基于S3C6410的智能泵组控制器设计*

陈建明，沈东方

（1.浙江广播电视大学 网络中心，浙江 杭州 310012；2.杭州电子科技大学 通信工程学院，浙江 杭州 310018）

为解决城市消防系统中存在的信息源分散、检修难度大、成本高、缺乏有效监控手段等问题[1]，本文设计并实现了一种基于S3C6410的嵌入式智能泵组控制器。该控制器具备了对泵组的信息采集、通过网络实时传输状态报告、自动故障诊断、记录工作时间和异常报警等功能，实现了泵组的统一管理和分层监控，提高了检修效率，降低了人工维护成本，增强了消防系统的可靠性和安全性。

1 泵组系统设计

泵组控制器组网系统如图1所示。泵生产商通过泵组总监控端可以实时监控和查询该公司销售的泵组信息，包括泵组运作时间、最近的检测结果、报警状态等，方便对泵组进行跟踪。一旦收到异常报警，通过泵组数据库可以查询到泵组的所属用户信息、地理位置等，以便及时通知用户进行处理。泵组控制器通过socket接口连接服务器，可以实时传送泵组状态、报警等信息给总监控端。

用户消防控制中心通过用户监控端socket接口连接泵控制器，获取所管辖区域内的所有泵组信息进行实时监控，及时处理泵组控制器的反馈信息，迅速地对泵组实施人为操控、触发检测等操作，实现远程统一监控和管理。

2 硬件设计

图2为目前建筑物中部署的典型消防系统，高压泵和稳压泵用于对水管施压，其区别在于水管所施加的最大压力值不同。测试电动阀的阀门角度是可以控制的，用于调节水管的流量。消防系统涉及的器件都需进行硬件设计。

泵组控制器的硬件设计框架如图3所示。其核心采用基于ARM1176JZF-S内核的S3C6410处理器，采用64/32 bit内部总线架构，具有丰富的接口资源可供外围设备连接，不仅功耗低而且处理性能强大。LCD采用群创7英寸的AT070TN83触摸屏，外接SD Card用于保存自检结果文件。

核心模块使用GPIO连接继电器，通过控制管脚的高/低电平实现高压泵、稳压泵、电磁阀、出水阀设备的开/关状态。设计采用固态继电器SSR-220D3L，其具有寿命长、无电磁干扰、开关速度快、抗干扰能力强等特点，能以微小的控制信号直接驱动大电流负载。

液位计通过连接2个GPIO口来表示液位的3种状态：0x00表示中间水位，0x10表示上限水位，0x01表示下限水位。

压力计、流量计和测试阀的输出信号都是4 mA～20 mA的电流，采用 250 Ω的采样电阻，用LM2904进行隔离后再进行电压信号转换。设计选用的A/D转换器为ADS7844，它是一种高性能、宽电压、低功耗的 12 bit串行模/数转换器，共有8个模拟输入端，软件编程为8通道单端输入。

测试阀的输入为4 mA～20 mA的电流信号，设计选用DAC7311把数字信号转换为电压信号，再通过AM422电压/电流转换接口电路转换为电流信号，实现阀门的角度设置。DAC7311芯片是一个12 bit、低功率、单通道、电压输出的数/模转换芯片，采用通用的三线串行接口与核心板SPI口连接。

3 软件设计

软件平台采用Linux-2.6.38内核，并移植Qt-4.7和sqlite-3.5.7数据库。泵控制器的实现功能主要包含自检、稳压、水箱液位控制和统计四大功能。采用多线程编程方式，界面设计采用Qt实现，提供消防系统各设备的实时状态显示、人为操控。移植嵌入式数据库sqlite来保存用户数据信息、设备统计信息、自检结果等，以提高数据操作效率和安全性。

3.1 泵组自检功能

图2中如果关闭出水电动阀、打开测试电动阀，消防系统就可成为闭环的自检测试系统。自检触发可分为泵控制器根据设定的自检周期触发和人为触发两种。自检开始前需关闭出水阀，使消防系统成为一个内循环的系统，通过打开测试阀使水管内水压减小，达到泄压目的。自检开始后逐个开启消防系统中的稳压泵、高压泵，检测在一定时间内能否恢复水管内的水压或达到预期值，从而判断消防泵是否工作正常。如遇异常，则会触发本地报警，通过网络发送报警消息至用户和泵生产商监控端，以提醒用户进行及时检修。自检结束后，把自检日期、设备状态、总运行时间保存至本地数据库，并且传送至用户和泵生产商监控端以供查阅。消防泵自检流程如图4所示。

图4 消防泵自检流程

3.2 稳压功能

泵控制器实时监测水管内水压。正常情况下系统水管内的压力能自动维持在1 MPa～1.2 MPa之间，一旦检测到水压低于正常值范围，则会开启稳压功能，其稳压流程如图5所示。

图5 稳压流程

在稳压过程中，出水电动阀属于常开状态，而测试阀是常关状态。实时检测压力传感器的值，一旦检测到低于1 MPa即报警，并启动稳压主、备泵。一段时间后如还达不到1 MPa，则关闭稳压泵，开启高压泵并报警。如果高压泵开启后一定时间内流量达不到阈值，则认为水管破裂，发送报警消息；否则认为发生火灾而进入灭火流程，继续开启高压泵，直到压力和流量达到灭火要求值。

3.3 水箱液位控制功能

控制水箱液位保持在上限液位状态，如高于上限液位状态则关闭进水阀门；低于上限液位则打开进水阀以增加水箱水量；一旦低于下限液位，如果有稳压泵或高压泵处于工作状态，则需关闭。泵组控制器实时读取液位计的值在液晶屏显示，并发送到用户和泵生产商监控端。

3.4 统计功能

泵控制器能够实时读取系统中各设备的状态并显示在触摸屏上。将泵组的总运行时间、自检结果等信息保存到本地数据库并及时上报，以供用户和泵生产商查阅。

需要注意的是，人机界面的设计过程中不仅要考虑功能的完整性，也要考虑界面的友好型和美观性[2]。在本设计中采用如下的方法来美化界面：选用客户评价度高的 Motif控件风格；使用 QLayout、QSizePolicy类等对控件在布局系统中进行拉伸或压缩；使用qss文件调整窗口的背景、绘制控件的形状等。

基于网络平台的泵组控制器实现了消防系统的远程状态监控，可以实时收集消防系统的各设备状态并传递给监控中心，使用户能根据反馈的信息及时掌握消防系统的工作状态，并对出现的各种故障进行排除，提高了设备管理人员的检修效率，增强了消防系统的可靠性和安全性。同时给泵生产商对所销售的泵进行生命周期跟踪提供了手段。该系统已在宁波某泵生产公司应用，效果良好。

[1]吴蓉.采用信息融合技术的消防报警系统[J].电讯技术，2004(4)：175.

[2]于帮伟，邓华秋.基于 Qt/Embedded的嵌入式数字监控系统控制界面的实现[J].电视技术，2011，35(24)：24.