智能火災自動報警系統的研究

浙江工業職業技術學院 王堅鋒

1.前言

火災自動報警系統是自動執行火災報警和消防聯動的控制系統，能夠在火災發生后，進行自動滅火操作，他對建筑物的消防安全起到關鍵的作用。火災自動報警系一般由火災探測報警系統、消防聯動控制系統、可燃氣體探測報警系統和電氣火災監控系統等成，系統設備眾多，功能繁雜。由消防主機統一監控管理，系統的復雜程度較高，由于火災自動報警系統涉及到人們財產生命，所以可靠性非常重要。隨著建筑規模的不斷擴大，火災自動報警系統的覆蓋范圍也不斷擴大，這就要求系統網絡要有更遠的通信距離以及更高的可靠性。另外，雖然火災自動報警系統能夠自動執行消防功能，但人員的參與也是必不可缺的。而傳統的火災自動報警系統，消防主機一般沒有相應的遠程報警功能，火災發生的時候，如果消防室管理人員缺位，則不能夠及時將報警信息反饋給相關責任人員，這將可能導致火災危險隱患。針對上述問題，本方案設計了一款智能型火災自動報警系統。

圖1 火災自動報警系統圖

圖2 火災自動報警主機硬件結構

圖3 CAN總線接口電路

圖4 BSP結構圖

2.智能火災自動報警系統方案設計

智能火災自動報警系統由消防主機，火災探測器，消防滅火聯動設備組成；火災探測器探測火災報警信號，消防主機根據火災報警信號執行相應的滅火聯動控制，而消防聯動設備最終執行相應的滅火操作。由于火災探測器和聯動設備的數量較多，都需要和消防主機進行通信。根據火災自動報警系統通信數據量少，節點數目眾多的特點，采用CAN總線對系統進行聯網。火災自動報警系統如圖1所示。

3.消防主機設計

消防主機是火災自動報警系統的控制中心。負責讀取探測器的報警信號，以及執行相應的聯動控制。考慮到火災發生后，保護生命財產安全的需要，消防主機要求能夠，快速、可靠、多渠道的響應火災報警信號，并執行相應的報警與滅火聯動操作。所以對系統的智能化程度要求很高。

3.1 消防主機硬件設計

本智能火災自動報警系統的消防主機采用ARM11嵌入式處理器，運算能力強，處理速度快，最高主頻可達1G。消防主機性能強大，智能化程度高，功能模塊包括：液晶顯示設備、配置鍵盤、USB接口、存儲器、電源、CAN總線接口、GSM模塊，以太網接口、手動盤以及多線制模塊。火災自動報警主機硬件結構如圖2所示。

其中，USB接口用于系統文件的讀取，以及配置文件的寫入，方便文件管理。GSM模塊作用是當發生火災報警的時候，立即把信息通過移動網絡發送給相關人員，以保證相關責任人在第一時間能夠響應火災應急處理。以太網接口用于遠程訪問，為Web服務提供硬件基礎，基于Web服務，工作人員可以通過遠程電腦監視以及控制相應的消防設備，方便了系統的維護與管理。通過手動盤，管理人員執行對總線設備的手動操作，方便了聯動設備的控制執行，也為設備的維護調試提供了簡潔渠道。本火災自動報警主機保留了傳統的多線制控制，在緊急情況下，如在火災中，消防總線故障，則可以進行人為干預，進入手動狀態控制消防設備。

火災自動報警系統通信有著可靠性高、實時性強、通信數據量不大的特點。采用總線制通信系統組建網絡符合系統的技術要求。本智能火災自動報警系統采用CAN總線組網。CAN總線是一種有效支持分布式控制和實時控制的串行通信網絡，通信速度快，最高可達1Mbps，通信距離遠，可達幾公里。所以，CAN總線在火災自動報警系統中使用，有著明顯的優勢。消防主機中，CAN總線接口負責消防主機和探測設備以及聯動控制設備的通信，CAN總線接口采用SJA1000作為總線控制器，采用的PCA82C250作為驅動芯片。光耦6N137用于信號隔離，提高系統的抗干擾能力。CANL與CANH為差分信號接口，可采用非屏蔽雙絞線作為通信介質。CAN總線接口電路如圖3所示。

3.2 消防主機軟件設計

消防主機依據功能需求進行軟件設計。本消防主機有多種文件配置與管理的需求，有基于Web的遠程訪問功能，還要執行復雜的聯動算法以及控制功能。為了有效的支持上述功能，采用了Windows CE嵌入式操作系統，它是微軟開發的基于嵌入式處理器的操作系統，功能強大，系統模塊化程度高，可以根據硬件設備的不同，裁剪定制。基于Windows CE構建的嵌入式系統大致可以分為4個層次，從底層向上依次是：硬件層、OEM層、操作系統層和應用層。

Windows CE是一個針對特殊硬件平臺可裁剪的操作系統，其開發要依賴于硬件層。BSP即是對硬件層的功能抽象，它是一層單獨的函數，操作系統訪問底層硬件時，不再直接訪問硬件，而是調用這層函數完成操作。作為硬件抽象層，BSP是系統軟件平臺開發的第一步，只有將硬件目標板抽象出來后，才能在此基礎上構建操作系統映像。針對本消防主機，開發了相應的BSP。本BSP中包含了針對各硬件功能模塊的驅動程序，主要有CAN總線接口驅動、以太網驅動、多線制控制驅動、手動盤驅動、人界接口驅動等等。通過驅動程序，上層應用軟件可以方便的訪問硬件接口。BSP結構如圖4所示。

本消防主機應用軟件采用VS2008開發，由于建立在Window CE嵌入式軟件的基礎上，可以做到良好的可視化界面，人機交互采用廣為熟悉的windows系統人機交互操作方式，消防管理人員操作簡單方便。在應用軟件中，實現了GSM功能，以及基于Web的遠程訪問功能，火災自動報警系統的檢測與控制方案。

4.結束語

本智能火災自動報警系統方案采用CAN總線組網，結構簡單，可靠性強，網絡節點數量可以擴展到較大規模，有利于執行大范圍的火災自動報警功能。本系統有如下優點：(1)采用嵌入式系統構建消防主機，系統智能化程度高，采用WindowCE系統，人機交互界面良好，應用軟件操作簡單，方便易學。(2)在消防主機上設置了Web服務器功能，可以方便的進行遠程監控與管理。(3)消防主機配備GSM模塊，在發生火災的時候，可以通過移動網絡，通知相應的責任人。本火災自動報警系統，智能化程度高，可擴展性強，適合于各類樓宇的消防系統構建。

[1]火災自動報警系統設計規范.GB50116-2008.

[2]John A Shaw.Design your DCS to reduce operator error[J].chem.Eng Progress.1991(2):61-65.

[3]J.W.Hofstee and D.Goense.Simulation of a CAN-based Tractor-Implement Field Bus According to DIN 9684.Journal of Agricultural Engineering Research,1997,68(2):89-100.

[4]張冬泉,譚南林,王雪梅,焦風川.Windows CE實用開發技術[M],北京:電子工業出版社,2006.

[5]Microsoft.Microsoft Windows CE.NET Help Document[EB/OL].