑系统整体的影响，需要反复调试重新安装后的报警装置，才能保证整个系统处于良好的工作状态，因此浪费了大量的人力，物力。
[0003] 在报警控制系统工作过程中，需要将各报警点与后台监控终端通过网络连接在一起，不断发送监控数据，造成数据量十分庞大且多余，增加了报警系统负担，长此以往容易造成系统故障，而主从式半双工传输总线可以主叫/应答的方式在传输电流的同时进行通信，即解决了报警系统各模块的供电问题，也保障了通信数据的实时性，减轻了系统负担，因此，应用这种通信传输方式实现手动报警系统刻不容缓。实用新型内容
[0004] 为了解决上述问题，本实用新型提出手动报警系统，包括至少一个手动报警装置、总线通信单元以及后台计算机终端；手动报警装置包括MCU、地址配置单元以及报警信息采集单元；总线通信单元发送总线输入信号至手动报警装置，并接收手动报警装置的串行通信信号；后台计算机终端连接总线通信单元接收串行通信信号并显示。
[0005] 优选的，总线通信单元包括接收串行通信信号的网关和连接各串行手动报警装置的主从式半双工传输总线，所述网关一端连接后台计算机终端，另一端串行连接多个手动报警装置；所述总线通信单元采用MODBUS-RTU通信传输协议以主叫/应答的方式进行通信。
[0006] 优选的，所述主从式半双工传输总线利用平行双绞线传输数据。
[0008] 优选的，所述地址配置单元设置有8位二进制低电平有效的拨码开关，其中前2位用于调整波特率，后6位用于拨码地址的设置；所述拨码地址根据手动报警装置在总线中的串行位置进行设置，并以此生成唯一的手动报警装置地址配置信号。
[0009] 优选的，所述报警信息采集单元包括应急按钮电路和分段启停按钮电路，其中应急按钮电路生成应急按钮信号，分段启停按钮电路生成分段启停按钮信号，按钮故障时将生成按钮故障信号，所述分段按钮启停信号为常规照明开关信号；所述应急按钮信号为应急照明开关信号；三种按钮信号组成报警信号。
[0010] 优选的，所述手动报警系统还包括LED指示灯，所述LED指示灯包括位置指示灯、电源指示灯、串行信号发送指示灯、串行信号接收指示灯及扩展功能指示灯；所述位置指示灯指示分段启停按钮和应急按钮的位置；所述串行信号发送指示灯和串行信号接收指示灯分别在总线通信单元发送与接收手动报警装置信号时点亮。
[0011] 优选的，所述按钮电路中按钮按下时间大于等于第一预设时间时，执行“开灯”命令；按钮持续按下大于等于第二预设时间时，执行“关灯”命令；按钮持续按下大于等于第三预设时间时，返回“故障”信息。
[0012] 优选的，所述手动报警系统还包括电源模块，所述电源模块为LED指示灯、总线通信单元、报警信息采集单元、地址配置单元、按钮电路、MCU进行供电。
[0014] 本实用新型的有益效果：本实用新型适用于楼宇控制，隧道报警等应用场景，能够在温度－40～＋85°C，湿度5 95%的极端工作环境下以及一般干扰信号下正常工作；能够~承受高铁隧道中的高风压环境，防水、防尘、绝缘，并且通过超长时间紫外线照射实验；
[0015] 采用手动按钮触发，以Modbus轮询方式进行楼宇、隧道报警信息采集，实时反馈，并可通过手动按钮进行开关灯控制，旨在为用户提供安全、可靠的场景运行安全手段，实现超长距离、安全的数据传输，极大的节约了现场施工成本，减少了施工工程量。附图说明
[0016] 图1是手动报警系统的结构示意图；
[0017] 图2是手动报警系统的连接示意图；
[0018] 图3是手动报警系统的总线接口端子示意图；
[0019] 图4是手动报警系统的继电器电路图；
[0020] 图5是手动报警系统的内部复位电路图；
[0021] 图6是手动报警系统的地址配置模块电路图；
[0022] 图7是手动报警系统的总线收发器电路图；
[0023] 图8是手动报警系统的总线收发器外围电路图；
[0024] 图9是手动报警系统的LED指示灯电路图；
[0025] 图10是手动报警系统的报警信息采集电路图；
[0026] 图11是手动报警系统的电源模块电路图。
具体实施方式
[0027] 为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0028] 本实施例中，手动报警系统，如图1所示包括MCU、报警信息采集单元、地址配置单元、总线通信单元以及后台计算机终端；其中手动报警装置包括MCU、报警信息采集单元、地址配置单元，MCU分别与地址配置单元、报警信息采集单元、总线通信单元连接，总线通信单元与后台计算机终端连接；其中MCU接收来自总线通信单元的总线输入信号、报警信息采集单元生成的报警信号以及地址配置单元的地址配置信号，并将报警信号和地址配置信号发送至总线通信单元，总线通信单元将上述信号发送至后台计算机终端，由后台计算机终端进行报警信息的显示。
[0029] 为进一步对本实施例进行了解，可通过图2所示的手动报警系统的连接示意图进一步说明，如图2所示，手动报警系统由主从式半双工传输总线将后台计算机终端和网关（TBAS100-WG）以及手动报警装置（TBAS100-SD）连接在一起，而主从式半双工传输总线为平行双绞线，其采用电流方式和差分电压方式传输数据；其中手动报警装置是串行连接在一起的，网关的一端连接后台计算机终端，一端连接串行的手动报警装置，手动报警系统是由后台计算机终端和一个网关（TBAS100-WG）以及若干个从机（TBAS100-SD）构成的。
[0030] 总线通信单元是由网关及连接每个手动报警装置的主从式半双工传输总线组成，其中网关（TBAS100-WG）包括基于POWERBUS公司的PB331芯片和TI公司自行设计的MSP430单片机，总线通信单元采用MODBUS-RTU通信传输协议以主叫/应答的方式进行通信。
[0031] 手动报警装置包括四个端子，如图2所示第一个端子为总线接口端子，如图3所示的总线接口端子的每个引脚是相互独立的，但是1号引脚与3号引脚在PCB板上通过走线连接，2号引脚和4号引脚相连接，即1号与3号为一对，2号与4号为一对。由于在TBAS100-SD中使用了全桥，所以理论上是无极性连接的，不过在实际工程应用中需要设定一个标准，因此推荐1号引脚与3号引脚为高电平信号引脚，2号与4号引脚为低电平信号引脚，1号与2号引脚是总线信号输入端，3号与4号引脚则是总线信号输出端，总线信号输出端将总线输入信号发送给后面的装置。
[0032] 如图2所示第二个端子为外部红外接口端子，由于内部电路加上了二极管，故DI和COM口不能交换，这是为了避免在工程中出现施工人员错接的问题；所述外部红外接口的DI和COM口作为继电器输出触点信号的引脚连接至手动报警装置的MCU的4号引脚EXT_IO；继电器电路的电气原理图如图4所示；COM和DI口为外部红外设备的接口，D5的作用是为了避免施工人员将线接反而设置的防反接二极管；D4为MMSD4148高速开关二极管，继电器线圈实际就是电感，在通电状态下，为起到抵消、泄放电流的作用选用方向相反的二极管并联在线圈上；当没有外部信号通过继电器时，触点开关打在继电器的1号引脚，此时EXT_IO会被3.3V电压拉至高电平，当有外部信号通过继电器线圈时，触点开关与继电器10号引脚的触点吸合，此时电路导通，EXT_IO被拉至低电平。
[0033] 如图2所示第三个端子为外部调试口，是手动报警系统的调试配置单元所在，其中与手动报警装置的MCU的数据输入端连接的引脚可以作为编程与测试期间的两线制测试时钟输入，与手动报警装置的MCU的复位信号输入端连接的引脚可以作为外部复位信号的输入引脚，同时也可作为编程与测试期间的两线制测试数据输入/输出；复位信号的输入引脚同时可与内部的复位电路相连，其中如图5所示的内部复位电路采用MAX803微控制器以监控电路，用于监控系统的电源，MAX803产生一个复位信号，这个信号在电源电压低于预置的阈值时或电源电压上升到该阈值后的140ms内有效；MAX803的RESET端有一个开漏输出级，需要在复位信号端加一个上拉电阻，复位输出低电平有效；MAX803可以对5V,3.3V,3V,2.5V电源进行精密监控，当Vcc低至1.0V时复位仍然有效，可以有效抵抗电源的瞬态干扰。
[0034] 如图2所示第四个端子为拨码开关设置端子，也是手动报警系统的地址配置单元所在，TBAS100-SD中所使用的拨码开关如图6所示，这是一个8位的二进制拨码开关，使用8421二进制方式拨码。电路中使用了上拉电路，上拉电阻为100k欧姆，上拉电压3.3V与MSP430引脚电压相同，当拨码开关的拨码位处于开路状态时，对应的MSP430的引脚会被拉至高电位，当拨码开关的拨码位处于通路状态时，对应的MSP430的引脚则会与地相连而被拉至低电位。在TBAS100-SD中，当拨码位通路即MSP430的引脚为低电位时，该位的数据位为
1，即是低电平有效的拨码开关，拨码地址根据MCU在总线中的串行位置设置。
1，即是低电平有效的拨码开关，拨码地址根据MCU在总线中的串行位置设置。
[0035] 在TBAS100-SD中，拨码开关的8位被分为两个部分：
[0036] 1)A0与A1是用于调整波特率，A0为高位，A1为低位，手动报警装置支持两种波特率设置：9600和2400波特率；A0A1为11时是设置为9600波特率，A0A1为10时是设置为2400波特率；
[0037] 2)A2至A7为拨码地址的设置，A2为最高位，A7位最低位，故拨码地址为0 63，因此~理论上一条总线最多可以连接64个TBAS100-SD手动报警装置。
[0038] 在本实施例中，手动报警系统还包括在TBAS100-SD手动报警装置MCU与总线通信单元之间实现双向通信的总线收发器及外围电路，如图7所示的总线收发器PB331是从站通讯芯片；该系统采用低压供电总线技术，通过在供电电缆上调制控制信号，替代传统分离的控制电缆和供电电缆并大幅提高了通讯稳定性；系统采用了满幅电压发送，电流信号回传的方式，可大大提高通讯抗干扰能力。并且，该系统适用现场的各种线材且实现远距离通讯传输的功能，电缆支持任意拓扑结构以方便施工布线。
[0039] PB331芯片采用宽幅供电，供电电压VCC的范围为0.6V 6V，在TBAS100-SD的设计~中，采用的的是3.3V电压供电；如图8所示的总线收发器外围电路中的PI和PO引脚为总线信号的输入与输出，如图7所示的TX与RX引脚则是串行信号的发送与接收，与MCU即MSP430是直接相连的。
[0040] 如图8所示的总线收发器外围电路实际上是包括了TBAS100-SD的整个输入电路和带载输出端，其包括了保护，抗扰，整流，带载等功能。
[0041] 其中D21为SMBJ48CA双向瞬态电流抑制二极管，抑制来自线上的浪涌，在正常工作时，瞬态二极管不工作，相当于处于开路状态，当工作电压中有瞬态高压脉冲时，瞬态二极管在高压脉冲作用的瞬间将电压钳位，保护电路安全，且不影响电路的正常工作；这里使用的双向瞬态二极管可以在正反脉冲时都能起到保护作用，相当于两个瞬态二极管反向串联在一起。D19,D23和保护地的设置在实际工程中可以去掉；F1为900mA自恢复保险丝，如果TBAS100-SD设备发生短路情况，F1保险丝则会起到限制电流保护电路的作用。
[0042] L1为共模电感，即共模扼流圈，是在一个闭合磁环上对称绕制方向相反、匝数相同的线圈，用于抑制线上的共模干扰（即接地干扰），共模扼流圈可以传输差模信号，但是对于高频共模噪声会呈现出极大的阻抗，对其利用可以抑制共模电流骚扰。
[0043] 电容C6,C7为用于改善EMC特性的EMC电容，容值可选在30pF 100pF；D7,D8,D9,D10~组成整流桥，选用1N4007二极管，这里不选用反向耐压低的肖特基二极管；D11选用的US1M超快速恢复的整流二极管，其正向电流1A，反向电压高达1000V，恢复时间75ns，这里是起到了整流和保护作用；C22是并联在负载端的一枚220uF的储能电容，可以稳定负载端的输出电压，同时能提高电路的功率因素；U1和U7为两个贴片灯珠，使用1个灯珠还是2个灯珠由实际工程决定；PI为总线信号的输入端，R37,R38电阻由PB331特性决定不需更改；PO为信号输出端，当有信号输出时，NPN三极管导通以产生电流上的变化；J6为负载输出端口，这里能对外提供24V的稳定直流电压，系统的总线是低压供电二总线模式，负载即可以是感性负载，也可以是阻性负载，负载可以是电动机，步进电机，继电器，高功率LED等等；负载电流的动态变化并不会影响到通讯。
[0044] 根据以上总线收发器外围电路中对U1和U7为两个贴片灯珠的介绍可以进一步说明，本系统还包括LED指示灯，其中U1和U7为67-21S型LED灯珠，两个贴片灯珠作为TBAS100-SD两个按钮的位置指示灯，此外LED指示灯还包括电源指示灯、串行信号发送指示灯、串行信号接收指示灯及扩展功能指示灯；所述位置指示灯分别指示分段启停按钮和应急按钮的位置。
[0045] 当TBAS100-SD上电，位置指示灯就会点亮，所以同时也能起到电源指示灯的作用；因为在铁路隧道中该灯只能选用白光，所以这里使用的是白光LED灯珠；设计时可以通过改变R1,R50来调整亮度，因为灯珠的阻值是非线性的，具体数值应当进行测量，在TBAS100-SD中，R1和R50的阻值为18K欧姆。
[0046] 如图9所示D13为电源指示灯，由于位置指示灯已经能够起到电源指示的作用，所以这个灯可以选择不焊接；D15是PB331的串行信号发送指示灯，当PB331向MSP430发送信号时该灯即会点亮；D14为PB331串行信号接收指示灯，当PB331接收来自MSP430的信号时点亮。D18是一个PWM控制的指示灯，该灯在TBAS100-SD中默认为不焊接，相应的焊盘预留在PCB板上，作为一个扩展功能指示灯，可以根据一些额外要求来具体设置。
[0047] 更进一步的，KEY_FIRE与KEY_MAN引脚是TBAS100-SD的两个按钮开关的引脚，其中KEY_FIRE为应急按钮，KEY_MAN为分段启停按钮。按钮的电气原理图（报警信息采集电路图）如图10所示，其中应急按钮电路和分段启停按钮电路组成报警信息采集单元。
[0048] 在按钮电路中，J3与J4是连接按钮的端子，当按钮未被按下时，端子的两个引脚处于开路状态，此时KEY_FIRE引脚和KEY_MAN引脚被3.3V拉至高电平，当按钮被按下时，两个端子则处于通路状态，此时KEY_FIRE引脚和KEY_MAN引脚被拉至低电平。
[0049] 在实际使用中，应急按钮电路生成应急按钮信号，分段启停按钮电路生成分段启停按钮信号，按钮故障时将生成按钮故障信号，所述分段按钮启停信号为常规照明开关信号；所述应急按钮信号为应急照明开关信号；三种按钮信号组成报警信号并发送至MCU按钮数据寄存器；具体的，当按钮按下时间大于等于1秒时，则执行“开灯”命令；按钮持续按下大于等于10秒，则执行“关灯”命令。按钮数据寄存器，逻辑地址为1000（0x03E7），寄存器数据0x0007时为应急按钮“开灯”；0x0070时为分段按钮“开灯”；0x0700时为应急按钮“关灯”；
0x7000时为分段按钮“关灯”；正常无开关命令时为0x0000。
0x7000时为分段按钮“关灯”；正常无开关命令时为0x0000。
[0050] 本实施例中，为各功能模块进行供电并将总线电压转换为各模块标准电压的为手动报警系统的电源模块，电源模块电路如图11所示，其中U6为HT7133稳压芯片，C24与C25为输入输出端的滤波电容，它们与U6一同构成了基本稳压电路；BCX56是一款NPN型的功率管，它可以通过1A的电流，U8是一款齐纳二极管即稳压二极管MMBZX84C12；图中圈示出来的电路为一个共集电极放大器，即射极跟随器（输出电压与输入电压同向，输出电压几乎总是随着输入电压的变化而变化），电容C23为输入端的耦合电容；该电路的信号从基极输入，从发射极输出；利用交流小信号模型，通过模拟电路BJT三极管输入输出电阻计算可以知道，共集电极放大器的输入阻抗很高，而输出阻抗很小，所以从信号源获取的电流小并且具有很强的带载能力，信号电压的利用率得到了提高；对于共集电极放大器，它的电压放大倍数Av通常约等于1，故共集电极放大器没有电压放大作用，不过因为电流放大作用，所以输出的功率得到了放大；TBAS100-SD中的供电电路输入电压为总线电压24V，输出电压3.3V为LED，总线收发器PB331,MSP430等模块进行供电。
[0051] 在本实施例的实施过程如下：总线通信单元的网关发出总线输入信号，并进入串行连接网关的第一个手动报警装置的总线接口的总线输入端，并由输出端导出至下一地址的总线输入端，其中总线输入信号经总线收发器及外围电路与手动报警装置的MCU进行双向通信，在通信数据接收及发送时，LED指示灯被点亮，MCU中存储的报警信号和地址配置信号被发送至总线通信单元，总线通信单元的网关发送至后台计算机终端，后台计算机终端显示该报警信号的地址以及信号类型，判断该位置是否存在故障，从而为安全施工提供技术保障。
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