基于CAN總線的火災(zāi)探測系統(tǒng)的研究

◎王琮澤于波張子儀蘇哲

（作者單位：1.吉林建筑大學(xué)電氣與計算機學(xué)院；2.榆樹市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局）

隨著我國人民生活水平日益提高，人們的火災(zāi)防范意識也逐步增強，住宅內(nèi)火災(zāi)探測報警系統(tǒng)在日常的安全防范工作中的應(yīng)用也愈來愈廣泛。目前，火災(zāi)探測報警系統(tǒng)綜合利用了現(xiàn)代通信技術(shù)（Communication）、現(xiàn)代控制技術(shù)（Control）、現(xiàn)代計算機技術(shù)（Computer）和現(xiàn)代圖形顯示技術(shù)（CRT）即4C技術(shù)的火災(zāi)探測報警系統(tǒng)，既能快速準(zhǔn)確的探測出早期的真實火災(zāi)信號，又能通過聯(lián)動控制在一定范圍內(nèi)，及時消除火災(zāi)隱患，防患于未然，最大限度地降低了火災(zāi)對人類造成的生命和財產(chǎn)威脅。隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展，建筑物的規(guī)模日益擴大，設(shè)施日益完備，火災(zāi)報警系統(tǒng)監(jiān)控的范圍也隨之增大，這對系統(tǒng)有了更高的要求。CAN總線作為利用最普遍的現(xiàn)場總線手段之一，具備智能性，反映快捷，高度可靠的優(yōu)勢，較好地滿足了室內(nèi)對火災(zāi)探測系統(tǒng)的需求。

引言：隨著現(xiàn)代化進程的發(fā)展，我國綜合國力穩(wěn)步前進，在全國范圍內(nèi)建成了許許多多的現(xiàn)代化住宅小區(qū)。而由于城市人口膨脹、外來人口的增加及煤氣和大量家用電器設(shè)備利用中的不安全等，成為小區(qū)內(nèi)住民的生命財產(chǎn)安全的首要不穩(wěn)定原因。因此，人們迫切需要一種智能型的家庭火災(zāi)報警體系，能及時發(fā)現(xiàn)各類險情并通知戶主，以便將險情在火災(zāi)初期被發(fā)現(xiàn)并及時制止，同時也保證了居民的生命財產(chǎn)安全不受威脅。因而有關(guān)家庭、辦公室等處的報警系統(tǒng)的研制日益被科研單位和生產(chǎn)廠家所重視，目前市場上也呈現(xiàn)了各種名目繁多的報警裝置，但都因為可靠性較差、功能單一或造價高而難以遍及世界各地。因此鉆研一種適合于家庭、銀行等場所的低價位、運行可靠的火災(zāi)探測報警系統(tǒng)對室內(nèi)呈現(xiàn)的各種意外事件如火災(zāi)、煤氣泄漏等自動發(fā)出報警信息并提示業(yè)主及時處理已勢在必行。

一、火災(zāi)探測系統(tǒng)的總體設(shè)計

火災(zāi)探測報警系統(tǒng)是把火災(zāi)探測器所在環(huán)境的煙濃度或溫度對時間變化的數(shù)據(jù)傳送給計算機，計算機根據(jù)由模型實驗、數(shù)值計算和現(xiàn)場調(diào)研得到的事先儲存的智能數(shù)據(jù)庫內(nèi)有點控制器通過CAN總線接收上位機的各種操作控制命令和設(shè)定參數(shù)；及時收集現(xiàn)場監(jiān)測到的物理量信號，并對這些信號金行計算處理、統(tǒng)計評估。

在信息評估過程當(dāng)中，再也不只是按照簡略的長短準(zhǔn)則，而是同時考慮到別的中間價值。再按照預(yù)設(shè)的有關(guān)規(guī)則，把這些不同水平的信息轉(zhuǎn)化為正當(dāng)?shù)牡膱缶瘎幼餍畔?。例如：“煙不多，而溫度快速上?發(fā)出報警”，或“煙不多，且溫度沒有上升-發(fā)出預(yù)報警”等。各節(jié)點間也可通過CAN總線網(wǎng)絡(luò)進行信息交換。因為CAN總線固有的電氣特征，在一個CAN總線收集中至多只能設(shè)置裝備擺設(shè)110個節(jié)點。為了滿足住宅、銀行及其他場所的請求，操縱中繼器對CAN總線進行擴大，不但可增加體系節(jié)點，還可以起到信號放大用，增大通訊間隔。

圖1系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖

二、器件的選用

器件選用的MQ-2煙霧傳感器，不僅成本低，而且外觀小巧，所占空間小，抗干擾能力強，同時也是一個多種氣體檢測裝置，對空氣中的許多氣體如苯、烷、煙霧、氫氣等都可以進行實時檢測，可以廣泛應(yīng)用于住宅、寫字樓等需要探測氣體泄漏的場所。DS18B20溫度傳感器是十分常用的數(shù)字溫度傳感器，體積較小，但精確度高，其輸出信號是數(shù)字信號。這樣的溫度器線路十分簡單，操作方便，成本低廉，適合本系統(tǒng)的使用。STC系列單片機是美國STC公司最新推出的新型51內(nèi)核的單片機，本系統(tǒng)選用的單片機是STC89C51單片機，結(jié)構(gòu)最簡單的此類芯片組成簡單而且可靠性十分高。蜂鳴器是一種一體化布局的電子訊響器，普遍用于計算機、打印機及報警器作為發(fā)聲器件，可分為無源和有源蜂鳴器兩種，是一種報警通信器，可通過接通電路發(fā)出聲音進行報警。而本次設(shè)計采用的是有源蜂鳴器，它的程序控制起來十分方便，當(dāng)連通電源時便可發(fā)出聲音。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生之時，空間周圍環(huán)境和氣體濃度會發(fā)生變化，溫度升高及產(chǎn)生的煙霧的變化會將實時信息通過DS18B20溫度傳感器和MQ-2煙霧傳感器傳送給STC89C51單片機進行處理，達到實時監(jiān)控的目的并實現(xiàn)火災(zāi)預(yù)警。

三、火災(zāi)探測系統(tǒng)的特點

1.系統(tǒng)基于CAN總線，在信息傳輸?shù)陌踩浴⒖煽啃?、實時性方面達到了較高的要求；通信能力得到了大幅度的進步；組態(tài)更加靈活方便。

2.采用設(shè)置了能準(zhǔn)確判別火情處理電路的智能型火災(zāi)探測器，探測器的靈敏度可在控制器上設(shè)定和改變，以適應(yīng)不同環(huán)境的需要；控制器隨時感應(yīng)每一個在線探測器的實時狀況，當(dāng)環(huán)境條件如溫度、濕度等變化時往往會致使探測器初始化值的漂移，控制器能主動跟蹤探測器的漂移值，使系統(tǒng)具備高度的可靠性。

3.具有電腦語言提示功能，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障或發(fā)生火警時，可用語言形式播報出火警（或系統(tǒng)故障）的確切位置和問題性質(zhì)，有助于人員安全疏散和滅火工作。

四、火災(zāi)探測系統(tǒng)的實現(xiàn)

深入研究可燃物基本熱物性、可燃物熱解、著火焚燒、燃燼規(guī)律，有限空間轟燃機理，煙氣活動、分散的渾沌機理及其描述方式，火警過程當(dāng)中的非線性理論與展望模式等。通過實驗室實驗、現(xiàn)場調(diào)研以及數(shù)值模擬，可積累起有關(guān)建筑火災(zāi)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)，上建立建筑火災(zāi)數(shù)據(jù)庫。在數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，對數(shù)據(jù)進行知識發(fā)現(xiàn)，最后建立有關(guān)火災(zāi)的專家系統(tǒng)。