基于二总线技术的剩余电流火灾探测器

张晓旭　杨晓妍

（丹东华通测控有限公司，辽宁 丹东 118009）

【摘要】本文通过深入学习二总线通讯原理,并依据国家消防规定的设计要求,提出了基于二总线的电气火灾探测器的设计方案。该系统采用二总线通讯网络,主控制机和下位机采集器之间采用二总线通讯方式,通过这样的结构较好地实现了对有漏电电流和对温度的监控。其次,本文详细地介绍了主控制机、下位机采集器的硬件设计及软件实现。主控制、下位机采集器选用高性能的dsPIC30F4013单片机作为其微控制器, 主控制、下位机采集器分别采用通信接口芯片TC100B和TC001B为二总线收发器实现二总线通讯模块的设计。

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关键词 主控制机；下位机采集器；二总线

0　引言

随着社会的发展,用电设备和用电量激增,由此引发的电气火灾在各类火灾中所占的比例越来越高,造成的损失也越来越严重,而预防电气火灾最有效的方法就是安装电气火灾探测器。智能型剩余电流式火灾探测器由主控制机和下位机剩余电流采集器与温度采集器组成，当被保护线路中的剩余电流互感器探测到的剩余电流超过电气火灾监控报警器的预设定值或温度传感器探测到的温度超出预设定值时，电气火灾监控器的报警器经分析、确认后发出声光报警信号和控制信号。通信采用二总线方式将供电线与信号线合二为一，节省了施工和线缆成本，给现场施工和后期维护带来了极大的便利。

1　火灾探测器的实施方案

电气火灾监控系统，特点在于漏电监控方面属于先期预报警系统。与传统火灾自动报警系统不同的是，电气火灾探测器早期报警是为了避免损失，而传统火灾自动报警系统是为了减少损失。所以，这就是说为什么不管是新建或是改建工程项目，尤其是已经安装了火灾自动报警系统的单位，仍需要安装电气火灾探测器的根本原因。

本设计方法适用于采用剩余电流式和测温式电气火灾探测电气火灾的报警系统，保护线路中的剩余电流互感器探测到的剩余电流超过电气火灾监控报警器的预设定值或温度传感器探测到的温度超出预设定值时，电气火灾监控器的报警器经分析、确认后发出声光报警信号和控制信号。监控报警器能显示报警线路、泄漏电流大小，传感器温度等。通信采用二总线方式将供电线与信号线合二为一，实现了信号和供电共用一个总线的技术。二总线节省线缆成本，给现场施工和后期维护带来了极大的便利。

采用了主控制器、下位机采集器和微型计算机构成集散监控方案，充分考虑了大、中、小不同客户的需求。下位机采集器能够独立工作，监控单个测点；主控制器能够实现至多128个下位机采集器的分级管理，构成多级智能监控系统，实现区域选择性保护并具有存储、显示和打印功能；微型计算机能够监控多个主控制器（数据集中器），操作方便，具有友好的显示界面。采用二总线通讯技术，快速自检，不断地对所有的下位机采集器、系统布线以及主控制器本身进行故障检测，提高了系统的可靠性。具有很好的扩散性，可以和火灾自动报警系统相联，实现远程切断火灾发生点的负载和电源。

2　二总线电气火灾的可行性

2.1　二总线技术介绍

二总线可供现场设备供电。无需再布设电源线。抗干扰能力更强二总线抗干扰能力强，对现场施工布线更容易，更可靠，也更节省人工和施工费用。通讯距离远二总线通讯距离可以达到1000米（可靠值）甚至3000米无需中继器。无极性接线在一个区域网络中几百点子站应用中，一旦接反其中一点子站，检查起来极为费时费力。而二总线接线无极性，不会产生此类问题。

2.2　二总线电气火灾探测器的构成

由于电气火灾探测器的监控多，监控距离远，对数据的安全性与准确性有特殊的要求，故采用可靠性和性价比较高的二总线现场总线，并以总线拓扑结构连接。保证系统可靠工作和降低成本的条件下，二总线的分散型控制系统具有通用性、实时性和可扩展等特点，据此，系统主要有主机和若干个下位机采集器构成二总线通信。

本电气火灾探测器是以基于支持实时仿真和跟踪的16位dsPIC30F4013微控器核心，采用二总线把主控制器、下位机采集器进行通信，该系统由单片机对电压值、电流值、剩余电流、电缆温度、环境温度等被测参量进行多路数据采集监控。下位机位于现场各个配电柜、配电箱内，对被检测对被测参量。主机控制器防止消防控制中心，通过1.5平方的电缆二总线将各下位机采集的数据收集起来。下位机完成信号采集后，通过与报警设定值比较判断相应的线路状态，在产生报警后控制相应脱扣输出节点，使相应线路断开，将各线路状态及数据发送给主机控制器，并且实时显示被控线路的各种运行状态及数据通过RS485总线给电脑服务器，及时而且准确地记录下被监控线路的故障原因、故障地址、故障时间等数据。

3　二总线主控制器通信原理

TC100B为主控制通讯接口，静态功耗典型值小于1mA，工作电压：12V～36V；自带内部稳压输出：+5V，10mA；下行发码满幅电压调制，上行收码电流环解调，抗干扰能力强；最多挂接252个节点设备；通讯距离1200m，上行通讯速率达19200bps，下行通讯速率可9600bps；半双工通讯。

当TR/引脚低电平时，芯片处于发送状态，收发控制电路打开发送调制电路、输出驱动电路，同时关闭接收解调电路。系统空闲时应将该管脚置于发送状态，并且TXD发送高电平使总线保持供电状态。当TR/引脚高电平时，芯片处于接收状态，收发控制电路打开接收解调电路，同时关闭发送调制电路及输出驱动电路，TC100B发送接收逻辑。总线信号接收电路由REVIN引脚输入，解调后由RXD引脚输出TTL信号经过光耦隔离电路给主站dsPIC30F4013。总线发送电路有效的完成异步信号发送功能，dsPIC30F4013的TTL信号经过光耦隔离电路后由TXD引脚输入芯片，在总线上形成调制信号。当TXD发送高电平时，由BUSH驱动VT1在总线上输出高电平；当TXD发送低电平时，由BUSL驱动VT2在总线上输出低电平。

4　二总线下位机采集器原理

TC001B芯片实现下位机采集通讯接口功能。静态功耗典型值小于100uA；工作电压范围宽：7V~36V；自带内部可选稳压输出：+5V或+3.3V；上行发码电流环调制，下行收码满幅电压解调，抗干扰能力强；通讯距离1200m，上行通讯速率可达19200bps，下行通讯速率9600bps；采用半双工通讯。

TC001B具有完成数字通讯的调制解调、收发冲突控制、低功耗线性稳压功能。总线信号直接输入芯片，芯片RXD、TXD信号可直接输入单片机或通过光耦与单片机对接。总线信号接收电路由SIN 引脚输入，解调后由RXD引脚输出TTL信号给从站dsPIC30F4013。总线发送电路完成异步信号发送功能，dsPIC30F4013的TTL信号由TXD引脚输入芯片，在总线上形成调制信号。

5　结束语

火灾探测器能探测剩余电流，并在该剩余电流达到设定值时输出一个报警信号。火灾探测器采用二总线通信，二总线是一种可供电、无极性、两线制通信机制，具有通讯设备容量大，通讯速率高，设计简单，布线方便，抗干扰能力强等特点。二总线采用主从方式通讯，TC100B芯片实现主站的通讯接口功能，TC001B 芯片实现从站的通讯接口功能，这种方式将供电线与信号线合二为一，节省了线缆成本，给现场施工和后期维护带来极大的便利。

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参考文献

［1］高金玉.基于CAN总线控制的电气火灾监控系统[D].山东大学,2011.

［2］李公臣.基于CAN总线的电气火灾监控仪表的开[D].山东大学,2011.

［责任编辑：汤静］