分布式智能火災報警控制系統設計

摘 要：給出了一種分布式智能火災報警控制系統的設計方法、系統軟硬件的組成和實(shí)現。系統設計中采用多CPU的并行處理方式和智能數據處理方法，實(shí)現了系統的實(shí)時(shí)、準確報警和可靠的聯(lián)動(dòng)控制，利用現場(chǎng)總線(xiàn)CAN實(shí)現控制器的聯(lián)網(wǎng)。實(shí)踐表明，系統可靠性高、靈活性強、人機界面友好。

關(guān)鍵詞：智能 火災報警 微控制器網(wǎng)絡(luò )CAN總線(xiàn)

智能型火災報警控制系統是一個(gè)集信號檢測、傳輸、處理和控制于一體的控制系統，代表了當今火災報警系統的發(fā)展方向。隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及國內外經(jīng)濟的迅速增長(cháng)，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報警控制系統。

本文給出了作者所設計的具有90年代國際先進(jìn)水平的智能型火災報警控制系統的設計、組成、實(shí)現方法和特點(diǎn)。系統采用先進(jìn)的計算機技術(shù)和通信技術(shù)，具有可編程、火警靈敏度自動(dòng)調整和漂移自動(dòng)補償等智能特性，工作更加穩定可靠，應用領(lǐng)域廣闊。

１ 系統網(wǎng)絡(luò )結構

為了實(shí)現大范圍和大規模的火災監控，必須實(shí)現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(xiàn)是德國B(niǎo)osch公司在80年代初為解決現代汽車(chē)中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開(kāi)發(fā)的一種串行數據通信總線(xiàn)，由于CAN總線(xiàn)強調了實(shí)時(shí)性，又具有極高的可靠性和獨特的設計，特別適合工業(yè)過(guò)程監控設備的互連，因此越來(lái)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(shí)時(shí)性、可靠性要求高，所以選擇CAN總線(xiàn)實(shí)現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(xiàn)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)。系統網(wǎng)絡(luò )結構如圖１所示。

２控制器硬件設計

系統硬件設計首先應滿(mǎn)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(gè)靈活的配置使其能適用于各種應用場(chǎng)合。同時(shí)系統應具有可擴展性，使得系統在發(fā)展過(guò)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(shí)時(shí)性及多任務(wù)調配等問(wèn)題?？刂破鞑坏獙?shí)時(shí)地采集各種探測器及模塊的參數和狀態(tài)，還要進(jìn)行數據處理、LCD顯示、打印、通信和控制等多項工作。單個(gè)微控制器無(wú)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構。各CPU之間通過(guò)C總線(xiàn)進(jìn)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模塊用于監視和控制各功能部件，進(jìn)行各種數據處理，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)行設計，由程序存儲器、數據存儲器、監控及自檢電路、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(xiàn)，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(shí)現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(jìn)行分析和處理，將結果通過(guò)回路總線(xiàn)傳送到主CPU。按照實(shí)現的功能，它主要由七部分組成：外圍部件驅動(dòng)電路、電壓檢測電路、干擾抑制電路、過(guò)流保護電路、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(xiàn)接口設計

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

3.1 CAN控制器的選取

為了系統進(jìn)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(xiàn)間的接口，提供對總線(xiàn)的差動(dòng)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，可根據實(shí)際情況選擇。

3.3 光電隔離

為了進(jìn)一步提高系統的抗干擾能力，在SJW1000和驅動(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 系統特點(diǎn)

·系統采用先進(jìn)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(shí)施自動(dòng)補償，對探測器的性能實(shí)現自動(dòng)檢測等?？捎行У胤乐垢鞣N因素引起的誤報和漏報，實(shí)現準確報警。

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

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

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

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

該系統采用分布式模塊化結構組成通信網(wǎng)絡(luò )，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(shí)時(shí)性和多任務(wù)的矛盾；數據處理采用了線(xiàn)性和非線(xiàn)性濾波、門(mén)限檢測以及過(guò)程分析等智能算法，為實(shí)現準確報警奠定了基礎；系統采用故障自診斷技術(shù)和多媒體技術(shù)。