莫本团

1.背景

智能消防炮是由智能型红外探测组件、自动扫描射水高空水炮、机械传动装置、电磁阀组四大部分组成的一种灭火设备。其中智能型探测组件、自动扫描射水高空水炮和机械传动装置为一体化设置，智能消防炮集成了如此多的功能以及保护人身生民财产的使命的特点，致使保证其每时每刻都在正常工作状态，但是智能消防炮安装高度在6m～35m之间，在建筑物内云梯、高空作业车都很难进入，有些地方脚手架都很难搭建，如何对消防炮进行日常的检测维护给人们提出了新的课题。以往发生火灾需要人工干预灭火时，操作员需要进入火灾现场使用固定于现场的操作器控制消防炮动作进行灭火，这是比较危险的。因此设计出一种能远程控制及检测消防炮的装置确保消防炮能正常工作及操作员的人身安全，显得十分重要。

2.现有技术主要缺点：

根据现代建筑风格的特点，一个建筑内有多个不连贯的区域，每个区域根据设计要求布置不同数量的消防设施才能满足消防灭火的需要。目前业内大都采用的是电动葫芦遥控器的开关量控制消防炮转动，只能单区域单向控制转动部分功能，控制数量≤4，并且远程控制距离小于100米，不能全面的检测消防炮。

3.本技术优点

综合相关标准规范及产品特点，本多功能遥测控制装置需要实现的功能：通过无线发射器面板上的功能按键远距离自动搜索现场布置的接收器的频道，握手成功后，输入任意终端设备（消防炮）的地址就可以控制消防炮多个运转状态或采集该终端设备消防炮的工作状态，这可以使用单个装置解决了多区域，多数量的检测控制要求。技术参数要求如下：

（1）防护等级：IP65

（2）遥控距离：视距≥500米（SMA天线或弹簧天线）；

（3）双向数据加密传输，安全码64位；

（4）低功耗设计，工作电源2.1～3VDC（两节碱性五号电池可正常工作），待机电流<0.5uA；

（5）10个功能按键：具备急停按钮，可通过按键设置频道、地址。；

4.发射器设计

发射器由控制键盘、蘑菇头急停按钮、无线数传模块、低功耗LCD组成。控制键盘采用的是3×3的9个按键，外加一个独立的蘑菇头急停按钮，当紧急情况时候，可以使用该紧急按钮处置。无线数据传输具备双向传输，载波频率采用433MHz，调制模式采用DSSS扩频技术（扩频技术简单讲就是增加传输的信息量，通过容错解码技术来提高抗干扰性），发射功率20dBm（约100mw），数据长度精简至5字节，且采用CRC16校验，当接收器收到数据后再进行解密码还原成控制信号。发射器实现低功耗设计，需要各个部分功能都具备低功耗参数。其中LCD显示部分是耗电大户，需要采用的是段式LCD（开启时候<1mA）并带有背光方便黑暗中使用；9个按键任意按下经过D1、D2、D3二极管（反向截止行列互不干涉）后与MCU中断引脚INT0就形成一个下降沿信号，这样控制键盘在行列扫描时就可以实现外部中断触发唤醒CPU，蘑菇头需要独立的中断引脚，这样无论什么时候都可以唤醒CPU。

5.接收器设计

根据以往的工程施工经验，设备安装位置及线路的长短具有不确定性特点，所以接收器需要采用AC220V供电，尽量把体积做小，方便集成到其他产品的控制箱内。如图2所示接收器由无线数传模块、高亮数码管，AC/DC电源，RS485控制器组成。设备安装布线时候需要将接收器的RS485通信线并在消防炮的485总线网络中，当接收器MCU收到无线信号后立即进行解码将结果在数码管上显示，同时将数据还原成控制信号转发到485总线网络上（简单地说就是接收器将无线信号解码后转成RS485信号），这样就可以控制对应的消防炮，若接收器收到握手或者搜索数据，则要对发射器进行应答（应答的信息需要包含消防炮当前的状态），这样发射器收到应答信号后就可以在LCD上显示当前消防炮的状态。

6.数据安全性设计

无线设备越来越多的嵌入到人们的生活、生产中，而总多的无线设备的存在使无线信道越来越不干净，频谱干扰越来越恶劣，采用DSSS扩频技术的同时还需要一种稳定的数据校验方式，CRC16即循环冗余校验码成了首选方式，CRC16数据通信领域中最常用的一种查错校验码，其特征是信息字段和校验字段的长度可以任意选定。接收器采用循环冗余检查（CRC）数据传输检错功能，对数据进行多项式计算，并将得到的结果附在帧的后面以保证数据传输的正确性和完整性。采用函数法计算CRC16：

void CRC16_Calc（uchar crcbuf）//计算CRC16函数

{

uchar i；uchar TT；

CRC16=CRC16^crcbuf；

for （i=0；i<8；i++）

{

TT=CRC16&1；CRC16=CRC16>>1；CRC16=CRC16&0x7fff；

if（TT==1）CRC16=CRC16^0xa001；

CRC16=CRC16&0xffff；

}

}

其中数据进栈前需要把CRC16先置位0xFFFF（即CRC16=0xFFFF），数据不段地从crcbuf口进入，经过CRC16_Calc（）函数计算好就可以得出所接收/发射到的数据的校验码。例子如下：

CRC16=0xFFFF；//CRC初装状态为1

for（i=0；i<=L-3；i++）CRC16_Calc（RxBuf[i]）；//L为接收到的数据长度，RxBuf[i]为接收到的数据。

7.功能原理设计

长按“-”按钮时间>2秒并保持，则发射器自动搜索接收器的频率，成功后自动停止搜索，LCD显示搜索到的频率以及相关参数，红色蘑菇头急停开关旋转45度，使其自动弹出来，使用“↑”、“↓”、“←”、“→”、“↘”、“↗”6个按键控制消防炮Z、Y、Z三维方向运转。使用“START”启动按钮和急停按钮，控制消防炮的开启和关闭。使用完成后将“REST”急停按钮按下，防止误操作。注意的是无线遥控器具有识别无线接收器频率和地址编码功能，在安装时必须确认同一工作区无线接收装置不能有相同频率及地址编码，以避免相互影响而产生误动作，接收器安装位置必须远离变频器、马达及其连接电缆越远越好，以避免接收机受到信号的干扰。

参考文献：

[1]中国工程建设标准化协会.大空间智能型主动喷水灭火系统技术规程。CECS263：2009.

[2]中华人民共和国国家标准.自动跟踪射流灭火系统。GB25204-2010.

[3]谭浩强.C程序设计（第4版）。清华大学出版社.2012.7.

[4]潘永雄.开关电源技术与设计。西安电子科技大学出版社.2016.02.

[5]贾维敏，金伟，李义红.遥测技术及应用。国防工业出版社.2016.04

[6]张肃文.高频电子线路。第五版高等教育出版社，1979.05.

[7]Theodore S.Rappaport（西奥多S.拉帕波特）著.無线通信原理与应用（第二版）。电子工业出版社.2012.08.