СПОСОБ ОБМЕНА ИНФОРМАЦИЕЙ В СИСТЕМЕ ТРЕВОЖНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ Российский патент 2000 года по МПК G08B25/04 

Изобретение относится к технике сигнализации и может быть использовано в локальных сетях передачи данных для контроля состояния рассредоточенных объектов, в частности в системах тревожной сигнализации.

Известен способ обмена информацией в системе тревожной сигнализации между центральным блоком управления и удаленными блоками, к которым подключены датчики, реагирующие на тревожную ситуацию [1]. Центральный блок управления формирует кодированные сигналы опроса, принимаемые удаленными блоками и служащие для их адресации и установки в состояние "0" или "1". В случае совпадения адреса, содержащегося в сигнале опроса, с адресом удаленного блока последний формирует ответный сигнал, передаваемый на центральный блок управления и характеризующий данный удаленный блок и состояние связанного с ним датчика.

Недостатком известного способа является отсутствие механизма подтверждения получения центральным блоком информации о состоянии опрашиваемых удаленных блоков, что может привести к потере информации о "тревожном" значении контролируемых удаленными блоками параметров системы и о состоянии самих удаленных блоков. Это, в свою очередь, снижает надежность контроля за состоянием удаленных блоков и связанных с ними датчиков.

В качестве прототипа заявляемого технического решения выбран способ обмена информацией в двухпроводной линии между центральным процессором и удаленными контролируемыми объектами [2].

Обмен информацией в известном способе осуществляется посредством информационных пакетов "Опрос" и "Ответ". Пакет "Опрос" содержит синхросигнал, выделяющий каждый сеанс опрос-ответ в самостоятельный процесс, адрес удаленного извещателя, передаваемый при помощи 8 бит данных, начиная с младшего бита D₀, и бит четности (бит паритета). Пакет "Ответ" содержит также в двоичном коде информацию о состоянии контролируемых извещателями датчиков и бит паритета. Информационные пакеты "Опрос" и "Ответ" представляют собой последовательности импульсов с периодами следования T₁ и T₂.

Известный способ позволяет отслеживать в реальном времени состояние всех контролируемых объектов, подключенных к линии.

Для известного способа характерны следующие недостатки: использование для контроля за достоверностью совершаемого в линии обмена только бита паритета и изменяющаяся в зависимости от конкретного содержимого передаваемой информации длительность пакетов "Опрос" и "Ответ", что снижает надежность контроля состояния удаленных объектов.

Указанные недостатки, в частности, в условиях помех, усугубляются отсутствием надежной фиксации начала информационных пакетов "Опрос" и "Ответ", что связано с выполнением синхросигнала в виде единичного импульса.

В известном способе также отсутствует механизм подтверждения получения центральным процессором информации о состоянии опрашиваемых объектов. Это может привести к потере информации (в частности, о "тревожном" значении контролируемого параметра), особенно при высоком уровне помех в линии.

Кроме того, в известном способе отсутствует механизм защиты от подключения "двойника" одного из работающих в линии блоков с целью передать на центральную станцию ложную информацию о состоянии объекта.

Отсутствует также возможность точной настройки на приемной стороне на длительность периодов следования T₁ и T₂, которые на передающей стороне могут изменяться в определенных пределах вследствие воздействия неблагоприятных климатических условий. Это снижает вероятность получения достоверной информации и, как следствие, надежность контроля состояния удаленных блоков.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - повышение надежности контроля состояния удаленных блоков и обеспечение возможности обмена информацией в условиях высокого уровня помех в линии связи.

Указанная задача решается тем, что в способе обмена информацией в системе тревожной сигнализации, в котором производят центральной станцией циклический опрос удаленных блоков для передачи информации о состоянии контролируемых параметров, передачу в двухпроводную линию информационного пакета "Опрос", включающего синхросигнал и сигнал опроса, содержащий в двоичном коде информацию об адресе указанного удаленного блока и бит паритета, и передают сформированную указанными удаленными блоками информацию в двухпроводную линию в виде информационного пакета "Ответ", включающего сигнал ответа, содержащий в двоичном коде информацию о состоянии значений контролируемых указанными удаленными блоками параметров и бит паритета, причем указанные сигналы опроса и ответа представлены в виде последовательности импульсов с периодами T₁ и T₂, где T₁ < T₂, формирование указанного пакета "Ответ" осуществляют с синхросигналом и с задержкой t₀ относительно момента окончания указанного пакета "Опрос", являющейся случайной величиной, распределенной в диапазоне от 0 до t_0max, при этом в обоих указанных пакетах после синхросигналов формируют стартовые биты, представляющие собой указанную последовательность импульсов с периодом T₂, а синхросигналы - в виде указанной последовательности импульсов с периодом T₁, содержащуюся в сигналах опроса и ответа информацию передают поочередно в прямой и инверсной форме, при этом после каждых 8 переданных бит передают дополнительный стартовый бит, а в сигнал опроса "n + 1" удаленного блока вводят бит подтверждения приема центральной станцией сигнала ответа "n" удаленного блока, предназначенного для разрешения сброса и последующей работы указанного удаленного блока после регистрации им значений контролируемых параметров.

Технический результат, который может быть достигнут при осуществлении изобретения, - расширение областей использования заявляемого способа за счет обеспечения возможности обмена информацией в условиях высокого уровня помех в линии связи и повышение надежности контроля состояния удаленных объектов.

Изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, на фиг. 2 показана структура информационных пакетов, на фиг. 3 приведен формат данных, передаваемых в информационных пакетах.

Устройство (фиг. 1) включает в себя центральную станцию 1 и "N" удаленных блоков 2, параллельно подсоединенных к двухпроводной линии 3. Центральная станция 1 содержит источник питания 4, источник U_л 5, ключ передатчика 6, центральный контроллер 7, память состояний 8, внешний интерфейс 9, датчик тока 10 и устройство индикации 11. Каждый удаленный блок 2 включает диодный мост 12, источник питания 13, компаратор 14, ключ передатчика 15 и локальный контроллер 16, связанный с контролируемыми датчиками 18 (например, датчиками пожарной или охранной сигнализации) через согласующие цепи 17.

Питание всех узлов устройства осуществляется от источника питания 4, формирующего необходимые для работы напряжения от промышленной сети или внутреннего резервного источника питания (аккумулятора). Память состояний 8, устройство индикации 11 и внешний интерфейс 9 предназначены, соответственно, для хранения, отображения и, в случае необходимости, передачи информации о состоянии контролируемых датчиков 18 к удаленному получателю этой информации или к местному информационному табло.

Все узлы центральной станции 1 работают под управлением центрального контроллера 7, выполненного, например, на базе микроконтроллера PIC16F84.

Напряжение, необходимое для функционирования узлов удаленных блоков 2, вырабатывается источником 13, первичным напряжением для которого является напряжение, присутствующее в линии 3. Работа всех узлов удаленных блоков 2 проходит под управлением локального контроллера 16, связанного с входными цепями датчиков 17 и реализованного, как и контроллер 7, на базе микроконтроллера (PIC16F84).

Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Центральный контроллер 7 инициирует обмен информацией между центральной станцией 1 и удаленными блоками 2, постоянно осуществляя их циклический опрос посредством посылки в линию информационного пакета "Опрос".

Информация в линии 3 передается последовательностью прямоугольных импульсов с периодами следования T₁ и T₂, где T₁ < T₂. При передаче информации в процессе опроса пауза передается постоянным уровнем напряжения, вырабатываемым источником 5 (и равным, например, 24 В), а импульс передается нулевым уровнем напряжения. Указанные уровни формируются ключом передатчика 6, причем в процессе работы один силовой каскад ключа 6 отключает линию 3, а второй - подключает ее к нулевой шине.

Информационный пакет "Опрос" содержит последовательно синхросигнал, представляющий собой последовательность из 12 импульсов с периодом следования T₁, стартовый бит, представляющий собой один импульс с периодом T₂, собственно сигнал опроса, содержащий информацию, передаваемую сначала в прямой, а затем в инверсной форме, причем каждый подлежащий передаче единичный бит передается периодом T₁, а каждый нулевой бит - периодом T₂, и столовый бит, представляющий собой один период T₂. В сигнале опроса сначала передается нулевой бит направления, затем бит подтверждения приема данных от удаленного блока 2 с адресом на единицу меньше значения передаваемого в поле адреса, которое следует непосредственно за этим битом. В поле адреса передается адрес (номер) удаленного блока 2, информацию от которого запрашивает центральная станция 1. Вслед за адресом передается бит паритета, равный нулю, если суммарное количество единиц в предыдущих полях четное, и единице - в противоположном случае.

Переданная центральной станцией 1 информация принимается компаратором 14 удаленного блока 2 и передается в ТТЛ-уровнях на локальный контроллер 16, который измеряет временные интервалы между фронтами импульсов с выхода компаратора 14 и принимает решение о приеме периода T₁ или T₂. Удаленный блок 2 передает на центральную станцию 1 информацию о состоянии контролируемых датчиков 18 только при совпадении собственного адреса с адресом, содержащимся в пакете "Опрос". При несовпадении адресов он находится в ожидании следующего сеанса опрос - ответ.

Информационный пакет "Ответ" формируется удаленным блоком 2 с задержкой t₀ относительно момента окончания пакета "Опрос", при этом интервал t₀ формируется локальным контроллером 16 таким образом, что он является величиной случайной и распределенной в диапазоне от 0 до t_0max.

При передаче информации в направлении от удаленного блока 2 к центральной станции 1 пауза передается отсутствием каких-либо действий со стороны контроллера 16, а импульс передается включением ключа передатчика 15, который через находящийся в нем ограничительный резистор замыкает между собой проводники линии 3 со своей стороны диодного моста 12, формируя в линии 3 импульс тока, который в центральной станции 1 будет выделен датчиком тока 10 и в ТТЛ-уровнях передан на центральный контроллер 7, который, в свою очередь, измерив временные интервалы между фронтами импульсов, примет решение о приеме периода T₁ или T₂.

Информационный пакет "Ответ" содержит синхросигнал и стартовый бит (структура которых аналогична структуре соответствующих сигналов в пакете "Опрос"), собственно сигнал ответа, включающий единичный бит направления, информацию в двоичном коде о состоянии контролируемых датчиков 18, подключенных к запрашиваемому блоку 2, и бит паритета. Завершается пакет "Ответ" стоповым битом (один период T₂)
Так же, как и в пакете "Опрос", информационная часть пакета "Ответ" передается в прямой и инверсной форме.

При длине двухпроводной линии до 1000 м, количестве удаленных блоков, подключенных к линии, равном 30, и использовании микроконтроллеров с тактовой частотой 4МГц, один цикл опроса всех удаленных блоков составляет приблизительно 0,3 сек, т.е. с таким периодом на центральной станции обновляется информация о состоянии датчиков удаленных блоков. Однако для того чтобы не пропустить и те кратковременные "тревожные" изменения в датчиках, которые будут иметь длительность менее 0,3 сек, локальный контроллер запоминает все изменения в состоянии своих датчиков и, если изменение является "тревожным" по условиям данного датчика (например, нарушение шлейфа охранной сигнализации, срабатывание датчика пожарной сигнализации, выход контролируемого датчиком параметра за допустимые пределы, нарушение датчика целостности самого блока, наличие старта (при включении питания блока) или рестарта (по аварийным причинам) самого локального контроллера), то такое изменение не сбрасывается (даже если после этого рассматриваемый параметр перешел в нормальное состояние) до тех пор, пока локальный контроллер не получит адресованный ему бит подтверждения приема данных центральной станцией.

Поскольку центральный контроллер контролирует не только состояния датчиков удаленных блоков, но и исправность и наличие самих удаленных блоков и исправность двухпроводной линии связи по факту наличия определенного заранее заданного для данной системы процента корректных сеансов связи с удаленными блоками, то такой механизм запоминания "тревожных" изменений в совокупности с механизмом подтверждения приема данных центральной станцией и механизмом контроля локальным контроллером собственного старта, рестарта и нарушения целостности конструктива блока с причислением этих событий к "тревожным" изменениям позволяет гарантировать обнаружение любых, в том числе и кратковременных, "тревожных" изменений или нештатных ситуаций в системе, в том числе и в условиях действия в линии помех, создаваемых как промышленными шумами, так и целенаправленно.

При этом механизм подтверждения приема данных центральной станцией с использованием бита подтверждения приема в пакете опроса для следующего удаленного блока позволяет отказаться от дополнительного информационного пакета подтверждения приема, что позволяет получить описанную выше функцию запоминания "тревожных" изменений до получения подтверждения без увеличения общего времени цикла опроса удаленных блоков. Это, в свою очередь, ведет, с одной стороны, к высокой скорости обновления информации от удаленных датчиков, а с другой стороны, позволяет вести работу в условиях помех за счет возможности выполнения дополнительных сеансов обмена в линии взамен несостоявшихся (по причине искажения сигналов помехами), укладываясь при этом в прежние рамки требований к данной системе по общему времени обновления информации.

Механизм контроля достоверности информации (контроля достоверности сеанса связи в условиях помех) с помощью передачи данных сначала в прямой, а затем в инверсной форме, позволяет, с одной стороны, существенно повысить надежность контроля по сравнению с контролем одним только битом паритета, а с другой стороны, при непрохождении контроля на достоверность всего сообщения позволяет, в случае необходимости, все же использовать информацию, полученную в одной из половин пакета (прямой или инверсной), если бит паритета в ней совпал, для ориентировочной оценки состояния объекта, разумеется, все же не считая при этом сообщение полностью достоверным.

В предлагаемом способе длительность информационного пакета будет всегда одинакова (т.к. количество передаваемых периодов T₁ и T₂ при любом конкретном значении данных будет всегда одно и то же, поскольку в прямой и инверсной части суммарное количество нулей всегда равно суммарному количеству единиц). В результате на приемной стороне всегда заранее известна длина пакета, и на ее ожидание всегда отводится одинаковый (постоянный) тайм-аут, что позволяет контролировать достоверность выполняемого в линии обмена также и по временным параметрам.

Рассмотренный механизм контроля достоверности передаваемой информации в условиях помех будет эффективным только тогда, когда будет надежно зафиксировано начало информационного пакета. С этой целью синхросигнал информационного пакета формируется в виде импульсной последовательности из 12 импульсов с периодом следования T₁ (см. фиг.2). При обмене в линии информационными пакетами, содержащими не более 8 бит данных (8 бит в прямой плюс 8 бит в инверсной форме), такая последовательность будет уникальной в пакете и в линии вообще и на приемной стороне не может быть спутана с другой частью пакета. Контроллер приемной стороны начинает ожидать получения стартбита (периода T₂), а вслед за ним и данных, только получив не менее чем 10 периодов T₁ подряд. Если условия эксплуатации системы таковы, что необходимо передавать более чем 8 бит данных, то с целью сохранения уникальности последовательности синхросигнала, через каждые восемь бит данных вставляется дополнительный импульс с периодом T₂, который на приемной стороне при обработке принятых данных игнорируется. С целью повышения вероятности правильного приема информации в условиях помех, а также неблагоприятных климатических условий, синхросигнал используется на приемной стороне как калибровочный. По усредненной за 10 периодов оценке величины периода T₁ постепенно (по нескольким циклам опроса) корректируется значение ожидаемого на приеме периода T₁ (и жестко связанного с ним периода T₂) от данного источника информации. Такая корректировка позволяет обойтись в удаленных блоках без дорогостоящих мер по стабилизации частоты тактовых генераторов, не снижая при этом скорость обмена в линии и достоверность передаваемой информации.

Адрес "n" каждого удаленного блока записывается в постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) программ микроконтроллера (PIC16F84) вместе с управляющей программой контроллера на этапе изготовления устройства и в дальнейшем не может быть изменен или прочитан, поскольку при записи программы на кристалле микроконтроллера устанавливается бит защиты от считывания. Однако если все же предположить, что в работающую систему пытаются подключить для какого-то из блоков "двойника" по его адресу (например краденый с другой системы аналогичный блок) с целью вывести из строя оригинал после подключения "двойника", то описанный выше механизм контроля локальным контроллером собственного старта и рестарта с причислением этой ситуации к "тревожной" в совокупности с механизмом подтверждения приема сделают невозможным прохождение контроля на достоверность сигналом, полученным от блоков с этим номером (поскольку по значению бита рестарта оригинал и "двойник" будут различаться), и, следовательно, подобная ситуация будет зафиксирована системой как тревожная.

Наличие интервала задержки t₀ информационного пакета ответа относительно окончания пакета опроса позволяет исключить возможность подключения описанных выше "двойников" также и в период, когда питание системы отключено (например, для проведения ремонтных или профилактических работ, а также если назначение системы таково, что она включается в работу лишь по мере необходимости). Если "двойник" подключен до подачи питания в линию, то и он, и оригинал после подачи питания сообщат о своем старте одновременно, но их сигналы ответа будут смещены друг относительно друга на разность величин t₀ оригинала и "двойника", и поскольку обе эти величины являются случайными и некоррелированными между собой, то в общем случае это смещение будет отлично от нуля и сигналы ответа, сложившись в линии, дадут в сумме сигнал, который на приемной стороне не пройдет контроль на достоверность (см. выше), и после нескольких таких ответов системой будет принято решение о неисправности в линии.

ЛИТЕРАТУРА
1. Патент Великобритании N 2095014, кл. C 08 B 29/00, 1982 г.

2. Патент США N 5525962, кл. 340 - 506, 1994 г. (прототип)п

Изобретение относится к технике сигнализации и может быть использовано в локальных сетях передачи данных для контроля состояния рассредоточенных объектов, в частности в системах тревожной сигнализации. Технический результат, который может быть достигнут при использовании способа, - повышение надежности контроля состояния удаленных блоков и расширение областей использования способа за счет обеспечения возможности обмена информацией в условиях высокого уровня помех в линии связи. Способ обмена информацией включает циклический опрос центральной станцией удаленных блоков посредством посылки в линию информационного пакета "Опрос" и приема от них информационных пакетов "Ответ", содержащих информацию о состоянии значений контролируемых удаленными блоками параметров. Пакеты "Опрос" и "Ответ" содержат синхросигнал, представляющий собой последовательность импульсов с периодом Т₁, стартовый бит, информационный сигнал, представляющий собой последовательность импульсов с периодами Т₁ и Т₂ и передаваемый сначала в прямой, а затем в инверсной форме. Сигнал опроса последующего удаленного блока содержит бит подтверждения приема центральной станцией сигнала ответа предыдущего блока. 3 ил.

Способ обмена информацией в системе тревожной сигнализации, в котором производят центральной станцией циклический опрос удаленных блоков для передачи информации о состоянии контролируемых параметров, передачу в двухпроводную линию информационного пакета "Опрос", включающего синхросигнал и сигнал опроса, содержащий в двоичном коде информацию об адресе указанного удаленного блока и бит паритета, и передают сформированную указанными удаленными блоками информацию в двухпроводную линию в виде информационного пакета "Ответ", включающего сигнал ответа, содержащий в двоичном коде информацию о состоянии значений контролируемых указанными удаленными блоками параметров и бит параметра, причем указанные сигналы опроса и ответа представлены в виде последовательности импульсов с периодами Т₁ и Т₂, где Т₁ < Т₂, отличающийся тем, что формирование указанного пакета "Ответ" осуществляют с синхросигналом и с задержкой t_o относительно момента окончания указанного пакета "Опрос", являющейся случайной величиной, распределенной в диапазоне от 0 до t_omax, при этом в обоих указанных пакетах после синхросигналов формируют стартовые биты, представляющие собой указанную последовательность импульсов с периодом Т₂, а синхросигналы - в виде указанной последовательности импульсов с периодом Т₁, содержащуюся в сигналах опроса и ответа информацию передают поочередно в прямой и инверсной форме, при этом после каждых 8 переданных бит передают дополнительный стартовый бит, а в сигнал опроса n+1 удаленного блока вводят бит подтверждения приема центральной станцией сигнала ответа "n" удаленного блока, предназначенного для разрешения сброса и последующей работы указанного удаленного блока после регистрации им значений контролируемых параметров.