分布式智能火灾报警控制系统设计

    摘 要： 给出了一种分布式智能火灾报警控制系统的设计方法、系统软硬件的组成和实现。系统设计中采用多CPU的并行处理方式和智能数据处理方法，实现了系统的实时、准确报警和可靠的联动控制，利用现场总线CAN实现控制器的联网。实践表明，系统可靠性高、灵活性强、人机界面友好。

    关键词：智能 火灾报警 微控制器网络CAN总线 

    智能型火灾报警控制系统是一个集信号检测、传输、处理和控制于一体的控制系统，代表了当今火灾报警系统的发展方向。随着科学技术的迅猛发展以及国内外经济的迅速增长，市场上迫切需要一种容量大、性能优越、可靠性高、便于安装、使用和维修的智能型火灾报警控制系统。

    本文给出了作者所设计的具有90年代国际先进水平的智能型火灾报警控制系统的设计、组成、实现方法和特点。系统采用先进的计算机技术和通信技术，具有可编程、火警灵敏度自动调整和漂移自动补偿等智能特性，工作更加稳定可靠，应用领域广阔。

    １ 系统网络结构

    为了实现大范围和大规模的火灾监控，必须实现控制器之间以及控制器与复示器之间的快速和可靠的通信。CAN(Controller area Network)总线是德国Bosch公司在80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信总线，由于CAN总线强调了实时性，又具有极高的可靠性和独特的设计，特别适合工业过程监控设备的互连，因此越来越受到工业界的重视，得到了广泛的应用，发展前景十分广阔。其最高通信速率可达1Mbps，通信距离可达10km。由于控制器之间通信距离远，传输信息多且实时性、可靠性要求高，所以选择CAN总线实现控制器之间的通信是十分合适的。控制器与复示器之间由于通信距离短，传输信息少，使用RS-485总线进行联网。系统网络结构如图１所示。

    ２ 控制器硬件设计

    系统硬件设计首先应满足国家标准中火灾报警基本功能及各种可靠性和抗干扰性要求。其次提供一个灵活的配置使其能适用于各种应用场合。同时系统应具有可扩展性，使得系统在发展过程中容易扩展和升级。

    2.1 采用多CPU工作模式和模块化结构

    多CPU工作模式的采用主要是为了解决实时性及多任务调配等问题。控制器不但要实时地采集各种探测器及模块的参数和状态，还要进行数据处理、LCD显示、打印、通信和控制等多项工作。单个微控制器无法实时完成以上工作。有必要采用多CPU工作模式和模块化结构。各CPU之间通过C总线进行通信。控制器的组成框图如图２所示。

    2.2 主CPU模块设计

    主CPU模块用于监视和控制各功能部件，进行各种数据处理，网络通信和资料保存等，是整个控制器的核心。它以微控制器80C652为核心进行设计，由程序存储器、数据存储器、监控及自检电路、I/O接口和通信接口等组成，如图３所示。其中通信接口为CAN总线，RS-485和RS-232C,CAN用于控制器之间的连网，RS-485用于控制器与复示器之间的连网，RS-232可直接同PC机、打印机或Modem相连。

    2.3 回路扫描CPU模块设计

    回路扫描CPU模块实现对各种探测器和控制单元的寻址，并采集各地址单元返回的信息，包括烟雾浓度模拟量、环境温度模拟量和反映外围部件的各种状态信息，并对这些信息进行分析和处理，将结果通过回路总线传送到主CPU。按照实现的功能，它主要由七部分组成：外围部件驱动电路、电压检测电路、干扰抑制电路、过流保护电路、回路CPU与主CPU接口电路，它们之间的关系如图4所示。

    ３ CAN总线接口设计

    本系统是由许多智能火灾报警控制器通过CAN总线相连而组成的一个控制器局部网，因此，CAN总线的设计就显得极为重要。其中，CAN控制器的选取、CAN驱动器以及抗干扰措施将成为设计的关键。

    3.1 CAN控制器的选取

    为了系统进一步扩展的需要，可选取支持CAN2.0B通信协议的SJW1000。SJW1000是PHILIPS公司最新生产的既支持CAN2.0B又支持CAN2.0A的CAN控制器，它与仅支持CAN2.0A的CAN控制器82C200在硬件上和软件上完全兼容。

    3.2 CAN接口芯片82C250

    82C250是PHILIPS公司的CAN控制器和物理总线间的接口，提供对总线的差动发送和接收能力。它与ISO/DIS 11898标准完全兼容，有三种不同的工作方式即高速、斜率控制和待机，可根据实际情况选择。

    3.3 光电隔离

    为了进一步提高系统的抗干扰能力，在SJW1000和驱动器之间增加了光电隔离电路，电源采用DC-DC变换器如图5所示。

    ４ 系统特点

·  系统采用先进的模拟量传感器、微控制器和智能算法，能对各种非火灾因素引起的漂移实施自动补偿，对探测器的性能实现自动检测等。可有效地防止各种因素引起的误报和漏报，实现准确报警。

·  系统中设计了控制矩阵，可用软件编程实现自动消防联动，代替了传统的硬件组合逻辑。不仅便于设计和施工，且大大提高 了消防联动的灵活性和可扩展性。

·  系统具有丰富的自诊断功能，能及时检测出系统的故障及其部位，减少维修时间，为设备正常工作创造了条件。

·  系统采用分布式模块化结构组成微机局域网，可根据需要进行灵活配置，适用范围广。

·  系统采用多媒体技术，具有汉字输入、显示、语音和声光报警功能，人机界面十分友好。

    该系统采用分布式模块化结构组成通信网络，配置灵活适应性强；采用多CPU协同工作方式，很好解决了实时性和多任务的矛盾；数据处理采用了线性和非线性滤波、门限检测以及过程分析等智能算法，为实现准确报警奠定了基础；系统采用故障自诊断技术和多媒体技术。