分布式智能火災報警控制系統(tǒng)設計

摘 要：給出了一種分布式智能火災報警控制系統(tǒng)的設計方法、系統(tǒng)軟硬件的組成和實現(xiàn)。系統(tǒng)設計中采用多CPU的并行處理方式和智能數(shù)據(jù)處理方法，實現(xiàn)了系統(tǒng)的實時、準確報警和可靠的聯(lián)動控制，利用現(xiàn)場總線CAN實現(xiàn)控制器的聯(lián)網(wǎng)。實踐表明，系統(tǒng)可靠性高、靈活性強、人機界面友好。

關鍵詞：智能 火災報警 微控制器網(wǎng)絡CAN總線

智能型火災報警控制系統(tǒng)是一個集信號檢測、傳輸、處理和控制于一體的控制系統(tǒng)，代表了當今火災報警系統(tǒng)的發(fā)展方向。隨著科學技術的迅猛發(fā)展以及國內外經(jīng)濟的迅速增長，市場上迫切需要一種容量大、性能優(yōu)越、可靠性高、便于安裝、使用和維修的智能型火災報警控制系統(tǒng)。

本文給出了作者所設計的具有90年代國際先進水平的智能型火災報警控制系統(tǒng)的設計、組成、實現(xiàn)方法和特點。系統(tǒng)采用先進的計算機技術和通信技術，具有可編程、火警靈敏度自動調整和漂移自動補償?shù)戎悄芴匦?，工作更加穩(wěn)定可靠，應用領域廣闊。

１ 系統(tǒng)網(wǎng)絡結構

為了實現(xiàn)大范圍和大規(guī)模的火災監(jiān)控，必須實現(xiàn)控制器之間以及控制器與復示器之間的快速和可靠的通信。CAN(Controllerarea Network)總線是德國Bosch公司在80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信總線，由于CAN總線強調了實時性，又具有極高的可靠性和獨特的設計，特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設備的互連，因此越來越受到工業(yè)界的重視，得到了廣泛的應用，發(fā)展前景十分廣闊。其最高通信速率可達1Mbps，通信距離可達10km。由于控制器之間通信距離遠，傳輸信息多且實時性、可靠性要求高，所以選擇CAN總線實現(xiàn)控制器之間的通信是十分合適的?？刂破髋c復示器之間由于通信距離短，傳輸信息少，使用RS-485總線進行聯(lián)網(wǎng)。系統(tǒng)網(wǎng)絡結構如圖１所示。

２控制器硬件設計

系統(tǒng)硬件設計首先應滿足國家標準中火災報警基本功能及各種可靠性和抗干擾性要求。其次提供一個靈活的配置使其能適用于各種應用場合。同時系統(tǒng)應具有可擴展性，使得系統(tǒng)在發(fā)展過程中容易擴展和升級。

2.1 采用多CPU工作模式和模塊化結構

多CPU工作模式的采用主要是為了解決實時性及多任務調配等問題?？刂破鞑坏獙崟r地采集各種探測器及模塊的參數(shù)和狀態(tài)，還要進行數(shù)據(jù)處理、LCD顯示、打印、通信和控制等多項工作。單個微控制器無法實時完成以上工作。有必要采用多CPU工作模式和模塊化結構。各CPU之間通過C總線進行通信?？刂破鞯慕M成框圖如圖２所示。

2.2 主CPU模塊設計

主CPU模塊用于監(jiān)視和控制各功能部件，進行各種數(shù)據(jù)處理，網(wǎng)絡通信和資料保存等，是整個控制器的核心。它以微控制器80C652為核心進行設計，由程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、監(jiān)控及自檢電路、I/O接口和通信接口等組成，如圖３所示。其中通信接口為CAN總線，RS-485和RS-232C,CAN用于控制器之間的連網(wǎng)，RS-485用于控制器與復示器之間的連網(wǎng)，RS-232可直接同PC機、打印機或Modem相連。

2.3 回路掃描CPU模塊設計

回路掃描CPU模塊實現(xiàn)對各種探測器和控制單元的尋址，并采集各地址單元返回的信息，包括煙霧濃度模擬量、環(huán)境溫度模擬量和反映外圍部件的各種狀態(tài)信息，并對這些信息進行分析和處理，將結果通過回路總線傳送到主CPU。按照實現(xiàn)的功能，它主要由七部分組成：外圍部件驅動電路、電壓檢測電路、干擾抑制電路、過流保護電路、回路CPU與主CPU接口電路，它們之間的關系如圖4所示。

３ CAN總線接口設計

本系統(tǒng)是由許多智能火災報警控制器通過CAN總線相連而組成的一個控制器局部網(wǎng)，因此，CAN總線的設計就顯得極為重要。其中，CAN控制器的選取、CAN驅動器以及抗干擾措施將成為設計的關鍵。

3.1 CAN控制器的選取

為了系統(tǒng)進一步擴展的需要，可選取支持CAN2.0B通信協(xié)議的SJW1000。SJW1000是PHILIPS公司最新生產(chǎn)的既支持CAN2.0B又支持CAN2.0A的CAN控制器，它與僅支持CAN2.0A的CAN控制器82C200在硬件上和軟件上完全兼容。

3.2 CAN接口芯片82C250

82C250是PHILIPS公司的CAN控制器和物理總線間的接口，提供對總線的差動發(fā)送和接收能力。它與ISO/DIS11898標準完全兼容，有三種不同的工作方式即高速、斜率控制和待機，可根據(jù)實際情況選擇。

3.3 光電隔離

為了進一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力，在SJW1000和驅動器之間增加了光電隔離電路，電源采用DC-DC變換器如圖5所示。

４ 系統(tǒng)特點

·系統(tǒng)采用先進的模擬量傳感器、微控制器和智能算法，能對各種非火災因素引起的漂移實施自動補償，對探測器的性能實現(xiàn)自動檢測等。可有效地防止各種因素引起的誤報和漏報，實現(xiàn)準確報警。

·系統(tǒng)中設計了控制矩陣，可用軟件編程實現(xiàn)自動消防聯(lián)動，代替了傳統(tǒng)的硬件組合邏輯。不僅便于設計和施工，且大大提高了消防聯(lián)動的靈活性和可擴展性。

·系統(tǒng)具有豐富的自診斷功能，能及時檢測出系統(tǒng)的故障及其部位，減少維修時間，為設備正常工作創(chuàng)造了條件。

·系統(tǒng)采用分布式模塊化結構組成微機局域網(wǎng)，可根據(jù)需要進行靈活配置，適用范圍廣。

·系統(tǒng)采用多媒體技術，具有漢字輸入、顯示、語音和聲光報警功能，人機界面十分友好。

該系統(tǒng)采用分布式模塊化結構組成通信網(wǎng)絡，配置靈活適應性強；采用多CPU協(xié)同工作方式，很好解決了實時性和多任務的矛盾；數(shù)據(jù)處理采用了線性和非線性濾波、門限檢測以及過程分析等智能算法，為實現(xiàn)準確報警奠定了基礎；系統(tǒng)采用故障自診斷技術和多媒體技術。