Заказчик
Производитель и поставщик электронных систем безопасности, противопожарной и охранной сигнализации.
Задача
Разработать систему речевого оповещения о пожаре и управления эвакуацией, предназначенную для оповещения людей при возникновении чрезвычайной ситуации, трансляции информационных сообщений и фоновой музыки с микрофонной консоли.
Основные требования к проектируемой СО:
- Модульный принцип построения. До 16-ти независимых зон оповещения.
- Гибкое построение алгоритмов оповещения (до 16)
- Автоматический и ручной запуск алгоритмов оповещения
- Управление световыми, звуковыми и комбинированными оповещателями
- Запись, хранение, воспроизведение тревожных / эвакуационных сообщений
- Полоса частот речевых сообщений 150 – 15 кГц, разрядность цифровых данных 16 бит. Обеспечить высокое качество транслируемой фоновой музыки, а также информационных и речевых сообщений
- Автоматическое воспроизведение различных сообщений в различные зоны оповещения. Использование до 3-х сообщений до 5 мин. для каждой зоны
- Линейное или кольцевое построение системы по обмену. При обрыве линии или коротком замыкании, обмен информацией идет по двум направлениям
- Интерфейс передачи должен позволять осуществлять передачу данных на расстояние до 800 метров без ретранслятора
- Передача сигналов с микрофона и внешнего источника звукового сигнала в любые зоны оповещения
- Контроль всех входных, выходных линий, линий связи и удаленных источников питания
- Ведение журнала событий происходящих в системе
- Конфигурирование и диагностика системы с помощью спец. ПО на ПК
Решение
Описание решения:
- Сбор требований и техническое задание
- Аппаратура микрофонной консоли и адресного блока
- Встраиваемое ПО устройств
- Разработка конструкции устройств
- Реализация бизнес-логики
- Отладочное ПО
1. Концепция
Основными модулями системы оповещения (СО) являются микрофонная консоль (МК) и адресный блок (АБ).
В системе МК осуществляет функции сбора информации от АБ (до 8 шт.), управления АБ по заложенным алгоритмам оповещения, автоматический контроль соединительных линий, передачу речевых сообщений с микрофона и линейного входа в выбранную (-ые) зону (-ы), отображения состояния всех узлов и приборов СО.
АБ обеспечивают включение необходимых линий управления и трансляцию тревожных и эвакуационных сообщений в зоны оповещения по сигналам управления с МК или с пожарного приемно-контрольного прибора (ППКП) в автономном режиме работы. Каждый АБ обеспечивает управление двумя зонами оповещения и имеет два тревожных входа, подключаемых к ППКП для автоматического запуска алгоритмов оповещения.
3. Аппаратная часть
В качестве управляющего микроконтроллера для обоих модулей был выбран STM32F103 на базе ядра Cortex-M3 от ST Microelectronics. Для кодирования/декодирования цифровых аудио данных был выбран дискретный аудио кодек VS1053 от VLSI Solution.
Для передачи аудиоданных и управляющих команд использовались две линии информационного обмена RS485 и RS422 соответственно.
В состав модулей входят:
- часы реального времени для фиксации событий в системе по времени
- SD/MMC карта памяти для хранения журнала событий, тревожных и информационных сообщений
- датчик вскрытия корпуса
- пленочная клавиатура для управления системой с МК оператором
- матрица светодиодных индикаторов для отображения состояний системы на МК.
4. Программное обеспечение
Разработанное программное обеспечение было выполнено с использованием ОСРВ FreeRTOS.
Были реализованы драйвера аудиокодека, матричной клавиатуры, светодиодной индикации, устройства доступа iButton, спикера, часов реального времени. В драйвере часов реального времени дополнительно реализована функция автоматической подстройки, позволяющая обеспечить высокую точность хода часов, независимо от точности частоты часового кварца.
Для организации информационного обмена между МК и АБ использован протокол Modbus. Реализована полная бизнес-логика работы модулей в системе. Реализован функционал конфигурирования системы с помощью внешнего ПО.
Реализовано сохранение журнала событий с фиксацией по системному времени. Сохраняется 999 системных событий с автоматическим замещением более ранних событий последними. Журнал событий сохраняется на SD карте и может быть считан с помощью ПО конфигурирования МК.
Для хранения файлов тревожных и информационных сообщений на SD карте, а также для возможности их записи стандартными средствами была реализована поддержка файловой системы FAT16.
Передача/прием аудиоданных реализован с использованием DMA каналов, что позволило снизить нагрузку на управляющий микроконтроллер. Также для организации непрерывного потокового вещания фоновой музыки на передающей (МК) и приемной (АБ) сторонах использовались циклические буфера.
В драйвере аудиокодека VS1053 реализованы функции загрузки плагинов для декодирования(воспроизведения) и кодирования(записи) аудиопотоков двух профилей – музыкального, с частотой сэмплирования 44100 Гц и средним битрэйтом ~80кб/с; и микрофонного, соответственно 1600 Гц и ~30кб/с. Данный битрэйт позволяет прокачивать аудиоданных по линии RS485 на скорости 115200 бод. Также реализована функция автоматической подстройки частоты сэмплирования для сглаживания рассинхронизации между кодирующим и декодирующим кодеками.
В МК предусмотрено сохранение до 16 различных алгоритмов, описывающих поведение системы в случае возникновение тревоги. Эти алгоритмы сохраняются во флэш-памяти микроконтроллера. Данные алгоритмы могут быть сконфигурированы с помощью специального ПО. Кроме того для АБ реализован автономный режим работы, в случае отсутствия связи с МК, предусматривающий выполнение до двух тревожных алгоритмов.
Для контроля подключенных аудио линий была реализована схема чувствующая изменение подключенной суммарной мощности на 1Вт в диапазоне от 5 до 160Вт.
В системе реализованы функции контроля всех внешних линий, включая линии передачи данных, и сигнализирование о возникновении неисправности с помощью звукового сигнала, и отображением на светодиодной индикации.
5. Сертификация
Система голосового оповещения о пожаре успешно прошла сертификацию требованиям ГОСТ по электробезопасности, помехоустойчивости к нано- и микроимпульсам и пыле- и влагостойкости.
Преимущества
Разработанная система голосового оповещения о пожаре обладает следующими преимуществами:
- Масштабируемость системы
- Цифровая передача звука
- Контроль целостности межблочных соединений
- Снижение стоимости системы