基于嵌入式系統的智能建筑集總式消防系統的設計與優化

章潛

摘要：隨著智能系統的發展，集總式消防系統的出現使得現代建筑變得更加智能化?；谇度胧接布到y開發了一套智能建筑集總式消防系統，該系統具有成本低、性能強、集成度高、功能豐富等優點。同時，對消防系統內部的嵌入式硬件系統和消防終端的傳感器進行了分析，闡述了嵌入式硬件系統的優點以及消防系統傳感器的電路設計。最后，結合實際消防系統設計的特點，對智能消防系統設備在實際安裝過程中遇到的問題進行優化。

關鍵詞：消防系統;智能建筑;嵌入式系統

中圖分類號：TP277

文獻標志碼：A

DesignandOptimizationofIntelligentBuildingLumped

FireProtectionSystemBasedonEmbeddedSystem

ZHANGQian

（BeijingInstituteofSpacecraftEnvironmentEngineering，Beijing100094，China

）

Abstract：Withthedevelopmentofmodernintelligentsystems，theemergenceoflumpedfireprotectionsystemhasmademodernbuildingsmoreintelligent.Thispaperdevelopsasetofintelligentbuildinglumpedfireprotectionsystembasedonembeddedhardwaresystem.Thissystemhastheadvantagesoflowcost，strongperformance，highintegrationandrichfunctions.Atthesametime，thispaperanalyzestheembeddedhardwaresysteminsidethefireprotectionsystemandthesensorsofthefireterminal，andexpoundstheadvantagesoftheembeddedhardwaresystemandthecircuitdesignofthesensorofthefireprotectionsystem.Finally，thispapercombinesthecharacteristicsofactualfireprotectionsystemdesigntooptimizetheproblemsencounteredintheactualinstallationofintelligentfireprotectionsystemequipment.

Keywords：fireprotectionsystem;intelligentbuilding;embeddedsystems

0引言

隨著我國建筑技術的快速發展，建筑行業出現并應用了諸多新設備和新技術[1]。但是相比于歐美等發達國家，我國智能消防控制系統和消防技術處于相對落后的狀態，以智能消防控制系統為例，我國主要存在以下問題[24]：1）目前消防系統的設備基本上為獨立購買、獨立安裝，相互間兼容性較差，很難形成統一的整體，從而容易出現誤報、延遲報警、關鍵信息漏報等問題;2）消防系統中各個子系統或者各個模塊之間所用的通信協議無法統一，造成系統的功能擴展或者集成難度大，嚴重制約其應用和推廣;3）目前大多消防系統的集中控制方式存在控制可靠性低、控制器負重量大等問題，而且部分消防系統未滿足我國現行規范《火災自動報警系統設計規范》GB501162013中規定的分散控制和集中管理的部分要求;4）目前廣泛應用的控制器（比如PLC），其存在設備成本高、維護成本高、開發周期長、功耗大、體積大等缺點。因此為了控制和預防火災，研究開發具有聯動控制和自動報警的新型智能消防控制系統是十分必要且迫切的。

1系統總體設計

本系統所用的集中控制器基于嵌入式系統[5]開發的，其具有可靠性高、實時性強、成本低、開發周期短、體積小、功耗低和維護簡單等特點。嵌入式系統的主要作用為監測系統中所有設備的運行情況;控制聯動設備和探測器設備等。在本集總式消防系統將多個獨立、分離的消防應急報警點聯網使其形成集中控制中心，其具有兼容性強、集中式管理、遠程聯動和報警等優點，符合目前高層復雜建筑對消防安全的要求。

本系統的結構圖如圖1所示。

其主要包含多個智能控制系統、集中控制器和后臺的消防監控系統等。這些結構的聯合運轉保證了整個集成式消防監控系統的正常運行[6]。

2消防應急聯動系統

2.1嵌入式硬件系統設計

本系統的嵌入式控制板硬件部分可以分為主控電路板和擴展底板，其中主控電路板的內核為ARM[7]，其具有功耗低、性能強的優點。此外該電路為CAN總線[8]控制，其可以利用控制器芯片及總線收發器芯片進行CAN總線通信。節點微控制器利用SPI接口和MCP2515CAN控制器連接，利用TJA10150CAN收發器發送和接收物理總線的數據，可以

使系統實現相互間的數據通訊[9]。CAN總線的通訊結構圖，如圖2所示。

主要包含節點控制器、CAN總線控制器、CAN總線收發器和CAN總線。其中消防檢測系統接收器、集中控制器、子系統控制器和系統各個節點之間為平級，連接方式為點對點。CAN總線通信原理如圖3所示。

其主要是通過消防聯動系統子控制器、集中控制器和消防檢測系統組成。

2.2光電傳感器的選擇

傳感器的類型有很多種，其主要的區別如表1所示。

通過上表可以發現：光電傳感器的測試范圍更廣、分辨率更高[10]。同時其價格低廉，故本文懸著的嵌入式智能消防系統終端傳感器懸著光電傳感器。

本文選擇的RPR220光電傳感器是一體式的傳感器，其接收器為一個靈敏度很高的光電二極管。應用范圍很廣，能廣泛應用在各種探測設備中[11]。

RPR200光電傳感器的輸出模式為一個0～5V的模擬電壓，然后將模擬電壓通過LM339比較器傳輸到單片機上。具體的信號采集電路，如圖4所示。

3智能消防系統的優化

智能消防系統在設計之初都會遇到一些普遍的問題，比如：消防系統的設計會過多的依賴建筑本身的結構形式，從而忽視了消防設備的聯動問題。本文主要從以下兩個方面對智能消防系統進行優化設計。

低壓配電系統設備安裝過程匯總兩端引線長度。低壓配電浪涌保護器接線保持最短的電路圖，如圖5所示。

負荷兩端的電壓Ueq=U1+Up+U2，其中U1和U2很小可以忽略。當系統為高頻狀態時，此時電路中產生的電感效應很大UL=Ldi/dt。

以實際情況為例，假定峰值電流為Ipeak=10kA，

當L1=0.8m，L2=0.5m，di/dt=10kA/s，則Ueq=L1di/dt+Up+L2di/dt=Up+1625（V）

當L1=0.25m，L2=0.25m，di/dt=10kA/s，則Ueq=L1di/dt+Up+L2di/dt=Up+625（V）

通過上式不同的實例進行對比可以發現：當縮短浪涌保護器設備的接線長度時可以最大程度上消防控制負載進行保護。

4總結

本文介紹了集總式消防控制系統的設計要點，并對該系統中的主要模塊——消防應急聯動子系統的設計和實現方式進行了詳細介紹。其次，本文重點介紹了各節點、集中控制器和子系統控制器之間的通訊方式。該系統不僅有效避免了傳統消防系統存在的火災漏報、誤報、延遲聯動等情況，而且可以針對不同類型的火災采取不同的措施，大大提高了滅火的及時性和消防系統的可靠性。最后本文對智能消防系統的部分功能進行了設計優化，使得其能夠達到更高的標準。

參考文獻

[1]

楊啟堯，葛泉波.物聯網技術在智能無線消防系統中的應用[J].消防科學與技術，2014，33（5）：552555.

[2]魏曉光，王宗禹.某采購中心倉儲項目消防性能化設計分析[J].低溫建筑技術，2014，36（10）：4244.

[3]蔡婷，李洋，全春輝，等.美國和歐洲油庫消防系統標準先進性研究[J].全面腐蝕控制，2018，32（1）：38.

[4]管忠海.基于建筑消防的智能消防系統應用問題及對策分析[J].中國住宅設施，2017（10）：106107.

[5]WeiZhang，QinmingQi，JingDeng.BuildingIntelligentTransportationCloudDataCenterBasedonSOA[J].InternationalJournalofAmbientComputingandIntelligence，2017，8（2）：111.

[6]黃豐偉，吳榮文.智能建筑中智慧消防控制系統的應用研究[J].電子世界，2017（19）：79.

[7]汪昕隆，許萬彬，王梓行，等.跟蹤定位消防系統中的CAN技術應用層通信協議[J].計算機系統應用，2018，27（8）：114118.

[8]WeiZhang，QinmingQi，JingDeng.BuildingIntelligentTransportationCloudDataCenterBasedonSOA[J].InternationalJournalofAmbientComputingandIntelligence，2017，8（2）：111.

[9]翟國軍.虛擬電子測量儀器集成系統基礎架構的研究與設計[J].設備管理與維修，2019（20）：2021.

[10]孫式運.基于MCGS組態軟件的智能消防監控系統設計[J].現代工業經濟和信息化，2018，8（17）：4344.

[11]牛浩玉，湯文兵，田錦.基于深度強化學習的智能體在智慧消防中的應用研究[J].通信技術，2019，52（10）：25672572.

（收稿日期：2020.04.11）