基于CAN總線的三級智能火災報警系統(tǒng)設計

?? 本文設計的智能火災報警系統(tǒng)，采用CAN總線三級通信網(wǎng)絡，以火災為監(jiān)控對象，利用計算機技術、檢測技術和現(xiàn)場總線技術，根據(jù)防火的要求和特點而設計、構成和工作的。該系統(tǒng)既能對火災的發(fā)生進行早期探測和自動報警，又能根據(jù)火情位置，及時輸出聯(lián)動滅火信號，啟動相應的消防設施，進行滅火。實踐證明，該系統(tǒng)具有智能性，反應快捷，高度可靠性等優(yōu)點，能較好地滿足智能大廈對火災防范的要求。

1、引言

　　火災的早期預報已成為撲救火災、減少火災損失、保護生命財產(chǎn)安全的重要保障，是現(xiàn)代消防不可缺少的安全技術措施。消防自動報警和控制系統(tǒng)已廣泛應用于各類建筑和工程中。如何使多個各自獨立的系統(tǒng)構成統(tǒng)一的消防監(jiān)控網(wǎng)絡，是我們必須著眼解決的迫切問題。

2、系統(tǒng)構成

　　2.1 CAN總線

　　現(xiàn)場總線CAN 是應用在生產(chǎn)最底層的一種總線型拓撲的網(wǎng)絡，目前唯一有國際標準的現(xiàn)場總線，可實現(xiàn)全分布式多機系統(tǒng)，節(jié)點數(shù)最多可達110個，傳輸介質(zhì)為雙絞線或光纖。 CAN總線以其抗干擾能力強、通信速率高、傳輸距離遠、構成系統(tǒng)簡單及性價比高等諸多優(yōu)點，在整個市場占據(jù)了一席之地，并在智能化區(qū)域中得到了廣泛的應用，已被公認為最有前途的現(xiàn)場總線之一。相對于傳統(tǒng)的通信總線RS-485總線，CAN總線還具有諸多的優(yōu)點：工作于多主方式，提高了系統(tǒng)的可靠性和靈性；具有的完善的通信協(xié)議可由CAN控制器芯片及其接口芯片來實現(xiàn)，從而大大降低了系統(tǒng)的開發(fā)難度，縮短了開發(fā)周期。同時CAN總線在有較大數(shù)據(jù)容量的系統(tǒng)網(wǎng)絡方面有較強的處理能力和優(yōu)勢，所以CAN總線很適合作為智能區(qū)域底層網(wǎng)絡的主干通道。正是由于CAN總線的優(yōu)點，所以本文采用CAN總線形成的三級通信控制系統(tǒng)。

　　2.2 三級通信控制系統(tǒng)

　　基于CAN總線的三級智能火災報警系統(tǒng)的結(jié)構圖如圖1所示。該系統(tǒng)由三級通信控制系統(tǒng)組成。這三級通信控制系統(tǒng)分別是：第一級：主控計算機通過RS- 232總線接收中央控制器的報警信息；第二級：中央控制器通過CAN總線接收區(qū)域控制器的報警信息；第三級：用戶端自動報警器的報警信息通過CAN總線傳輸至區(qū)域控制器。此三級網(wǎng)絡可以組成不同的網(wǎng)絡形式，針對這種情況，對于小型區(qū)域，該系統(tǒng)可以省略區(qū)域控制器?？梢?，該系統(tǒng)針對不同的對象可實現(xiàn)最優(yōu)的性能價格比和最廣的應用覆蓋面，提高產(chǎn)品的競爭能力，擴展特別的方便。

????? 從如圖1中可以看到，系統(tǒng)由用戶端自動報警器、區(qū)域控制器、中央控制器和主控計算機四部分組成。它的工作過程是：系統(tǒng)運行時，用戶端自動報警器主要完成現(xiàn)場火情信號的采集。當用戶端自動報警器檢測到警情時，通過CAN總線傳輸至區(qū)域控制器，再經(jīng)過區(qū)域控制器傳送至小區(qū)管理監(jiān)控中心的中央控制器，并向相關部門(管理中心或戶主)發(fā)出報警信號。本系統(tǒng)中的主控計算機還具有將中央控制器接收到的報警信息通過LED準確顯示的功能，如警情發(fā)生的樓號，區(qū)域，房門號和所遭受的火災方式等，提示保安人員迅速確認警情，及時趕赴現(xiàn)場，以確保實驗室財產(chǎn)和人生安全。由于CAN總線受傳輸線距離以及節(jié)點數(shù)的制約，其節(jié)點容限最多為110 個，因此，針對大、中型智能小區(qū)的區(qū)域，提出了采用三級控制系統(tǒng)的方案，即在中央控制器和用戶端自動報警器之間加入?yún)^(qū)域控制器。下面對該系統(tǒng)的各部分逐一介紹。

3.硬件設計

?3.1 用戶端自動報警器的硬件設計

????? 用戶端自動報警器是本課題的設計重點，它是利用無線通訊技術和帶CAN控制器的單片機的控制技術，開發(fā)出來的一種具有聯(lián)網(wǎng)功能的報警器，它主要完成現(xiàn)場火情信號的采集，是基于CAN總線的三級智能火災報警系統(tǒng)的重要組成部分之一。用戶端自動報警器組成框圖如圖2所示。它主要包含前端探測器、編解碼電路、自動撥號電路和語音報警電路組成。

????? 3.1.1 前端探測器

????? 傳統(tǒng)的前端火災探測器采用的是單一參數(shù)火災探測器，存在的誤報率高、漏報等問題，本系統(tǒng)采用多元火災探測器。報警系統(tǒng)中對火災信號的檢測采用多探測器/多判據(jù)的火災探測技術，將探測器探測到的多元火災探測信息經(jīng)單片機進行綜合判斷。采用多元信號檢測，一方面完成火情的實時檢測任務，另一方面大大降低了探測器部分的誤報率，提高了整個系統(tǒng)的可靠性。本系統(tǒng)中的燃氣泄漏探測器采用深圳豪恩公司的LH-83家用燃氣泄漏探測器，光電感煙探測器采用深圳豪恩公司的 LH-93光電感煙探測器。

　　3.1.2 編解碼電路　　　　

　　用戶端自動報警器本身和前端探測器之間采用無線通信，不需另外接線，特別適用于已裝修用戶以及布線不方便的場合，這就需要有射頻接收發(fā)送電路。在本系統(tǒng)中的射頻接收發(fā)送電路采用***普城公司生產(chǎn)的一種CMOS工藝制造的低功耗、低價位、通用編解碼電路PT2262/2272。射頻接收發(fā)送電路主要功能是：前端探測器發(fā)來的報警信號經(jīng)編碼芯片PT2262發(fā)出編碼信號后，通過解碼芯片PT2272接收后送到微控制器。

　　3.1.3 自動撥號電路和語音報警電路

　　自動撥號電路和語音報警電路，它的主要作用是在有警情發(fā)生時，通過撥號電路，撥打用戶預先設好的電話號碼(如119、手機號碼、辦公室號碼等)進行遠程撥號報警；同時啟動語音電路，將預先錄制好的語音信號通過電話線傳給主人，實現(xiàn)語音提示通信功能。

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????? 3.2 區(qū)域控制器的硬件設計

????? 區(qū)域控制器主要用于樓宇的一個區(qū)域用戶端自動報警器的信息管理和控制，在系統(tǒng)運行時，等待中央控制器的不間斷查詢，并對用戶端自動報警器進行監(jiān)控，并將報警數(shù)據(jù)上傳到中央控制器，從而實現(xiàn)主控計算機機與用戶端自動報警器之間的通訊，同時為方便管理和擴展系統(tǒng)提供一種有效的方法。采用區(qū)域控制器使整個系統(tǒng)更易擴展，便于系統(tǒng)的調(diào)試、維修和管理。區(qū)域控制器是用來連接中央控制器和用戶端報警器的橋梁，它解決了智能小區(qū)節(jié)點分散、數(shù)據(jù)量大的問題，使得管理中心更加容易控制其內(nèi)部的每一個用戶。

　 ??區(qū)域控制器組成框圖如圖3所示。區(qū)域控制器選用Intel的89S52單片機芯片為控制核心，在其與用戶端報警器相連的CAN端口側(cè)，安裝了CAN總線收發(fā)器，以及光耦隔離防干擾裝置，解決了與用戶端報警器之間的信號交換問題。而與中央控制主機相連的CAN端口側(cè)，同樣安裝了CAN總線收發(fā)器，解決與中央控制主機之間的信號交換問題。另外，加入防破壞識別模塊和報警器模塊可使物業(yè)監(jiān)控主機及時發(fā)現(xiàn)對區(qū)域控制器線路的人為破壞，并及時修復。

　　3.3 中央控制器的硬件設計

　　中心中央控制器是主控計算機與區(qū)域控制器之間的橋梁、紐帶，負責主控計算機與區(qū)域控制器之間的指令、數(shù)據(jù)的存儲與傳輸。智能小區(qū)的每個房間都安裝一個用戶端自動報警器，因此不止需要一個區(qū)域控制器，由于通訊距離、速度和質(zhì)量的限制，不可能每一個區(qū)域控制器都和主控計算機之間直接進行指令和數(shù)據(jù)的通訊，所以采用中央控制器作為中間橋梁，將區(qū)域控制器的報警信息等數(shù)據(jù)事先存在中央控制器，等待主控計算機查詢。

　　中央控制器組成結(jié)構和區(qū)域控制器類似。不同的是中央控制器主要完成主控計算機的RS-232信號和區(qū)域控制器的CAN信號之間的轉(zhuǎn)換，它是主控計算機和區(qū)域控制器之間的橋梁，是數(shù)據(jù)的中間存儲站。

3、結(jié)論

　　針對我國現(xiàn)有智能小區(qū)的發(fā)展趨勢，本文提出了適用于大、中型智能小區(qū)的基于CAN總線的三級智能火災報警系統(tǒng)的設計方案。該智能火災報警系統(tǒng)在前端火災探測部分采用多元無線報警的方案，這樣可以大大的減少誤報率和漏報率，提高了系統(tǒng)的可靠性，同時不需另外接線。而它的網(wǎng)絡采用基于CAN總線的三級通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)最優(yōu)的性能價格比和最廣的應用覆蓋面，提高產(chǎn)品的競爭能力，擴展特別的方便。本文作者的創(chuàng)新點：火災報警系統(tǒng)中通信網(wǎng)絡采用基于CAN總線的三級通信網(wǎng)絡，以及采用多元無線報警器。