基于S3C6410的智能泵組控制器設計*

陳建明，沈東方

（1.浙江廣播電視大學 網絡中心，浙江 杭州 310012；2.杭州電子科技大學 通信工程學院，浙江 杭州 310018）

為解決城市消防系統中存在的信息源分散、檢修難度大、成本高、缺乏有效監控手段等問題[1]，本文設計并實現了一種基于S3C6410的嵌入式智能泵組控制器。該控制器具備了對泵組的信息采集、通過網絡實時傳輸狀態報告、自動故障診斷、記錄工作時間和異常報警等功能，實現了泵組的統一管理和分層監控，提高了檢修效率，降低了人工維護成本，增強了消防系統的可靠性和安全性。

1 泵組系統設計

泵組控制器組網系統如圖1所示。泵生產商通過泵組總監控端可以實時監控和查詢該公司銷售的泵組信息，包括泵組運作時間、最近的檢測結果、報警狀態等，方便對泵組進行跟蹤。一旦收到異常報警，通過泵組數據庫可以查詢到泵組的所屬用戶信息、地理位置等，以便及時通知用戶進行處理。泵組控制器通過socket接口連接服務器，可以實時傳送泵組狀態、報警等信息給總監控端。

用戶消防控制中心通過用戶監控端socket接口連接泵控制器，獲取所管轄區域內的所有泵組信息進行實時監控，及時處理泵組控制器的反饋信息，迅速地對泵組實施人為操控、觸發檢測等操作，實現遠程統一監控和管理。

2 硬件設計

圖2為目前建筑物中部署的典型消防系統，高壓泵和穩壓泵用于對水管施壓，其區別在于水管所施加的最大壓力值不同。測試電動閥的閥門角度是可以控制的，用于調節水管的流量。消防系統涉及的器件都需進行硬件設計。

泵組控制器的硬件設計框架如圖3所示。其核心采用基于ARM1176JZF-S內核的S3C6410處理器，采用64/32 bit內部總線架構，具有豐富的接口資源可供外圍設備連接，不僅功耗低而且處理性能強大。LCD采用群創7英寸的AT070TN83觸摸屏，外接SD Card用于保存自檢結果文件。

核心模塊使用GPIO連接繼電器，通過控制管腳的高/低電平實現高壓泵、穩壓泵、電磁閥、出水閥設備的開/關狀態。設計采用固態繼電器SSR-220D3L，其具有壽命長、無電磁干擾、開關速度快、抗干擾能力強等特點，能以微小的控制信號直接驅動大電流負載。

液位計通過連接2個GPIO口來表示液位的3種狀態：0x00表示中間水位，0x10表示上限水位，0x01表示下限水位。

壓力計、流量計和測試閥的輸出信號都是4 mA～20 mA的電流，采用 250 Ω的采樣電阻，用LM2904進行隔離后再進行電壓信號轉換。設計選用的A/D轉換器為ADS7844，它是一種高性能、寬電壓、低功耗的 12 bit串行模/數轉換器，共有8個模擬輸入端，軟件編程為8通道單端輸入。

測試閥的輸入為4 mA～20 mA的電流信號，設計選用DAC7311把數字信號轉換為電壓信號，再通過AM422電壓/電流轉換接口電路轉換為電流信號，實現閥門的角度設置。DAC7311芯片是一個12 bit、低功率、單通道、電壓輸出的數/模轉換芯片，采用通用的三線串行接口與核心板SPI口連接。

3 軟件設計

軟件平臺采用Linux-2.6.38內核，并移植Qt-4.7和sqlite-3.5.7數據庫。泵控制器的實現功能主要包含自檢、穩壓、水箱液位控制和統計四大功能。采用多線程編程方式，界面設計采用Qt實現，提供消防系統各設備的實時狀態顯示、人為操控。移植嵌入式數據庫sqlite來保存用戶數據信息、設備統計信息、自檢結果等，以提高數據操作效率和安全性。

3.1 泵組自檢功能

圖2中如果關閉出水電動閥、打開測試電動閥，消防系統就可成為閉環的自檢測試系統。自檢觸發可分為泵控制器根據設定的自檢周期觸發和人為觸發兩種。自檢開始前需關閉出水閥，使消防系統成為一個內循環的系統，通過打開測試閥使水管內水壓減小，達到泄壓目的。自檢開始后逐個開啟消防系統中的穩壓泵、高壓泵，檢測在一定時間內能否恢復水管內的水壓或達到預期值，從而判斷消防泵是否工作正常。如遇異常，則會觸發本地報警，通過網絡發送報警消息至用戶和泵生產商監控端，以提醒用戶進行及時檢修。自檢結束后，把自檢日期、設備狀態、總運行時間保存至本地數據庫，并且傳送至用戶和泵生產商監控端以供查閱。消防泵自檢流程如圖4所示。

圖4 消防泵自檢流程

3.2 穩壓功能

泵控制器實時監測水管內水壓。正常情況下系統水管內的壓力能自動維持在1 MPa～1.2 MPa之間，一旦檢測到水壓低于正常值范圍，則會開啟穩壓功能，其穩壓流程如圖5所示。

圖5 穩壓流程

在穩壓過程中，出水電動閥屬于常開狀態，而測試閥是常關狀態。實時檢測壓力傳感器的值，一旦檢測到低于1 MPa即報警，并啟動穩壓主、備泵。一段時間后如還達不到1 MPa，則關閉穩壓泵，開啟高壓泵并報警。如果高壓泵開啟后一定時間內流量達不到閾值，則認為水管破裂，發送報警消息；否則認為發生火災而進入滅火流程，繼續開啟高壓泵，直到壓力和流量達到滅火要求值。

3.3 水箱液位控制功能

控制水箱液位保持在上限液位狀態，如高于上限液位狀態則關閉進水閥門；低于上限液位則打開進水閥以增加水箱水量；一旦低于下限液位，如果有穩壓泵或高壓泵處于工作狀態，則需關閉。泵組控制器實時讀取液位計的值在液晶屏顯示，并發送到用戶和泵生產商監控端。

3.4 統計功能

泵控制器能夠實時讀取系統中各設備的狀態并顯示在觸摸屏上。將泵組的總運行時間、自檢結果等信息保存到本地數據庫并及時上報，以供用戶和泵生產商查閱。

需要注意的是，人機界面的設計過程中不僅要考慮功能的完整性，也要考慮界面的友好型和美觀性[2]。在本設計中采用如下的方法來美化界面：選用客戶評價度高的 Motif控件風格；使用 QLayout、QSizePolicy類等對控件在布局系統中進行拉伸或壓縮；使用qss文件調整窗口的背景、繪制控件的形狀等。

基于網絡平臺的泵組控制器實現了消防系統的遠程狀態監控，可以實時收集消防系統的各設備狀態并傳遞給監控中心，使用戶能根據反饋的信息及時掌握消防系統的工作狀態，并對出現的各種故障進行排除，提高了設備管理人員的檢修效率，增強了消防系統的可靠性和安全性。同時給泵生產商對所銷售的泵進行生命周期跟蹤提供了手段。該系統已在寧波某泵生產公司應用，效果良好。

[1]吳蓉.采用信息融合技術的消防報警系統[J].電訊技術，2004(4)：175.

[2]于幫偉，鄧華秋.基于 Qt/Embedded的嵌入式數字監控系統控制界面的實現[J].電視技術，2011，35(24)：24.