基于RS_485总线的执勤报警系统设计

西安工程大学学报Journal o fX i an Po l y technic University第25卷第2期(总108期)2011年4月Vo.l25,N o.2(Sum.No.108) 文章编号:1674 649X(2011)02 0239 04基于RS 485总线的执勤报警系统设计卫建华1,刘安利2,朱 磊1,冯 智1(1.西安工程大学电子信息学院,陕西西安710048;2.武警陕西总队,陕西西安710054)摘要:从部队执勤实践的需求出发,设计了基于RS 485通信总线的基层部队执勤联动报警系统.该系统采用模块化的设计思路,各电路模块采用C8051F系列单片机进行设计,满足执勤哨位报警需求,并可对相关执勤设施进行智能控制.关键词:执勤;报警;RS 485;管理中图分类号:TN914 文献标识码:A0 引 言在各部队执勤工作中,执勤哨兵主要采取的是人力防范为主,技术防范为辅的手段.为了能够更好地发挥执勤设施的作用,把人防和技防有机结合起来,确保执勤工作的安全可靠,各部队纷纷开展信息化建设,执勤报警系统就属于信息化建设中的一项重要内容.目前各部队采用的报警系统多为较早期的报警系统,系统采用三色报警,报警信息以声光结合方式进行,报警信息较为单一,且与执勤系统联动不够紧密[1 3].针对早期报警系统的局限,研制了新型执勤报警系统,该报警系统以部队信息化建设的相关标准为依据,专门针对部队执勤系统研究开发,系统采用六色报警,报警信息的显示不但包括多种报警警笛声音、不同颜色的灯光显示,而且增加了语音播报及LED文字显示,可与查勤哨位的电子地图进行联动,同时具备无线接口,可连接用于流动哨位的无线报警分机,整个报警系统符合部队执勤工作的技术要求.1 执勤报警系统组成执勤报警系统主要由报警管理中心主机、哨位报警分机、语音报警分机、六色报警分机以及便携式无线报警分机组成,如图1所示.报警管理中心主机与哨位报警分机、语音报警分机以及七色报警分机采用总线方式连接,通信总线设计采用了RS 485.RS 485总线以其结构简单、通信速率高、传输距离远、技术成熟等诸多优点,在工业控制系统中得到了广泛应用.整个报警系统连接采用菊花链总线方式,这样能够实现较远距离的通信,通信距离可达到1 2km,也可以通过加装支持RS 485总线的光端机来提高通信距离.同时RS 485总线布线简单,只需一对双绞线就可完成多达32个终端的通信,既降低了实际应用成本,又减少了实际安装施工的工作量.执勤报警系统还可以通过报警管理中心主机上的扩展接口与PC机相连,通过PC机中的执勤管理系统对报警系统的相关信息进行管理,同时可通过以太网与上级部队进行联网,上级管理部门可实时查询该收稿日期:2011 01 14通讯作者:卫建华(1968 ),男,陕西省韩城市人,西安工程大学副教授.E ma i:l we i jianhua@图1 哨位报警系统组成系统的相关执勤报警信息.1 1报警管理中心主机图2 报警管理中心主机组成报警管理中心主机负责整个报警系统的管理工作,具备与三级网报警网关的接口,负责向报警网关发送报警信息.图2为报警管理中心主机组成框图,该主机由单片机M C U 、键盘模块、LED 模块、语音模块、报警模块、通信模块及继电器模块组成.键盘模块与查勤哨位工作台上的各种报警按键相连,报警按键对应袭击、灾害等不同警情,同时还设置了对摄像头等设备的控制、执勤提醒、复位等功能按键.单片机通过串口与LED 模块相连,可以控制LED 采用汉字方式显示所有的报警警情及报警发生的位置.报警模块主要负责整个报警系统与报警网关相连.语音模块主要负责采用语音方式播报报警系统的相关报警信息,其播报的语音报警信息与LED 所显示的文字报警信息相对应.鉴于语音模块所要播报的语音内容较多,这里采用专业语音芯片I SD4004系列,该系列芯片工作电压为3V,单片录放时间8~16m in .为了获得较好的音质,可将采样频率设定为8 0k H z .这里I SD4004的所有操作必须由单片机控制,操作命令通过串行通信接口SPI 传输.继电器模块主要负责报警信息的输出.当报警管理中心主机收到各哨位的报警信息后,通过单片机控制相应的继电器动作,用以将控制中心的主控台上相应的不同颜色指示灯接通电源,用灯光的形式显示各种报警情况.通信模块主要负责整个系统的通信,考虑到系统的带负载能力等要求,其核心电路芯片采用M ax i m 的RS 485专用芯片MAX1487.1 2 哨位报警分机哨位报警分机的组成如图3所示.哨位报警分机与报警管理中心主机的构成基本相同,相对于报警管理中心主机而言省去了报警模块和LED 模块,随之增加了无线模块.无线模块主要完成整个系统与移动式无线报警分机等无线设备的连接,其他模块与报警管理中心主机的相关模块功能形同,这里不再赘述.1 3 语音报警分机语音报警分机由单片机、语音模块、继电器模块以及通信模块组成.继电器模块用以控制不同颜色的警灯;语音模块主要功能有两个,一是通过音响设备播报不同的报警提示语音,另一个是播报备勤人员的行动指示语音.1 4 六色报警分机六色报警分机与语音报警分机结构大体相同,只是将语音报警分机中的语音模块替换为多音警号,通过6种不同的警号声音播报不同的警情.240 西安工程大学学报 第25卷图3 哨位报警分机组成2 系统设计2 1 RS 485通信线路抗干扰及可靠性设计RS 485通信总线对系统的拓扑结构有较为严格的要求,在进行电缆布线式应采用菊花链的连接方式.在实际的布线施工中,由于地形、建筑结构等因素的约束,电缆铺设不能完全满足这种拓扑结构,这时可采用加装RS 485/光纤转换器来解决这一问题.通信用的通信线缆须采用国际上通行的屏蔽双绞线,采用图4 语音报警分机组成屏蔽双绞线有助于减少和消除两根RS 485通信线之间产生的分布电容以及来自于通信线周围产生的共模干扰.RS 485收发器在规定的共模电压-7V ~+12V 之间时才能正常工作,如果超出此范围会影响通信,严重的会损坏通信接口.解决这一问题的有效手段之一是将RS 485通信线的屏蔽层用作地线,将设备机壳、PC 机等网络中的设备地连接在一起,采用一点接地方式接入大地.由于武警部队负责执勤所处的位置会有高压电网,因此在进行通信电缆布线时尤其要注意尽可能远离高压电网.RS 485通信线路可靠性设计时首先要考虑的问题是阻抗匹配问题.所谓阻抗匹配即信号线的负载应与信号线的特性阻抗相等.由于通信载体是双绞线,其特性阻抗为120 左右,所以线路设计时,在RS 485网络传输线的始端和末端各应并接120 的匹配电阻,以减少线路上传输信号的反射[4].在可靠性设计上还要考虑通信速率的设定.对于RS 485总线系统,数据传输速率越高,越容易产生反射波干扰,通常传输速率可在1200~19200b /s 之间选取,经过综合考虑(既要考虑报警系统对数据传输速率的要求,还要考虑系统可靠性),本报警系统的数据传输率采用9600b /s .在进行硬件电路设计时还应该考虑采用电路保护措施以提高可靠性.由于本报警系统处理器采用C8051F 系列单片机,其工作电压为3 3V,而系统会通过连接带有RS 485接口的光端机以进行远距离传输,目前绝大多数的光端机的RS 485接口均采用5V 供电系统,因此硬件需设计光电隔离及电平转换电路,在实际电路设计时同时采用TVS 瞬态抑制二极管对接口电路进行保护.经过实际应用测试,RS 485接口芯片推荐采用MAX1487,可提高RS 485系统的负载驱动能力.2 2 数据传输方式设计报警系统对系统的可靠性及实时性要求非常高,而在本系统设计时首先要满足可靠性的要求,必须确保系统中的哨位报警分机等通信节点出现异常时系统能够及时发现并排除故障,因此本系统采用RS 485的主从式通信方式,查勤哨位设为中心管理主机,哨位报警分机、语音报警分机、六色报警分机和无线报警分机均设为从机,数据传输都是通过主机与从机交互进行的,通信方式采用中心主机循环轮询各个分机,各个分机均设定网络地址,区别在于哨位报警分机和无线报警分机设定独立的地址,当主机的轮询信息中包含自己的地址时,此从机则对此帧进行应答,其他节点则忽略此帧,不做任何处理,而语音报警分机和八色报警分机采用公共的广播地址,主机不做轮询.这样中心管理主机可以实时了解哨位报警分机的工作状态,如果出现某一哨位报警分机在轮询时无应答,则表明该分机出现故障需要及时维修,这种模式不会引起总线数据冲突,在确保报警系统可靠性的前提下尽可能保证报警系统的实时性.在本系统的实际应用中可利用C8051F 系列单片机自带的地址掩码设置功能为哨位报警分机和无线报警分机分配独立的网络地址,六色报警分机和语音分机使用同一地址,中心主机配置为接收所有数据.在具体设计中为1号哨位报警分机分配地址00H,01H,80H,81H,2号报警分机分配地址00H,02H,80H,82H,3号报警分机分配地址00H,04H,80H,84H,六色报警分机和语音分机统一使用地址80H.主机轮询各个分机时使用各分机专用地址01H,02H,04H 等,当有警情发生时采用所有分机共有的广播地址80H 进行广播发送报警信息,提高系统报警响应速度.若该系统应用于实时性要求较高的报警系统,可以采用多主结构的RS 485通信方式,但系统的可靠241第2期 基于RS 485总线的执勤报警系统设计242 西安工程大学学报 第25卷性有所降低[5 6].3 结束语通过对已应用于陕西某部队的执勤报警系统的测试表明,系统工作稳定可靠,有效提高了执勤哨位综合快速反应能力和应对报警事件的处理能力,符合部队的信息化建设要求,而且可满足不同军种的执勤报警需求,同时也可用于民用报警系统.参考文献:[1] 赵晓进,杨沙乐,董建园.营区安全监控系统设计与实现[J].自动化与仪表,2009(10):10 12.[2] 孙华强.基于单片机的武警执勤联动系统设计[D].长沙:国防科学技术大学,2008.[3] 闫磊,周蔚然.和谐形势下的安全营区规划研究[J].后勤工程学院学报,2008(3):73 76.[4] 朱志伟,周志光,鲍祖尚.R S 485总线通信系统的可靠性措施[J].单片机与嵌入式系统应用,2006(3):68 70.[5] 宋晓伟,解大.多主结构485总线的设计与实现[J].电力系统通信,2008(4):50 53.[6] 吴军辉,林开颜,徐立鸿.R S485总线通信避障及其多主发送的研究[J].测控技术,2002(8):41 43.Design of t he guard duty and al arm syste m based on RS 485WEI J i a n hua1,LIU An li2,Z H U L ei1,FE NG Zhi1(1.Schoo l of E l ectronics and Infor m ation,X i an Po lytechnic U nivers it y,X i an710048,Chi na;2.Shaanx i P rov i nc i a l P eop l e s A r m ed Po li ce F orces,X i an710054,Ch i na)Abst ract:Fr o m the actual requ ire m ents o f the ar m y perfor m i n g guard duty,a kind of guard duty co m b i n ed alar m syste m used i n grass roots force,based on RS 485co mm un ication bus,is designed.I n t h e design of alar m syste m, t h e m odu lar desi g n concept is adopted,and t h e syste m ism ade up o f several circu itm odu les using C8051F series ofm icrocontro llers.The syste m can no t on ly m eet the need fo r guar d duty,but also i n telli g ently contr o l the facili ties for m ilitary duty.K ey w ords:guard duty;alar m;RS 485;m anage m ent编辑、校对:武 晖。