Димовий пожежний сповіщувач

1. Димовий пожежний сповіщувач, що містить корпус, кришку із щілинами для проникання диму, на лицевій поверхні якої" є отвір або кнопка для перевірки працездатності сповіщувача, розміщені на корпусі під кришкою оптичний вузол, який виконаний у вигляді камери реєстрації диму із світлопоглинаючими стінками та встановленими в ній джерела світла і фотоприймача, оптичні осі яких не співпадають, та електронний блок, що складається Із послідовно зв'язаних підсилювача, аналізатора у вигляді мікропроцесора та індикатора, причому фотоприймач оптичного блока підключений до входу підсилювача, який відрізняється тим, що в нього введені послідовно зв'язані батарея живлення, кодокерований радюприйомопередавач (радіотрансивер) та антена, причому вихід батареї живлення підключений до других входів підсилювача та аналізатора, другий вихід якого зв'язаний із другим входом радіоприйомопередавача, а третій вихід аналізатора - зі входом джерела світла оптичного вузла засобу. 2. Димовий пожежний сповіщувач за п. 1, який відрізняється тим, що в нього введені послідовно зв'язані функціональні перетворювачі температура-опір на основі термістора та опір-напруга постійного струму, підключеного по виходу до третього входу аналізатора, при цьому обидва перетворювачі зв'язані з виходом батареї живлення. 3. Димовий пожежний сповіщувач за п. 1 або п. 2, який відрізняється тим, що батарея живлення є змінною. Корисна модель відноситься до обладнання протипожежного призначення, а саме - до оптикоелектронних димових пожежних сповіщувачів, які встановлюються в зоні, що охороняється та подають через радіоканал сигнал тривоги у випадку виникнення пожежі на технічні засоби охороннопожежної сигналізації. Відомий димовий пожежний сповіщувач, що містить корпус, кришку із щілинами для проникання диму, на лицевій поверхні якої є отвір або кнопка для перевірки працездатності сповіщувача, розміщені на корпусі під кришкою оптичний вузол, який виконаний у вигляді камери реєстрації диму із світлопоглинаючими стінками та встановленими в ній джерела світла і фотоприймача, оптичні вісі яких не співпадають, та електронний блок, що складається із послідовно зв'язаних підсилювача; аналізатора та індикатора, а також схеми живлення і початкового встановлення, ключів, реле, напівпровідникових ДІОДІВ і комутаційних елементів у вигляді перемикачів, при цьому фотоприймач оптичного вузла підключений до входу підсилювача, а джерело світла - через один із ключів до другого виходу аналізатора. [Извещатели пожарные СП212-5 АС, СП212-5, СП212-5 Ех ЖЩГИ.425239.000 ПС, 2000 г.; серийный производитель АО «Бучанский приборостроительный завод «ВЕДА», пгт. Буча Киевской обл.] Недоліком даного димового пожежного сповіщувача, обраного як прототип, є обмежені його функціональні можливості, обумовлені відсутністю двостороннього каналу безпровідної передачі інформації про виникнення осередку пожежі чи про його відсутність на прилади приймальноконтрольний пожежний (ППКП) або охороннопожежний (ППКОП) та необхідністю застосування для цього громіздкого провідного інтерфейсу, що призводить до підвищення масо-габаритних і вартісних характеристик системи пожежної сигналізації, де застосовуються сповіщувачі, а також значних витрат часу на їх підключення. Окрім цього, функції засобу обмежені відсутністю можливості одночасного контролю сповіщувачем температури оточуючого повітря в зоні охорони та реєстрації виникнення пожежі при досягненні його температури 60-80°С, що не дозволяє засобу виявляти горіння окремих видів речовин, які практично не виділяють при цьому диму (деревина, спирт тощо) (24)15.11.2005 00 о 10811 або, навпаки, виділяють так званий „чорний дим" (наприклад, при горінні гуми), який є практично абсолютним чорним тілом і не розсіює інфрачервоного випромінювання. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення димового пожежного сповіщувача шляхом введення в його електронний блок батареї живлення, кодокерованого радюприйомопередавача (радютрансивера) і антени, що забезпечує за рахунок реалізації' двостороннього радіоканалу розширення функціональних можливостей засобу та суттєво зменшує матеріальні і часові затрати на його підключення в системі пожежної сигналізації. Додатковим удосконаленням засобу є введення в нього послідовно зв'язаних функціональних перетворювачів: температура - опір на основі термістору та опір - напруга постійного, струму, підключеного до входу аналізатора, що дозволяє реєструвати виникнення осередку пожежі в зоні, що охороняється, також при досягненні в ній температури оточуючого повітря 60-80°С, І передаючи отриману інформацію через радіоканал на ППКП (ППКОП) тим самим розширити функціональні можливості засобу. При цьому сповіщувач має змогу виявляти пожежу при горінні „бездимних" та гумових матеріалів. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому димовому пожежному сповіщувачі, який містить корпус, кришку із щілинами для проникання диму, на лицевій поверхні якої є отвір або кнопка для перевірки працездатності сповіщувача, розміщені на корпусі під кришкою оптичний вузол, який виконаний у вигляді камери реєстрації диму із світлопоглинаючими стінками та встановленими в ній джерела світла і фотоприймача, оптичні вісі яких не співпадають, та електронний блок, що складається із послідовно зв'язаних підсилювача, аналізатора у вигляді мікропроцесора та індикатора, причому фотоприймач оптичного блока підключений до входу підсилювача, згідно з корисною моделлю в димовий пожежний сповіщувач введені послідовно зв'язані батарея живлення, кодокерований радюприйомопередавач (радіотрансивер) та антена, причому вихід батареї живлення підключений до других входів підсилювача та аналізатора, другий вихід якого зв'язаний Із другим входом радіоприйомопередавача, а третій вихід аналізатора - зі входом джерела світла оптичного вузла засобу. При такому рішенні забезпечується автономне живлення сповіщувача і реалізується безпровідний інтерфейс двостороннього обміну інформацією між ППКП (ППКОП) та корисною моделлю, зокрема, на основі технології ZigBee міжнародного стандарту IEEE 802.15.4, зникає потреба в застосуванні великої кількості проводів для зв'язку між ними при монтажі системи пожежної сигналізації, а також суттєво економиться час на її встановлення. Окрім цього, запропоноване рішення дозволяє побудувати систему пожежної сигналізації у вигляді розподіленої мережі сповіщувачів, в якій ППКП (ППКОП) виконує функції координатора мережі, а кожен із сповіщувачів - функції маршрутизатора або кінцевого засобу у відповідності з варіантами тополопй мереж ZigBee, наприклад, „зірка", „кластерне дерево" тощо, виходячи із розмірів приміщення та об'єкту, що охороняється Дане рішення дозволяє також оптимізувати режим енергоспоживання сповіщувача, згідно якому засіб практично весь час може знаходитися у „сплячому" стані і активуватися лише під час чергового сеансу зв'язку між ПКПП або ППКОП (чи маршрутизатором) і сповіщувачем, при появі ознак пожежі чи включенні оптичного блоку. [Панфилов Д., Соколов М. Введение в беспроводную технологию ZigBee стандарта 802.15.4 // Электронные компоненты. - 2004. - №12. - С. 7379. Соколов М. Програмно-аппаратное обеспечение беспроводных сетей на основе технологии ZigBee/802.15.4 // Электронные, компоненты. 2004.-№12.-С. 80-87.] Доцільним також є введення в сповіщувач послідовно зв'язаних функціональних перетворювачів: температура - опір на основі термістору та опір — напруга постійного струму, підключеного по виходу до третього входу аналізатора, при цьому обидва перетворювачі зв'язані з виходом батареї живлення, що дозволяє реєструвати виникнення осередку пожежі в зоні, що охороняється, при досягненні в ній температури повітря 60-80°С і, як наслідок, виявляти горіння широкого класу речовин. Найкраще, щоб батарею живлення сповіщувача, яка виробила свій ресурс, було легко замінити на нову. Таке рішення разом із оптимізацією режиму енергоспоживання сповіщувача є найбільш простим та швидким шляхом забезпечення працездатності засобу протягом тривалого часу його експлуатації. Суть запропонованої корисної моделі пояснюється кресленнями, де на Фіг.1 наведено приклад зовнішнього вигляду її конструкції', на Фіг.2 - структурна схема одного із кращих варіантів її реалізації, на Фіг.З - приклад схемотехнічного виконання функціональних перетворювачів температура опір та опір - напруга постійного струму запропонованого сповіщувача, а на Фіг.4 - часова діаграма роботи його оптичного вузла. Засіб містить корпус 1, який закріплюється у цоколі (не показаний), змонтованому, переважно, на стелі приміщення, яке контролюється, та насунута на корпус 1 сповіщувача кришка 2 із щілинами для проникання диму, на лицевій поверхні якої є, наприклад, отвір 3 для перевірки працездатності корисної моделі, а також виведено світлодіодний індикатор 10 спрацювання сповіщувача (Фіг.1). На корпусі 1 під кришкою 2 розміщений на друкованій платі 4 електронного блоку оптичний вузол, який виконаний у вигляді камери 5 реєстрації' диму із світлопоглинаючими стінками та встановленими в ній джерелом 6 світла (інфрачервоного світлодіода) та фотоприймача 7, наприклад, фотодіода, при цьому оптичні вісі джерела 6 і фотоприймача 7 не співпадають. Зона перетинання пучка променів, що виходить від джерела 6 світла, і поля зору фотоприймача 7 утворює область реєстрації диму, яка носить назву зони розсіювання. Така конструкція сповіщувача є відомою і її нема потреби описувати більш детальніше. 10811 [Патент України UA №52618 C2, G08B 17/107. Сигналізатор диму. Бюл. №1, 2004 p.] Електронний блок запропонованої корисної моделі містить підключений до виходу фотоприймача підсилювач 8, який забезпечує підсилення і формування фронтів вихідного імпульсного сигналу фотоприймача 7 і конструктивно може бути виконаний разом із ним у вигляді одного електронного компоненту, наприклад, типу S4810 Light Detector фірми Hamamatsu (Японія). Вихід підсилювача 8 (Фіг.2) підключений до входу порту паралельного вводу-виводу аналізатора 9 (мікропроцесора), виконаного, наприклад, на основі відомого мікропотужного однокристального мікроконтролера типу MSP430F149 фірми Texas Instruments (США) Зазначимо, що для цього необхідно застосовувати його порти Р1 або Р2, які мають можливість активації" мікропроцесора шляхом виклику переривань при зміні потенціалу на входах вказаних портів. Іншими складовими електронного блоку корисної моделі є кодокерований з боку мікропроцесора 9 радіоприйомопередавач 11, виконаний у вигляді, наприклад, інтегрального радіотрансивера типу СС2420 фірми Chipcon (Норвегія), що підтримує протокол ZigBee та стандарт ІЕЕЕ802.15.4. При цьому взаємозв'язок між мікропроцесором 9 та радіоприйомопередавачем 11 здійснюється через послідовний синхронний інтерфейс SPI, який підтримується обома кристалами. Окремо слід зазначити, що пара мікропроцесор 9 та радіоприйомопередавач 11 можуть бути виконані також і у вигляді єдиного інтегрального компонента, що задовольняє вимогам стандарту ІЕЕЕ802.15.4 та протоколу ZigBee, наприклад, ™nyJS24Z12i фірми Jennie (США). До виходу радіотрансивера 11 підключено антену 12, яка може бути реалізована у вигляді провідника безпосередньо на платі електронного блока сповіщувача, наприклад, у відповідності з рекомендаціями виготовлювача Інтегральної схеми СС2420 фірми Chipcon (Норвегія), застосованої в якості радіотрансивера 11. Ще одним елементом запропонованої корисної моделі є індикатор 10, виконаний на основі низьковольтного світлодіоду, наприклад, типу BLB21VI-L фірми BrightLed та підключеного до одного t3 виводів вказаних вище портів мгкропроцесора 9. Включення світлодіоду здійснюється шляхом видачі активного сигнал} мікропроцесором 9 на задіяний для індикатора 10 вивід порту. Контроль температури оточуючого сповіщувач повітря здійснюється за допомогою нововведених функціональних перетворювачів: температура опір 13 та опір - напруга постійного струму 14, виконаних, наприклад, у вигляді послідовно зв'язаних мостової схеми на основі термістора типу РСТ Thermistor 2381 67191103 фірми Vishay BComponents з температурою стрибкоподібного змінювання опору 70°С та звичайного низьковольтного інтегрального аналогового компгратора (Фіг.З). Вихід компаратора підключений до входу одного із портів Р1, Р2 паралельного вводу-виводу мікропроцесора 9, які мають, про що вже зазначалося вище, можливість активації процесора шля хом виклику переривань при зміні потенціалу на його входах. Живлення елементів електронного блоку сповіщувача здійснюється від батареї 15 напругою З В, наприклад, типу CR2032 відомої фірми Panasonic. Димовий пожежний сповіщувач працює наступним чином. Після підключення батареї 15 живлення мікропроцесор 9 здійснює програмування портів власних периферійних модулів паралельного (Р1, Р2), послідовного синхронного (SPI) вводувиводу, програмованих інтервальних таймерів (типу А і В) та АЦП з метою встановлення їх робочих режимів функціонування. При цьому виводи паралельного порту програмуються наступним чином: два виводи, зв'язані з виходами підсилювача 8 і аналогового компаратора перетворювача 14 - на введення даних, а два виводи порту, до яких підключені світлодіоди джерела 6 світла та індикатора 10 - на виведення даних з одночасним встановленням дозволу на формування сигналу запиту переривання процесора по, наприклад, позитивному фронту вхідного сигналу. За допомогою програмованих інтервальних таймерів А, В мікропроцесора 9 здійснюється формування часових діаграм роботи оптичного вузла сповіщувача. При цьому один із таймерів програмується в режим генерації прямокутних імпульсів типу „меандр" з періодом в одну або декілька секунд, а інший таймер, який запускається по фронту наростання або спаду вказаних імпульсів типу „меандр" - в режим чекаючого одновібратора з тривалістю вихідного імпульсу, наприклад, 40мкс (Фіг.4). [Семейство микроконтроллеров MSP430x1xx. Руководство пользователя: Пер, с англ. - М.: серия „Библиотека Компэла". ЗАО «Компэл», 2004. - 368 с] Тим самим на виході паралельного порту мікропроцесора 9 формується послідовність коротких імпульсів вказаних тривалості і періоду слідування, які надходять на світлодіод джерела 6 оптичного вузла сповіщувача, де в зоні розсіювання камери реєстрації диму перетворюються у світові імпульси. Окрім цього, через послідовний порт SPI мікропроцесор 9 здійснює також програмування режимів роботи радюприйомопередавача 11, зокрема, вибір робочого частотного каналу, вихідної потужності випромінювання схеми радіотрансивера, формат пакетів повідомлень для ППКП (ППКОП) тощо. Після цього мікропроцесор 9 переходить в один із „сплячих" режимів роботи (в якому продовжується робота його таймерів), при цьому вихід із „сплячого" режиму може здійснюватися в наст^аршийіпадкйюбумовлений появою через кожні одну або декілька секунд сигналу внутрішнього переривання мікропроцесора 9, що формується синхронно з періодом слідування імпульсів типу „меандр" на виході одного із таймерів блока 9 і викликано необхідністю періодичного включення джерела 6 світла. При наявності диму в зоні розсіювання камери реєстрації світові імпульси джерела 6, віддзеркалюючись від частинок диму, попадають на фотоприймач 7 і у вигляді імпульсних сигналів після 10811 підсилення та формування блоком 8 поступають на вхід паралельного порту мікропроцесора 9, де в момент надходження кожного із них генерується сигнал запиту на переривання процесора. Мікропроцесор 9 перевіряє і фіксує факт появи вихідного сигналу фотоприймача 7 на своєму вході та впевнившись у достовірності сигналу тривоги при надходженні, послідовності таких імпульсів протягом, наприклад, 8-1 Ос генерує через радіоприйомопередавач 11 на ППКП (ППКОП) повідомлення „Тривога", що супроводжується також постійним підсвплюванням світлодіода індикатора 10. Переданий на ППКП (ППКОП) радіосигнал тривоги обов'язково містить індивідуальний номер сповіщувача, який він має всередині мережі системи пожежної сигналізації, що дозволяє черговому персоналу відразу локалізувати місцезнаходження пожежі. При відсутності диму в камері реєстрації сповіщувача імпульсні сигнали з виходу фотоприймача 7 відсутні, тому мікропроцесор 9 після формування сигналу на включення джерела 6 відразу повертається у „сплячий" режим. Другий із випадків може бути викликаний появою ознак пожежі при досягненні температурою оточуючого повітря контрольованого значення (наприклад, 70°С). У цьому випадку провідна роль в засобі належить його нововведении функціональним перетворювачам 13 та 14 При нормальній температурі опір термістора Rp складає десятки Ом і є значно меншим, чим опір резистора Rs (Фіг.З), тому при R1=R2 вихідна напруга компаратора перетворювача 14 буде на рівні логічного „0". Якщо температура підвищується до контрольованого значення, опір термістора Rp скачкоподібно збільшується, що викликає переключення виходу компаратора на протилежний рівень логічної "1", надходження якого на вхід паралельного порту мікропроцесора 9 генерує сигнал переривання процесора і його перехід (протягом бмкс) із „сплячого" в активний режим. Мікропроцесор 9 аналізує, наприклад, впродовж декількох секунд сигнал з виходу перетворювача 14 і, впевнившись у достовірності сигналу тривоги, генерує через радіоприйомопередавач 11 на ППКП (ППКОП) повідомлення „Тривога", що супроводжується також постійним підсвітлюванням світлодіода 10. Переданий на ППКП (ППКОП) радіосигнал тривоги аналогічно описаному вище випадку появи ознак пожежі у вигляді диму обов'язково містить індивідуальний номер сповіщувача, який він має всередині мережі системи пожежної сигналізації, що дозволяє черговому персоналу відразу локалізувати місцезнаходження пожежі. Третій спосіб активації мікропроцесора 9 корисної моделі здійснюється шляхом надходження на вхід радіоприйомопередавача 11 сповіщувача сигналу від ППКП (ППКОП) із запитом інформації про стан приміщення або об'єкту, що охороняється, та власне самого сповіщувача (наприклад, щодо на 8 пруги його батареї 15 живлення). У цьому випадку радіоприйомопередавач 11 через антену 12 приймає радіосигнал запиту, активує через SPI інтерфейс мікропроцесор 9, який опитує вихід перетворювача 14 температурного каналу, здійснює включення джерела 6 для контролю наявності диму, вимірює через АЦП напругу батареї 15, після чого передає коротке повідомлення з отриманими результатами на ППКП (ППКОП) і знову повертається в „сплячий" режим, Слід зазначити, що при встановленні запропонованих димових пожежних сповіщувачів в складі системи пожежної' сигналізації на об'єктах з великою площею активація мікропроцесора 9 із зовні може здійснюватися не лише від ППКП або ППКОП, а й від одного із найближчих маршрутизаторів мережі цієї ж системи, в якості якого може застосовуватися, наприклад, такий же димовий пожежний сповіщувач або засіб іншого типу, наприклад, тепловий пожежний сповіщувач, що має у своєму складі аналогічний радіоканал. У цьому випадку на даний сповіщувач покладається виконання більш широких функцій не лише як кінцевого засобу, а і як маршрутизатора ВІДПОВІДНО до принципів побудови ZigBeeмереж. Таким чином, проведені удосконалення засобу суттєво розширюють його функціональні можливості за рахунок реалізації двостороннього радіоканалу обміну інформацією між ППКП (ППКОП) та корисною моделлю, зокрема, на основі технології ZigBee стандарту IEEE 802.15.4, що дозволяє уникнути застосування великої' кількості проводів для зв'язку між ними при монтажі системи пожежної сигналізації", а також суттєво зекономити час на її встановлення. Окрім цього, запропоноване рішення дає змогу побудувати систему пожежної сигналізації у вигляді розподіленої мережі сповіщувачів, в якій ППКП (ППКОП) виконує функції координатора мережі, а кожен із сповіщувачів - функції' маршрутизатора або кінцевого засобу у відповідності з варіантами топологій мереж ZigBee, наприклад, „зірка", „кластерне дерево" тощо, виходячи із розмірів приміщення та об'єкту. Дане рішення дозволяє також реєструвати виникнення осередку пожежі в зоні, що охороняється, при досягненні в ній температури оточуючого повітря 60-80°С, тобто виявляти пожежу при горінні широкого класу речовин, в тому числі, і „бездимних" та гумових матеріалів. Враховуючи автономне живлення засобу від батареї запропоноване рішення дозволяє також організувати оптимальний режим енергоспоживання сповіщувача, згідно якому, засіб практично весь час знаходиться у „сплячому" стані і активується лише під час чергового сеансу зв'язку між ПКПП (ППКОП) і сповіщувачем, при появі ознак пожежі або періодичному включенні джерела світла димової камери. Це спрощує також процедуру періодичного контролю технічного стану сповіщувача для визначення його придатності до подальшого використання. 10811 10 КОРПУС І ДРУКОВАНА ПЛАТА4 КАМЕРА РЕЄСТРАЩТ ДИМУ 5 КРИШКА 2 ОТВІР З ФІГ. 1 Ш АНЬТЗЙТОР СВІТЛА 6 ~^Л ї s 1 I •. БАТАР£Я ЖИВЛЕННЯ 1 4 й \Ь I і ФІГ. г БАТАРЕЯ Rt -о до блоку 9 R Загальний провщ мшвлеиня Фіг. З 10811 11 . 12 наприклад, -*1 „ . 3 - 5 с Вихід таймера А Вихід таймера наприклад, ~ 40 мкс ФІг. 4 Комп'ютерна верстка А. Крулевський Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український Інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 4 2 , 01601