消防給水系統(tǒng)是火災(zāi)控制重要設(shè)備,，它能否正常發(fā)揮作用關(guān)系著人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。但在實(shí)際應(yīng)用中,，常出現(xiàn)消防栓被遮掩,、水壓低等情況，更嚴(yán)重的是閥門(mén)誤操作或管道漏水造成消防栓無(wú)水,。一旦發(fā)生火災(zāi),，打開(kāi)消防栓龍頭無(wú)水，消防人員和群眾無(wú)法及時(shí)撲滅火災(zāi),，會(huì)使火災(zāi)嚴(yán)重程度升級(jí),，造成生命財(cái)產(chǎn)重大損失。為此,，不但要建設(shè)一個(gè)完善的消防給水系統(tǒng),，更重要是要確保該系統(tǒng)的正常運(yùn)行，有一個(gè)正常的給水壓力,。針對(duì)這種情況,，本文設(shè)計(jì)介紹一種消防給水系統(tǒng)水壓是否正常的檢測(cè)系統(tǒng)，用于檢測(cè)消防給水系統(tǒng)水壓是否正常,，并給出顯示和報(bào)警,。
1 系統(tǒng)組成
該系統(tǒng)由微機(jī),、通信處理模塊、單片機(jī)消防栓信息采集模塊等三大部分組成,。系統(tǒng)的組成如圖1所示,。
上位機(jī)由PC機(jī)構(gòu)成，位于整個(gè)系統(tǒng)的最上層,，主要負(fù)責(zé)控制和管理整個(gè)系統(tǒng)中的所有通信及對(duì)收集到的各個(gè)模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,。
通信處理模塊由控制W77E58單片機(jī)構(gòu)成。一方面通過(guò)RS 232接口總線與上位機(jī)通信,；另一方面利用無(wú)線通信芯片nRF401與消防栓信息采集模塊通信,。
單片機(jī)消防栓信息采集模塊，用單片機(jī)AT89S51實(shí)現(xiàn)對(duì)消防栓信息采集和對(duì)無(wú)線通信芯片nRF401收發(fā)功能的控制,。
2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
2．1 通信處理模塊
通信處理模塊電路如圖2所示,。該模塊由于要使用兩個(gè)串口分別對(duì)上層和下層通信，因此主控制器使用華邦公司的W77E58單片機(jī),。
W77E58單片機(jī)內(nèi)含兩個(gè)增強(qiáng)型串口和32 KB大容量FLASH存儲(chǔ)器,。指令集與51系列單片機(jī)完全兼容，非常適合在智能化監(jiān)控系統(tǒng)中使用,。W77E58的連線非常方便,。電路所需要的外部元件僅僅是一個(gè)晶振加兩個(gè)電容驅(qū)動(dòng)片內(nèi)振蕩器、一個(gè)連接到復(fù)位腳的電阻,、電容,。使用片內(nèi)上電復(fù)位電路，XTAL1,，XTAL2是參考振蕩器端,，晶振頻率為 11．059 MHz。其中串口0通過(guò)RS 232總線接口與PC機(jī)相連,，串口1則負(fù)責(zé)連接無(wú)線通信芯片nRF401,。W77E58自帶有看門(mén)狗定時(shí)器，此定時(shí)器是一個(gè)獨(dú)立于CPU自行運(yùn)行的定時(shí)器,，系統(tǒng)可通過(guò)編程將其設(shè)置為系統(tǒng)監(jiān)控器,，時(shí)基發(fā)生器或事件定時(shí)器。因?yàn)閱纹瑱C(jī)的信號(hào)電平符合TTL／CMOS標(biāo)準(zhǔn),，PC機(jī)的串口典型的RS 232信號(hào)在正負(fù)電平之間擺動(dòng),，因此需要MAX202芯片實(shí)現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換。
nRF401無(wú)線通信芯片是Nordic公司生產(chǎn),，該芯片使用了433 MHz IGM頻段,，集成了高頻發(fā)射、高頻接收,、PLL合成,、FSK調(diào)制,、FSK解調(diào)、多頻道切換等功能,，具有性能優(yōu)異,、功耗低、使用方便等特點(diǎn),。通過(guò)其外部引腳,，可以使芯片隨時(shí)在發(fā)送模式和接收模式之間切換，無(wú)需進(jìn)行任何初始化設(shè)置,。nRF401通過(guò)單片機(jī)串口直接與MCU通信,，無(wú)需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特編碼。
在nRF40l與W77E58單片機(jī)接口中,。nRF401電路的工作模式由19腳TXEN控制，19腳為高電平時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù),、為低電平時(shí)接收數(shù)據(jù),。發(fā)送時(shí)，信號(hào)從單片機(jī)串口TXD(P1．3)輸送給nRF401的9腳DIN端口的二進(jìn)制串行數(shù)據(jù)被調(diào)制后通過(guò)天線發(fā)射出去,；接收時(shí),，信號(hào)從天線接收轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制串行數(shù)后，通過(guò)10腳DOUT輸送給單片機(jī)串口RXD(P1．2),。該芯片12腳CS=0工作于433．92 MHz頻段,，CS=1工作頻段為434．33 MHz。18腳PWR_UP低功耗控制,，為高電平時(shí),，處于工作狀態(tài)；為低電平時(shí),，處于待機(jī)狀態(tài),。
2．2 單片機(jī)消防栓信息采集模塊
消防栓信息采集模塊如圖3所示。需要完成兩個(gè)方面的工作,，一方面通過(guò)I／O接口讀取外部設(shè)備的消防栓信息,，另一方面通過(guò)無(wú)線通信芯片nRF401響應(yīng)主控機(jī)發(fā)送的查詢(xún)請(qǐng)求，回送當(dāng)前消防栓信息,。消防栓信息采集模塊由從控AT89S51單片機(jī),、水壓采集部分、A／D轉(zhuǎn)換電路,、無(wú)線收發(fā)電路等組成,。
水壓采集和轉(zhuǎn)換部分是將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)能夠處理的數(shù)字信號(hào)，由CYGl512型傳感器和模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC0832組成,。CYG512的壓力敏感元件采用當(dāng)代最先進(jìn)的MEMS技術(shù)設(shè)計(jì)與制造,。三維集成,、雙面加工的硅壓阻壓力敏感元件具有優(yōu)秀的線性精度。離子注入,、精細(xì)光刻技術(shù)制作的惠斯頓應(yīng)變電橋的高度一致性使其具有很小的溫度漂移,。采用硅硅直接鍵合技術(shù)使得硅薄膜力敏結(jié)構(gòu)具有很高靈敏度、優(yōu)良的穩(wěn)定性,、優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性能的同時(shí)具有超薄的厚度,。它綜合力敏結(jié)構(gòu)與襯底加固結(jié)構(gòu)的總厚度僅為O．6 mm，更有利于獲得更薄最終尺寸的薄形傳感器,。CYGl512傳感器,，是將CYG512系列產(chǎn)品和信號(hào)放大調(diào)理部分分體裝在一個(gè)與電線相連的儀表小盒內(nèi)，它可以提供O～5 V的輸出,、方便與ADC0832接口,。CYG512的標(biāo)準(zhǔn)量程在100 kPa，160 kPa,，250 kPa,，400 kPa，600 kPa,，1 000 kPa,，1 600 kPa，2 500 kPa,，4 000 kPa,。
ADC使用ADC0832是帶有串行輸入輸出8位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為80μs,。它的兩個(gè)模擬量輸入通道是可編程的,，可以由串行輸入口DI 的3位控制字指定通道。CYGl512傳感器將壓力信號(hào)以電壓信號(hào)的形式提供給ADC0832,。選擇ADC0832的CHl為單端輸入工作方式,，CHO為不工作。所以,，由DI端輸入的控制字為“111”,，可將DI固定接高電平。當(dāng)單片機(jī)的P1．2口將ADC0832的CS腳置低電平時(shí),，CLK的前3個(gè)脈沖上升從DI端輸入控制字“111”,，接下來(lái)的8個(gè)脈沖完成轉(zhuǎn)換過(guò)程，轉(zhuǎn)換后的8位數(shù)據(jù)就從P1．O口讀入到單片機(jī)中,。
狀態(tài)指示部分是一個(gè)發(fā)光二極管,，指示系統(tǒng)工作狀態(tài)。滅狀態(tài)表示水管水壓正常，當(dāng)發(fā)光二極管亮?xí)r表明水管沒(méi)水,，當(dāng)二極管閃爍時(shí)表明水管水壓偏低,。
3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)其主要部分為通信處理模塊和消防栓信息采集模塊兩大部分的設(shè)計(jì)。
通信處理模塊的軟件設(shè)計(jì)主要有程序初始化部分,、RS 232通信部分和無(wú)線通信部分,。串口初始化。W77E58的串口O工作在工作方式1,，通過(guò)RS 232與PC機(jī)通信,。串口1工作在工作方式1，控制nRF401通信,。兩個(gè)串口均使用定時(shí)器1控制通信波特率,，波特率定為9 600 b/s。
由于無(wú)線通信的特殊性,，外部干擾使得誤碼率較高,。因此，軟件設(shè)計(jì)首先要保證能夠識(shí)別噪聲和有效數(shù)據(jù),，通信協(xié)議的設(shè)計(jì)就顯得十分重要,。設(shè)計(jì)中采用如下通信協(xié)議：
(1)數(shù)據(jù)發(fā)送使用查詢(xún)方式，接收使用中斷方式,。
(2)數(shù)據(jù)幀包含幀首,、幀尾,、地址,、數(shù)據(jù)及校驗(yàn)部分，數(shù)據(jù)幀的格式如圖4所示,。幀首采用雙字節(jié)0x55和0xAA,，幀尾使用0x01結(jié)束；地址是用雙字節(jié)地址,，共16b,，地址分配上，各個(gè)電流采集模塊地址不相連,，使其保持一定的容錯(cuò)性,；數(shù)據(jù)部分為一個(gè)字節(jié)；地址部分和數(shù)據(jù)部分使用16進(jìn)制ASCII送,；幀的校驗(yàn)部分使用CRC4校驗(yàn),。
(3)接收方檢測(cè)到連續(xù)的0x550xAA字節(jié)，表示接收到有效的數(shù)據(jù)幀,，如果幀校驗(yàn)通過(guò),，接收方根據(jù)命令請(qǐng)求后發(fā)送相應(yīng)數(shù)據(jù)，若該幀結(jié)構(gòu)非法，則丟棄該幀,，不做任何處理,。
(4)發(fā)送方在發(fā)送查詢(xún)請(qǐng)求后，將啟動(dòng)監(jiān)控定時(shí)器并等待接收應(yīng)答,，如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到相應(yīng)的數(shù)據(jù)應(yīng)答,，發(fā)送方將重新發(fā)送請(qǐng)求，并進(jìn)行錯(cuò)誤計(jì)數(shù),，以免數(shù)據(jù)丟失,。如果錯(cuò)誤計(jì)數(shù)達(dá)到一定值，發(fā)送方停止發(fā)送請(qǐng)求,，進(jìn)入錯(cuò)誤處理,。
消防栓信息采集模塊軟件設(shè)計(jì)，當(dāng)從機(jī)收到自己的地址并向主機(jī)應(yīng)答后,，轉(zhuǎn)為接收模式,。如隨后一段時(shí)間內(nèi)再?zèng)]有收到主機(jī)的查詢(xún)信號(hào)，則認(rèn)為主機(jī)已經(jīng)正確接收到該從機(jī)發(fā)送回的應(yīng)答信號(hào),，完成一次正確通信,，從機(jī)轉(zhuǎn)為接收模式。消防栓信息采集模塊部分流程圖如圖5所示,。
4 結(jié) 語(yǔ)
本系統(tǒng)充分考慮了環(huán)境對(duì)通信的干擾,，在調(diào)試中發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)首先嘗試不斷發(fā)送0X55AA,，以檢驗(yàn)數(shù)據(jù)收發(fā)的誤碼率,，如果誤碼率校大，應(yīng)對(duì)電路進(jìn)行重新設(shè)計(jì),。由于采用無(wú)線通信芯片nRF401,，進(jìn)行多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集十分方便、快捷,。尤其適合對(duì)廠房,、倉(cāng)庫(kù)等復(fù)雜場(chǎng)所控制。