高層建筑火災自動報警系統的設計

摘 要：高層建筑火災具有火勢蔓延快、火災撲救難度大、人員疏散困難等特點，由于目前消防應急救援裝備能力的發展遠遠趕不上高層建筑的發展速度，因而，火災自動報警系統在高層建筑中起著至關重要的安保作用。近年來，無線通技術、集成電路、微電子技術和傳感器技術的迅速發展，也帶動了火災自動報警系統的高速的發展。本文敘述了火災自動報警系統的總體方案的設計，以幫我們在今后的火災自動報警系統的設計中提供一些參考。

關鍵詞：高層建筑 火災自動報警系統 系統設計

中圖分類號：TU318文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2012）09（a）-0041-02

1 火災自動報警系統的簡介

火災自動報警系統通常是由火災報警裝置、火災警報裝置、觸發裝置和具有一些輔助功能裝置組成的。它能提前探測到火災隱患，通過工程的需求和其它滅火設備以及通訊裝置聯動，可形成中心控制系統。在滅火初期，它可以將發生火災時所產生的熱量、火焰以及煙霧等物理量，根據火災探測器轉化成電信號，傳送到火災報警控制器，同時，它還能顯示出火災發生的時間、地點等，可以讓周圍的人及時地發現火災，能及時地報警或自救方式來撲滅初期火災，極大地限制了火災對財產和生命的損失。

在設計火災自動報警系統時，一定要遵循《火災自動報警系統設計規范》的要求，此外，還要將高層建筑的自身特點考慮進來，要保證產品的選配合理和安全適用，還需考慮先進技術的應用，要做到經濟合理。對探測器的位置設置要有明確的規定，在設計上，要考慮到探測器在不同場所的設置，由于是高層建筑，因此，還要重點考慮公共場所的探測器設置，火災危險性、爆炸場所、電纜夾層等因素也考慮在其中。

2 火災自動報警系統設計軟硬的要求

在火災自動報警系統設計初期，要按照軟件設計的基本原則，保證系統開發出來后，要有實用性、易操作性、安全性、擴展性、可靠性和抗干擾性。進行設計軟件時，在設計方法上，可采用結構化設計法，在軟件設計思想上，采用模塊化、抽象化等，逐步形成軟件的詳細設計和總體設計。還要充分考慮到軟件要需具備正確性、可靠性、高效性、健壯性、易用性等。進行硬件設計時，要考慮硬件內部資源的預留和外部擴展接口，在日后的維護和升級帶來方便，此處，還需要考慮到配件的貨源狀態和成本，以及它的技術水平和實際可操作性等因素。

2.1 火災自動報警系統硬件要求

火災報警控制器、火災探測節點、無線通信節點和消防聯動報警裝置等共同構成了火災自動報警系統。

當火災發生時，火災探測節點首先要通過對一氧化碳濃度、溫度和濃度發出的信號進行采集，將這些物理量轉化成電信號，最后，通過無線通信網絡將收集到的電信號輸送到火災報警控制器中。

在火災自動報警系統中，數據的傳輸是由無線網絡來負責，無線通信網絡的基本通信單元由無線通信節點構成，它主要負責火災探測節點和火災報警控制器兩者之間的數據與信息交互，從而完成對數據傳輸、探測節點、控制信息傳遞的統籌管理。

火災報警控制器根據探測節點收集到的信息，通過智能火災識別算法對多元火災參量進行信息的整合，來作出相應的判斷，然后再決定是否產生的控制信號對聯動裝置實施控制，火災報警控制器是防火區域管理和數據處理的核心，它還可以對其管理范圍的所有探測節點進行綜合管理。

當火災報警控制器判斷出有火情發生時，聯動報警裝置和火警揚聲器被立即啟動，以便能提醒周圍的人有火情即將發生，隨后消防聯動裝置被自動啟動；此時，當人們發現有火災發生時，還可以用手動方式按動報警按鈕，這樣火災報警控制器會馬上啟動聯動裝置。消防應急照明燈、消防廣播、疏散警鈴、噴淋泵、消防泵、排煙系統等一系統聯動裝置構成了聯動裝置。

2.2 火災自動報警系統軟件要求

閉值判斷和趨勢檢測算法通常被應用在傳統的火災報警系統的信號處理中，這種設計采用的傳感器的種類和數量較多，因而，整個系統的復雜度會加大，探測器和探測節點也容易受到周邊環境的影響，使整個系統會出現的誤報和漏報率相應加大，而趨勢檢測算法和應用閩值判斷會導致系統的誤報率和漏報率無法降低。因此，選擇合適的探測算法對以上問題的解決是非常重要的，為了解決系統中存在的誤報率和漏報率，系統可采用模糊神經網絡火災探測算法，結合多元參數的數據融合和智能處理，將使系統的穩定性和可靠性大大提高。為了能將探測器收集到的信號進行智能化信息處理，可在防火分區的火災報警控制器內實現火災智能探測算法。

探測節點的程序主要是由無線通信服務程序和信號采集程序組成，前者主要是將采集的數據發送到火災報警控制器中，而后者則是要完成一氧化碳濃度、溫度、煙霧濃度信號的采集。

3 火災自動報警系統對器件的要求

目前，在工業控制、通信、家電和儀器儀表中，一般都是采用嵌入式系統，它的廣泛應用，也被應用到火災自動報警系統中。嵌入式系統一般由以下幾部分組成：嵌入式微處理器、外圍硬件設備、嵌入式操作系統、特定的應用程序，其基本組成如圖1所示。

3.1 處理器的選配

ARM（Advanced RISC Machines）處理器是一個32位元精簡指令集（RISC）處理器架構，被許多嵌入式系統所采用，體積小、低功耗、低成本、高性能等是它的優點； 支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集，且可以較好地兼容8位/16位器件；大量使用了寄存器，指令執行速度會更快；大多數數據操作都在寄存器中完成；尋址方式靈活簡單，執行效率高；指令長度固定。ARM7微處理器是32位RISC處理器系列中的一個，其中ARM7TMDI構架的微處理器被應用的最為廣泛，其中TMDI字母T表示支持Thumb指令集、D表示支持片上Debug、M表示內嵌硬Multiplier、I表示支持片上ICE。在火災自動報警系統中，火災報警控制器的處理核心我們可選用三星公司的ARM7TMDI構架處理S3C44BOX，它擁有強大的浮點數運算能力和豐富的接口，正好可滿足系統的需求。

3.2 傳感器的選配

火災的發展過程可分為明火和陰燃階段，在明火階段，通常會產生大量的熱量和明亮的火焰，周圍還伴隨著電磁輻射；而在阻燃階段，通常會產生直徑為0.01-10μm的黑色、白色或是灰白色的霧粒子；在燃燒階段，燃燒物可以產生大量的一氧化碳，由此可見，火災中的一些重要參量包括煙霧溫度、濃度、以及一氧化碳濃度，因此，合適的探測器對系統的設計非常重要。

3.2.1 一氧化碳氣體濃度傳感器的選配

火災發生時，溫度、一氧化碳濃度和煙霧濃度等幾種參量，最開始會產生一氧化碳，且還帶有毒性。為防止人們過多吸入一氧化碳中毒而無力逃生，因此，選擇一種高效的一氧化碳氣體傳感器是十分必要的。NAP505電化學式一氧化碳傳感器，檢測濃度：0～1000ppm；輸出電流：40±10nA/ppm；重復性：±2%；精度：<±5ppm；應答時間：< 30秒；飄移：<5%/年；使用壽命5年，NAP505電化學式一氧化碳傳感器是根據原電池的化學反應，根據氧化還原反應所產生的能量，通過電能輸出的原理來檢知氣體。它自身帶有電流輸出，因此，傳感器本身就不再需要驅動電壓。常用于工業用火災報警器、一氧化碳氣體濃度計、環境監測儀、便攜式探測器等。

3.2.2 煙霧傳感器的選配

煙霧傳感器就是通過監測煙霧的濃度來實現火災防范的，煙霧報警器內部采用離子式煙霧傳感，離子式煙霧傳感器是一種技術先進，工作穩定可靠的傳感器，被廣泛運用到各種消防報警系統中，性能遠優于氣敏電阻類的火災報警器。根據高層建筑的煙霧傳感器的功能需求，NIS-09C是離子式煙霧傳感器，內部使用了微量的放射性物質镅241，但傳感器本身被金屬制電極所覆蓋，放射能決不會泄露，比較適用于火災報警系統中。NIS-09C屬于低功耗廣普型傳感器，適用各種高靈敏度煙霧探測器、火災報警器等。額定電壓：DC7-12V；電流：27±3pA；離子元素：镅241、33.3KBq；環境溫度：0-50℃；環境濕度：95%RH以下；清凈大氣中輸出值：5.6±0.4V；棉芯2%/foot；煙靈敏度：0.6±0.1V。

3.2.3 溫度傳感器的選配

由于物質在燃燒時，周圍環境的溫度就會很快升高，并產生出大量的熱量，因此，火災探測中一個最重要的參量就是溫度。由于HN37型溫度傳感器有感溫靈敏、重量輕、體積小等優點，因此，非常適合于室內大棚、火災報警、辦公場所中使用，其具體指標如表1。

3.3 無線收發芯片的選配

在特殊的應用場合中，無線通信網絡要比有線網絡更有優勢，它為火災報警控制器與探測器采集單元提供數據的交互，因此，在火災報警系統的通信中可采用無線通信網絡傳輸數據。微電子技術的迅速發展也帶動了高頻芯片的發展速度，集成芯片可以很好地解決無線信道的不穩定性，同時還能提高無線信道的質量，使整個無線通信設備在經濟上更廉價，而且體積小、重量輕，因此，作為收發設備的信息處理核心集成的無線收發芯片成為必然的選擇。

3.4 單片機的選配

在火災復合探測處理單元中，可選用飛利浦（Philips）公司的推出的P87LPC767單片機，它在80C51內核基礎上進行擴展和改進，擴展了模擬比較器、看門狗、UART、ADC、上電復位檢測、欠壓復位檢測等功能，采用加速80C51處理器結構，其指令執行速度是標準80C51CPU的2倍，P87LPC767單片機具有抗干擾力較強、溫度適應范圍寬、內含高質量的A/D轉換器、可提供增強的MCU、還可以對模擬功能進行設定、強大的鍵盤中斷功能以及微功耗等優點，因而在滿足多方面的性能需求的同時，還適用于許多高集成度和低成本的場合。

3.5 操作系統的選配

在選用常用的操作系統上，Linux操作系統由于具有較強的穩定性和良好的網絡功能，所以較適合于通用的處理器，并且移植性也相對較好，但是，它缺乏內部MMU（內存管理單元）的ARM處理器的能力。因此，GNU組織在Linux的操作系統的基礎上開發出一種μClinux系統，它專門應用于片內無MMU的微處理器，并在嵌入式系統開發經常采用，它與Linux操作系統的最大區別就是適應于無MMU處理器，目前，在使用了片內無MMU的微處理器的中低端嵌入式產品中，μClinux具有很多優點，如系統穩定、開放源碼、網絡功能強大等，因此，采用μClinux作為嵌入式操作系統更加合適。

4 結語

高層建筑火災自動報警系統在消防安全保障方面起著至關重要的作用，特別是對人員密集的公共場合，火災自動報警系統更是保障周圍安全的一項重要工程。我國的火災報警系統起步較晚，跟發達國家相比還有一定的差距，隨著我國經濟的快速發展，城市中的高層建筑也越來越多，火災報警系統的需求也就必然增多，人們也開始越來越重視這項工程，對系統的智能化、網絡化和集成化提出了更高的要求，因而，我們在今后的系統設計中更要嚴格要求器件的選配和在技術上的進一步提高，設計出更人性，更智能的系統，才能更好地起到及時、準確的報警作用。

參考文獻

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[3]百度百科，http：//baike.baidu.com.