一种消防控制系统中的多网融合现场控制器

1.本实用新型涉及一种消防控制系统中的多网融合现场控制器，属于消防安全设备领域。

背景技术：

2.目前国内外的消防联动控制系统采用的都是总线制的传输方式。
3.总线制传输方式沿用至今，是有其特有的优势的，例如：总线制的信号传输统一，出现信号传输故障的概率低，增强了数据传输的可靠性；总线制采用数字串行通讯方式，线路采用屏蔽双绞线，抗干扰性更强；总线制数据传输的安全性较高等优势。
4.但是，由于线路存在的原因，总线制的传输方式也存在着许多不足之处，例如：在进行现场施工时，总线制通常采用暗敷设的方式，其问题就是线路常年隐藏于墙体或楼板之中，时间久了难免出现线路的老化腐蚀等情况，一旦没有及时进行检修，便会影响信号传输效果甚至造成中断，且暗敷设的方式无形中增加了检修和后期维护的困难和造价；线路的铜芯绝缘双绞线在敷设时造价较高，且需要大量的人力物力，在敷设时也受到地点等因素的限制；总线制的传输方式在更改网络结构时不如无线制传输方式灵活；受到节点数量等因素的限制，总线制传输方式所形成的网络覆盖范围有限，一般仅能控制和保护本栋建筑物，无法做到大面积覆盖；在发生火灾烧毁传输线路的极端情况下，消防控制室发出的指令无法控制线路烧毁的消防设备，部分消防联动设备形同虚设；采用总线制传输方式，通常仅采用一种通信方式，多为can总线通信方式或者rs-485总线方式等，通信信号单一，且灵活性和适应性较差。
5.为了建设更高水平的“平安中国”，提高公共安全保障能力，促进消防行业向智能化、信息化的快速健康发展，国家正积极鼓励建设智慧消防物联网。但是国内外学者对于智慧消防物联网的建设更多的倾向于消防报警系统和救援等方面；对于消防联动控制系统则仍采用总线制传输方式，无线消防联动控制仍处于空白。
6.目前国内建筑中，对于消防报警系统，市面上已经有无线消防报警的产品，但是对于消防联动控制系统，则仍旧采用的是总线制传输方式。无线通信方式由于没有线路的限制，因此大大降低了造价成本，且具有通讯便捷稳定，改变网络结构灵活等优势。无线通信技术的飞速发展使得物联网技术迅速普及各行各业。而国家正积极鼓励推广智能化信息化的消防物联网，为了让国内建筑物中消防控制系统从总线制传输方式向无线制更好地过渡，设计并研发了多网融合现场控制器。
7.多网融合现场控制器采用有线为主，无线为辅的方式，可支持can总线通信、rs-485总线通信、zigbee无线通信三种方式。弥补了传统消防联动控制系统采用单一的总线制传输方式的不足之处。
8.其中can总线、rs-485总线是为适应国内普遍采用的总线制传输方式，zigbee无线传输方式作为总线制的后备传输方式，既可以与目前总线制传输方式形成优势互补，又可以适应未来无线消防的发展趋势作为独立的通信方式，提高了多网融合现场控制器的实用
性；有线为主，无线为辅的通信方式提高了多网融合现场控制器的安全性；zigbee的无线通信方式最多可容纳65000左右的节点，可形成庞大的网络覆盖，功耗低、造价低，易于更改网络结构，提高了多网融合现场控制器的灵活性。
9.可通过多种方式控制多网融合现场控制器的板载继电器控制消防设备的启动，并将消防设备的启停情况向上反馈至消防控制室。

技术实现要素：

10.本实用新型设计开发了一种消防控制系统中的多网融合现场控制器，通过主控芯片与各通信模块的配合，能够克服传统消防联动控制系统仅能使用一种总线制通信方式的缺陷，提高多网融合现场控制器的安全性。
11.本实用新型提供的技术方案为：
12.一种消防控制系统中的多网融合现场控制器，包括：
13.供电电源；
14.主控芯片，其包括：4个串口、1个iic通信接口，1个spi通信接口、uart_rx2引脚、uart_rx3引脚、uart_tx2引脚、uart_tx3引脚，所述主控芯片的任意一个引脚、接口和串口均与供电电源相连接，负责数据的接收处理和传输；
15.can协议控制器，其与所述主控芯片通过spi接口进行数据交换；所述can协议控制器还包括txcan引脚、rxcan引脚；
16.can收发器，其包括txd引脚、rxd引脚、canh引脚和canl引脚，所述txcan引脚与所述txd引脚连接、rxcan引脚与所述rxd引脚连接，canh引脚和canl引脚分别接入can总线中；
17.转换器，包括ro引脚和di引脚，所述ro引脚连接所述uart_rx2引脚，所述di引脚连接所述uart_tx2引脚；
18.无线自组网通信模块，其包括p1.4引脚、p1.5引脚，所述p1.4引脚连接所述uart_tx3引脚，所述p1.5引脚连接所述uart_rx3引脚；
19.稳压芯片，其输出端电连接所述主控芯片；
20.稳压器，其输入端电连接所述稳压芯片的输出端，所述稳压器的输出端电连接所述无线自组网通信模块；
21.继电器，其包括5个引脚，所述继电器的输入端电连接所述主控芯片的输出端。
22.优选的是，所述主控芯片和所述can协议控制器中均包括同名并且互连的mosi引脚、miso引脚、sck引脚、cs引脚。
23.优选的是，所述canh引脚和所述canl引脚之间接入120ω电阻。
24.优选的是，所述稳压芯片包括150khz频率振荡器和1.23v基准稳压器。
25.优选的是，还包括：
26.中间器，其电连接在所述继电器和所述主控芯片之间。
27.优选的是，所述can协议控制器包括2个验收屏蔽寄存器和6个验收滤波寄存器。
28.优选的是，所述转换器包括1个驱动器和1个接收器。
29.本实用新型所述的有益效果：
30.1.本实用新型所设计的多网融合现场控制器可支持多种通信方式，改善了传统消防联动控制系统中仅能使用一种总线制通信方式的弊端，体现了多网融合现场控制器的适
应性。
31.2.本实用新型所设计的多网融合现场控制器的通信方式以有线为主，无线为辅，将zigbee无线通信作为总线制通信方式的后备传输方式，解决了目前采用有线方式进行传输时，当发生火灾烧毁线路的极端情况而引起的部分消防设备失控的问题，体现了多网融合现场控制器的安全性。
32.3.本实用新型所设计的多网融合现场控制器可通过zigbee无线技术传输方式启动消防设备，符合国家现阶段鼓励发展的消防物联网的政策，以无线方式启动消防设备，填补了目前国内没有采用无线方式启动消防设备的空白。
33.4.本实用新型所设计的多网融合现场控制器，既适用于现阶段国内总线制的消防联动控制系统，又适用于未来无线消防、智慧消防物联网的发展需求，且可作为国内总线制消防联动控制系统向无线消防转变的过渡产品进行使用，体现了多网融合现场控制器的实用性。
附图说明
34.图1为本实用新型所述的多网融合现在工作流程的结构示意图。
35.图2为多网融合现场控制器结构示意图。
36.图3为本实用新型所述的主控芯片的工作流程图。
具体实施方式
37.下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
38.如图1-3所示，本实用新型提供一种消防控制系统中的多网融合现场控制器，包括：主控芯片1、can协议控制器2、can收发器3、转换器4、无线自组网通信模块5、稳压芯片6、稳压器7、继电器8、中间器9。供电电源连接主控芯片1的任意一个引脚、串口、接口，负责数据的接收处理和传输。
39.主控芯片1包括：4个串口、1个iic通信接口，1个spi通信接口、uart_rx2引脚、uart_rx3引脚、uart_tx2引脚、uart_tx3引脚；can协议控制器与主控芯片通过spi接口进行数据交换；can协议控制器2还包括txcan引脚、rxcan引脚；can收发器包括txd引脚、rxd引脚、canh引脚和canl引脚，txcan引脚与txd引脚连接、rxcan引脚与rxd引脚连接，canh引脚和canl引脚分别接入can总线中；转换器4包括ro引脚和di引脚，ro引脚连接uart_rx2引脚，di引脚连接uart_tx2引脚；无线自组网通信模块5包括p1.4引脚、p1.5引脚，p1.4引脚连接uart_tx3引脚，p1.5引脚连接uart_rx3引脚；稳压芯片，其输出端电连接主控芯片1；稳压器7的输入端电连接稳压芯片的输出端，稳压器的输出端电连接无线自组网通信模块5；继电器8包括5个引脚，继电器8的输入端电连接主控芯片1的输出端，继电器8和主控芯片1之间还设置有中间器9。
40.在本实用新型中，作为一种优选，主控芯片1选用stc8a芯片；can协议控制器2选用mcp2515，can收发器3选用tja1050，转换器4选用max485，无线自组网通信模块5选用e18-ms1pa1-ipx，稳压芯片6选用lm2596，稳压器7选用a1117、继电器8选用jqc-3ff、中间器9选用uln2003。
41.如图3所示，主控芯片1为stc8a芯片，是是多网融合现场控制器的核心芯片，负责多网融合现场控制器的工作运转。stc8a共有4个串口、一个iic通信接口、一个spi通信接口，与各个芯片进行连接和数据交换。stc8a对各个通信接口所接收到的消防指令进行判断，并控制相应的板载继电器的常开触点转为常闭触点，控制消防设备启动，并将读取到继电器的触点状态通过接受到消防指令的方式向上反馈至消防控制室。
42.can协议控制器(mcp2515)2是一款独立控制器局域网络(can)协议控制器，支持can2.0 a和can2.0b协议，能发送和接收标准和扩展数据帧以及远程帧，通信速率可达1mb/s；mcp2515自带的2个验收屏蔽寄存器和6个验收滤波寄存器可以过滤掉不想要的报文，因此减少了主控芯片1的开销。mcp2515支持0,0和1,1的spi模式，通过spi接口与stc8a的主控芯片进行数据交换，stc8a中mosi引脚、miso引脚、sck引脚、cs引脚与mcp2515中的同名引脚相连，以实现与mcp2515的spi通信，stc8a通过spi接口控制mcp2515。can协议控制器要与can收发器共同合作才能实现can总线通信。mcp2515中的txcan引脚与can收发器(tja1050)3的txd引脚进行连接；rxcan引脚与can收发器(tja1050)3的rxd引脚进行连接；tja1050的canh和canl引脚分别接入can总线中，为避免线路干扰，需要在can_h和can_l之间接入120ω电阻，can协议控制器(mcp2515)2与can收发器(tja1050)3共同合作，实现了多网融合现场控制器的can总线通信。
43.转换器(max485)4是常用的rs-485转换器，每个转换器4芯片中都有一个驱动器和一个接收器，负责进行rs-485总线通信。其中ro和di引脚分别为接收器的输出端和驱动器的输入端，与stc8a中的uart_rx2引脚与uart_tx2引脚连接，以实现rs-485通信。max485工作在半双工状态下，/re和de端分别为接收和发送的使能端，当/re为逻辑0时，max485处于接收状态；当de为逻辑1时，max485处于发送状态，通过stc8a的一个i/o引脚控制这两个引脚即可实现多网融合控制器的rs-485总线通信。
44.无线自组网通信模块(e18-ms1pa1-ipx)5是一款2.4g zigbee无线自组网通信模块，模块以8051单片机为内核，内置功放芯片cc2592，使得通信距离可达240m。在zigbee网络中，分为协调器节点、路由器节点和终端节点。e18-ms1pa1-ipx无线通信模块既可通过配套的软件对其进行配置，也可通过与模块相连接的主控芯片(stc8a)1连接模块的uart进行串口指令通信以实现模块的配置和二次开发。e18-ms1pa1-ipx的p1.4引脚连接主控芯片(stc8a)1的uart_tx3引脚；p1.5引脚连接主控芯片(stc8a)1的uart_rx3引脚。通过配套的软件将e18-ms1pa1-ipx配置为终端节点模块，并加入到所设置的zigbee网络中，以实现消防指令的无线收发。
45.稳压芯片(lm2596)6为3a电流输出降压开关型集成稳压芯片，它内含固定频率振荡器(150khz)和基准稳压器(1.23v)，并具有完善的保护电路、电流限制、热关断电路等。利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。提供的有：3.3v、5v、12v及可调(-adj)等多个电压档次产品。为适应现在建筑物中，消防设备的输入输出模块采用24v供电的情况，多网融合现场控制器采用lm2596将现场的24v电压转为5v电压为stc8a、mcp2515、tja1050、max485、jqc-3ff、uln2003等器件进行供电。
46.稳压器(ams1117)7是一个正向低压降稳压器，设计用于提供1a输出电流且工作压差可低至1v。在最大输出电流时，ams1117的最小压差保证不超过1.3v，并随负载电流的减小而逐渐降低。由于e18-ms1pa1-ipx工作电压为3.3v，因此需要通过ams1117将lm2596转化
来的5v电压转为3.3v为e18-ms1pa1-ipx供电工作。
47.继电器(jqc-3ff)8是一种超小型大功率的继电器，以低电压小电流，控制高电压大电流。jqc-3ff具有五个引脚，其中2个引脚为线圈引脚，另外3个引脚分别构成一组常开和常闭，即一组转换触点。由于主控芯片stc8a的引脚输出电流较小，带负载能力有限，无法直接驱动jqc-3ff，因此需要中间器(uln2003)9作为主控芯片(stc8a)1与继电器(jqc-3ff)8的中间器件，用以通过单片机来驱动继电器，并通过继电器控制交流接触器，进而控制消防设备如水泵、风机、卷帘门等设备启动。uln2003可按照输入的逻辑进行数据的输出，控制方式简单。在5v的工作电压下，可达到50v驱动电压，因而可直接驱动大功率电路，带负载能力较强。继电器(jqc-3ff)8可直接连接控制防火卷帘门、启动消防应急广播；当需要控制水泵、风机等大型消防设备时，需要先连接220v继电器进而控制交流接触器来进行启停工作，继电器(jqc-3ff)8控制电路的电流最高可达10a，完全满足启动消防设备所需。
48.如图3为主控芯片(stc8a)1的工作流程，首先对各个通信进行初始化：对can协议控制器(mcp2515)2进行初始化以实现can总线通信；对主控芯片(stc8a)1的串口2进行初始化以实现rs-485总线通信、对无线自组网通信模块(e18-ms1pa1-ipx)5进行初始化以实现zigbee无线通信。
49.初始化完成后打开各自通信方式的中断以等待消防控制室发出的消防指令。由于目前国内消防联动控制系统采用总线制传输方式进行消防指令的传输，因此当火灾发生时，多网融合现场控制器会优先接收到有线方式的消防指令信号，如can总线或rs-485总线，具体使用哪种总线方式根据实际消防设备所支持的通信方式而决定。当总线制方式传输失败时，zigbee无线通信则作为后备传输方式进行消防指令的传输。
50.当多网融合现场控制器接收到总线制消防指令时，主控芯片(stc8a)1通过原路反馈回一个接收应答信号，并控制相应通信方式对应的led指示灯闪烁，代表接收指令正常，等待消防设备动作；若消防控制室在规定时间内未接收到多网融合现场控制器反馈的接收应答信号，则代表总线制传输方式失败，消防控制室迅速通过串口向zigbee协调器以无线方式进行消防指令的传输。主控芯片(stc8a)1通过对接收到不同的消防指令进行处理，从而控制相应的继电器触点以实现启停消防设备；通过读取继电器或所控继电器附带的触点状态判断消防设备是否正确动作，并将设备的工作状态数据原路反馈至消防管理系统，其通信方式对应的闪烁led指示灯变为常亮状态，代表消防设备已根据命令正确动作。
51.本实用新型所设计的多网融合现场控制器工作流程包括：支持通过can总线、rs-485总线、zigbee无线通信三种方式接收到消防控制室发出的消防指令；当接收到消防指令后，对消防指令进行判断，并由主芯片控制相应的板载继电器控制启停消防设备，包括消防泵、水泵、消防卷帘门、电动风机等；通过读取继电器触点的闭合状态，来判断消防设备是否正确动作，并将设备状态原路向上反馈至消防控制室。
52.尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

技术特征：

1.一种消防控制系统中的多网融合现场控制器，其特征在于，包括：供电电源；主控芯片，其包括：4个串口、1个iic通信接口，1个spi通信接口、uart_rx2引脚、uart_rx3引脚、uart_tx2引脚、uart_tx3引脚，所述主控芯片的任意一个引脚、接口和串口均与供电电源相连接，负责数据的接收处理和传输；can协议控制器，其与所述主控芯片通过spi接口进行数据交换；所述can协议控制器还包括txcan引脚、rxcan引脚；can收发器，其包括txd引脚、rxd引脚、canh引脚和canl引脚，所述txcan引脚与所述txd引脚连接、rxcan引脚与所述rxd引脚连接，canh引脚和canl引脚分别接入can总线中；转换器，包括ro引脚和di引脚，所述ro引脚连接所述uart_rx2引脚，所述di引脚连接所述uart_tx2引脚；无线自组网通信模块，其包括p1.4引脚、p1.5引脚，所述p1.4引脚连接所述uart_tx3引脚，所述p1.5引脚连接所述uart_rx3引脚；稳压芯片，其输出端电连接所述主控芯片；稳压器，其输入端电连接所述稳压芯片的输出端，所述稳压器的输出端电连接所述无线自组网通信模块；继电器，其包括5个引脚，所述继电器的输入端电连接所述主控芯片的输出端。2.根据权利要求1所述的消防控制系统中的多网融合现场控制器，其特征在于，所述主控芯片和所述can协议控制器中均包括同名并且互连的mosi引脚、miso引脚、sck引脚、cs引脚。3.根据权利要求2所述的消防控制系统中的多网融合现场控制器，其特征在于，所述canh引脚和所述canl引脚之间接入120ω电阻。4.根据权利要求3所述的消防控制系统中的多网融合现场控制器，其特征在于，所述稳压芯片包括150khz频率振荡器和1.23v基准稳压器。5.根据权利要求4所述的消防控制系统中的多网融合现场控制器，其特征在于，还包括：中间器，其电连接在所述继电器和所述主控芯片之间。6.根据权利要求5所述的消防控制系统中的多网融合现场控制器，其特征在于，所述can协议控制器包括2个验收屏蔽寄存器和6个验收滤波寄存器。7.根据权利要求6所述的消防控制系统中的多网融合现场控制器，其特征在于，所述转换器包括1个驱动器和1个接收器。

技术总结

本实用新型公开了一种消防控制系统中的多网融合现场控制器，包括：供电电源；主控芯片，所述主控芯片的任意一个引脚、接口和串口均与供电电源相连接，负责数据的接收处理和传输；CAN协议控制器，其与主控芯片通过SPI接口进行数据交换；CAN收发器，所述TXCAN引脚与所述TXD引脚连接、RXCAN引脚与所述RXD引脚连接，CANH引脚和CANL引脚分别接入CAN总线中；转换器，包括RO引脚和DI引脚，所述RO引脚连接所述UART_RX2引脚，所述DI引脚连接所述UART_TX2引脚；无线自组网通信模块，其包括P1.4引脚、P1.5引脚，所述P1.4引脚连接所述UART_TX3引脚，所述P1.5引脚连接所述UART_RX3引脚；稳压芯片，其输出端电连接所述主控芯片；稳压器；继电器。能够克服传统消防联动控制系统仅能使用一种总线制通信方式的缺陷。总线制通信方式的缺陷。总线制通信方式的缺陷。