分布式智能火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：給出了一種分布式智能火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法、系統(tǒng)軟硬件的組成和實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用多CPU的并行處理方式和智能數(shù)據(jù)處理方法，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確報(bào)警和可靠的聯(lián)動(dòng)控制，利用現(xiàn)場(chǎng)總線CAN實(shí)現(xiàn)控制器的聯(lián)網(wǎng)。實(shí)踐表明，系統(tǒng)可靠性高、靈活性強(qiáng)、人機(jī)界面友好。

關(guān)鍵詞：智能 火災(zāi)報(bào)警 微控制器網(wǎng)絡(luò)CAN總線

智能型火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)是一個(gè)集信號(hào)檢測(cè)、傳輸、處理和控制于一體的控制系統(tǒng)，代表了當(dāng)今火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展方向。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及國(guó)內(nèi)外經(jīng)濟(jì)的迅速增長(zhǎng)，市場(chǎng)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(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)。

本文給出了作者所設(shè)計(jì)的具有90年代國(guó)際先進(jìn)水平的智能型火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、組成、實(shí)現(xiàn)方法和特點(diǎn)。系統(tǒng)采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)，具有可編程、火警靈敏度自動(dòng)調(diào)整和漂移自動(dòng)補(bǔ)償?shù)戎悄芴匦?，工作更加穩(wěn)定可靠，應(yīng)用領(lǐng)域廣闊。

１ 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

為了實(shí)現(xiàn)大范圍和大規(guī)模的火災(zāi)監(jiān)控，必須實(shí)現(xiàn)控制器之間以及控制器與復(fù)示器之間的快速和可靠的通信。CAN(Controllerarea Network)總線是德國(guó)Bosch公司在80年代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測(cè)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(qiáng)調(diào)了實(shí)時(shí)性，又具有極高的可靠性和獨(dú)特的設(shè)計(jì)，特別適合工業(yè)過程監(jiān)控設(shè)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(yīng)用，發(fā)展前景十分廣闊。其最高通信速率可達(dá)1Mbps，通信距離可達(dá)10km。由于控制器之間通信距離遠(yuǎn)，傳輸信息多且實(shí)時(shí)性、可靠性要求高，所以選擇CAN總線實(shí)現(xiàn)控制器之間的通信是十分合適的?？刂破髋c復(fù)示器之間由于通信距離短，傳輸信息少，使用RS-485總線進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖１所示。

２控制器硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)首先應(yīng)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中火災(zāi)報(bào)警基本功能及各種可靠性和抗干擾性要求。其次提供一個(gè)靈活的配置使其能適用于各種應(yīng)用場(chǎng)合。同時(shí)系統(tǒng)應(yīng)具有可擴(kuò)展性，使得系統(tǒng)在發(fā)展過程中容易擴(kuò)展和升級(jí)。

2.1 采用多CPU工作模式和模塊化結(jié)構(gòu)

多CPU工作模式的采用主要是為了解決實(shí)時(shí)性及多任務(wù)調(diào)配等問題?？刂破鞑坏獙?shí)時(shí)地采集各種探測(cè)器及模塊的參數(shù)和狀態(tài)，還要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、LCD顯示、打印、通信和控制等多項(xiàng)工作。單個(gè)微控制器無法實(shí)時(shí)完成以上工作。有必要采用多CPU工作模式和模塊化結(jié)構(gòu)。各CPU之間通過C總線進(jìn)行通信。控制器的組成框圖如圖２所示。

2.2 主CPU模塊設(shè)計(jì)

主CPU模塊用于監(jiān)視和控制各功能部件，進(jìn)行各種數(shù)據(jù)處理，網(wǎng)絡(luò)通信和資料保存等，是整個(gè)控制器的核心。它以微控制器80C652為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)，由程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(fù)示器之間的連網(wǎng)，RS-232可直接同PC機(jī)、打印機(jī)或Modem相連。

2.3 回路掃描CPU模塊設(shè)計(jì)

回路掃描CPU模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)各種探測(cè)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(duì)這些信息進(jìn)行分析和處理，將結(jié)果通過回路總線傳送到主CPU。按照實(shí)現(xiàn)的功能，它主要由七部分組成：外圍部件驅(qū)動(dòng)電路、電壓檢測(cè)電路、干擾抑制電路、過流保護(hù)電路、回路CPU與主CPU接口電路，它們之間的關(guān)系如圖4所示。

３ CAN總線接口設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)是由許多智能火災(zāi)報(bào)警控制器通過CAN總線相連而組成的一個(gè)控制器局部網(wǎng)，因此，CAN總線的設(shè)計(jì)就顯得極為重要。其中，CAN控制器的選取、CAN驅(qū)動(dòng)器以及抗干擾措施將成為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

3.1 CAN控制器的選取

為了系統(tǒng)進(jìn)一步擴(kuò)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(duì)總線的差動(dòng)發(fā)送和接收能力。它與ISO/DIS11898標(biāo)準(zhǔn)完全兼容，有三種不同的工作方式即高速、斜率控制和待機(jī)，可根據(jù)實(shí)際情況選擇。

3.3 光電隔離

為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力，在SJW1000和驅(qū)動(dòng)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(diǎn)

·系統(tǒng)采用先進(jìn)的模擬量傳感器、微控制器和智能算法，能對(duì)各種非火災(zāi)因素引起的漂移實(shí)施自動(dòng)補(bǔ)償，對(duì)探測(cè)器的性能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)等?？捎行У胤乐垢鞣N因素引起的誤報(bào)和漏報(bào)，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確報(bào)警。

·系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了控制矩陣，可用軟件編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)消防聯(lián)動(dòng)，代替了傳統(tǒng)的硬件組合邏輯。不僅便于設(shè)計(jì)和施工，且大大提高了消防聯(lián)動(dòng)的靈活性和可擴(kuò)展性。

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

·系統(tǒng)采用分布式模塊化結(jié)構(gòu)組成微機(jī)局域網(wǎng)，可根據(jù)需要進(jìn)行靈活配置，適用范圍廣。

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

該系統(tǒng)采用分布式模塊化結(jié)構(gòu)組成通信網(wǎng)絡(luò)，配置靈活適應(yīng)性強(qiáng)；采用多CPU協(xié)同工作方式，很好解決了實(shí)時(shí)性和多任務(wù)的矛盾；數(shù)據(jù)處理采用了線性和非線性濾波、門限檢測(cè)以及過程分析等智能算法，為實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確報(bào)警奠定了基礎(chǔ)；系統(tǒng)采用故障自診斷技術(shù)和多媒體技術(shù)。