基于CAN总线的智能火灾报警系统的设计与实现
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B 基 于 C AN 总 线 的 智 能 火 灾 报 警 1 引 言 智能防火系统是以火灾为监 控对象,利用计 算 机技术、检测技 术 和现场 总 线 技术,根据 防火要 求 和特 点而 设计、构 成和工作 的。该 系 统既 能对 火灾进 行 早 期探测和 自动报警,又能根据火 情位置,及时输 出联动 灭 火信号,起 动相 应 的消 防设施进 行灭 火,将火 灾消 灭在 萌发 状 态,最大 限度地减 少 火灾 的危 害。随 着 社会经济 的快 速增长,建筑 物 的智能 化 系 统 的 设 计 与 -7-现 口湖南建材高等专科学校 剜 辉 生误报 警。再 如,固电线 超 载,在短 时 间可能感受不到热、烟,但一 旦感受 到,则为时 晚臭,可能 已发 生轰燃 或 已形 成 难以控制 的 火灾,阈值 法在这 时 可 能产 生漏报警 火灾智 能报 警 系统是 把 火灾 探测器所在环 境 的烟浓 度 或温度 对 时间 变化的 数据传送 给 计算机,计 算 机 根据 由模型 实验、数值 计算 和现 场调 研 得到 的事先储存 的智 能数据 库 内有关 火灾 形 态资料,对收 集 回来 的数据 进行 分 析 比 匹 巫一匿 垂 固一匝 蔓 互 一匡 亘 重i!圈一区 垂 j 至 图 1 虫灾智能报警原理框图 和大型化 已成为一种 发 展趋势,火灾 报 较,才 能决定 接 收来 的资料 是否 显 示有 警系统 的监 控范 围也 越 来越 大。从 而对 防火控 制系 统 的可 靠性、通 信 能力 和实 时性提 出 了更高 的要求。但 目前 智 能大 厦中的防 火 自动 化 系统 尚不具备 人 工智 能,存在 误报 和漏报 等 问题。本文设 计 的智 能火警系统,基 于 C A N总线,具有 智能 性 反 应快 捷,高 度可 靠,较好 地 满足智 能大厘对 火灾 防范 的要求。2 火 灾智能报警 的概 念 火灾 自动报警 并 不等于 火 灾智 能报 警,火灾 智能报 警必 须具备 对 火灾 信号 的容错识别、分析 判断 功 能 传统 火灾 报警 的判 断 方法 和依 据 是根据 预先 设定 的某一 阈值(恒定 型)或 阐值 区域(浮 动型)的比较,通过 设定一个(或 多个)判断闻值,一旦 所掠 测 的火灾 信号 超过 该闰值,就 发出火 警 阈值 法 尽管 较 为 简便 但 在很 大程度 上依 赖 于传感 器 的 灵敏度,且易受 偶然 出现 的 其他信 号 的 干扰 产生 误 报警 和漏报 警。例 如,某 处局部 突然 受 热,或 有多 、在 一小 空 间 内抽 烟,产 生大量 的烟 雾,这 一般 是不 会产生 火灾 的,闻值 法在 这时 则可 能产 真 正火 情,从而 作 出报 警决 定。关 键技 术有雨 点 一是 感受、传送 的不 再 仅仅 是简单 的物 理信号,而是 信号 的变 化过 程;二 是计算 机 能够对 多 维信号 变 化过 程进行 实 时处理,系统 识别。其原 理 如 图】所示 3 系统 总体方 案设计 系统由上位 营理 机、C A N接 口适 配 卡 和多 个智 能节点 组成,节点 数量 可根 据 建筑 物的规模 增减 采用 C A N总线作 为通信 网络将各 节 点连接 成 一个分 布式 智能监 控 系 统。系 统 的总体 结构 如 图 2 所示。网络拓扑 结 构 为总线 方 式,上位 管理机 采用抗干 扰能 力强 的工业 P C机,以 S J A 1 0 0 0芯 片 作 为 C A N总 线控 制 器、A T 8 9 C 5 1 单 片机 为 节点 控制 器,将 其与 现场火灾探测器 相连,即可构成 C A N总 线 网培 中的一十 智 能节点 传 输介 质 采 用 双绞线,通 信 的速率 设 为 2 0 k h i t s时,C A N总线任意 两节 点之间 的距离可 以 达 到 3 3 k m,完全 可 以满 足智 能 大厦 内 部 的通 信要 求 上 位 P c机通 过 C A N接 口 适 配 卡与 C A N 总线 相 连,进 行 信 息 交 换 以实 现 对 整个 系统 的火 灾 探 测 器、楼层显示 器、消 防联 动设备 以及现 场节 点进行监 视 营理 和控制,具有 系统 参数(如波特率、输 出控制、报文标识 与屏蔽 等)设 置、监 视 状 态 设 置、数 据 发 送、数据请 求、本机 状 态查 询、中断接 收数 据 管 理 等 功 能模 块。节 点 控 制 器 通 过 C A N总 线接 收 上位机 的各种操 作 控制命 令 和设 定参数;实时 采集 现场 监测 到 的 物理量 信号,并 对这 些信 息进 行计 算处 理 和统计评 估 在 信息 评估 过程 中,不 只是根 据简 单 的是非 准则,而 是 同时考 虑到其 他 中间值。再 根据 预设 的有 关规 则,把这 些不 同程度 的信 息转 化 为适 当 的报警 动作 指 标。如“烟不 多,但 温度 快 速上 升发 出报警”,又如“烟 不 多,且温度 没有 上 升一发 出预 报 警”等。各 节点 间也可通过 C A N总线 网络进行 信息 交换。由于 C A N总 线 固有 的 电气 特性,在一个 C A N 总线 网培 中最 多 只 能 配 置 1 1 0个节点 为 了满足 智能 大厦 的要求,利用 中继 器对 C A N总线进行 扩展,不仅 可增 加系统 节 点,还 可 以起 到信 号放 大 作用,增大通 信距离 4 智能火灾报警系统的实现(1)建立建 筑 火灾数 据库 及 有关 火 灾的专家系统 深人 研究 可 燃物 基 本 热物 性,可 燃 物热 解、着 火、燃 烧、燃 烬 规 律,有 限 空问轰燃 机理,烟气 流动、扩散 的混 沌 机理 及其描 述 方法,火 灾过 程 中的 非线 性理论与预测模 型等。通过实 验室实 验、现场 调研 以及数值 模 拟,可 积 累起有 关 建筑 火灾基 础 数据,在 此基础 上 建立 建 筑火灾数 据库。在 数 据库 的 基础上,对 数据 进行 知识 发现,最 后建 立有 关 火灾 的专家系统。维普资讯 http:/ 电 翁代 噍 用 长 冉 R D 0 f 智能 大厦 网络 服务器 堡堕 l C A N总线(双绞线)c H 由 继 器 C A N总线适配卡 l 二二 旦 i C AN L C A N驱动器 8 2 C 5 0l 一 C A N驱动器 8 2 C 5 0l l C A N驱动器 8 2 C 5 0 C A N驱动器 8 2 C 5 0 C A N控制器 s J I O 9 0 节点控制器 A T 8 9 C 5 C A N控制器 S I A 1 0 0 0 l l C A N控制器 S J a 1 0 0 0 节点控制器A T 8 9 C 5 1 l l 节点控制器 A T 8 9 C 5 C A N控制器 S I A 1 0 0 0 节点控制器 A T 8 9 C 5 1 壅 塑l l 壅 堡 型 塑l 壅 堡 型 曼 l 壅 堡 塑 图 2系统 总体结构 图 (2)在 系统 中应用工智能技术 火灾现象具 有 复杂性 和 多变性。火 灾受多 种 因素 影 响,是带化 学反 应 的湍 流流动,而 湍流车 身 就是一个 强 烈 的非 线性过 程,火 灾过程 中 的许 多特征,难 以用精确 的数 学公式 加 以描述 火灾 的 形成、发展 过程 中 各物 理量 在 总体 上 表现出一定 的 规律性,而 某一 物 理量或 多个 物理量 的瞬 时值 却往往 表现 出一定 随机性,即 不确定 性。不 同建 筑 物的几 何结构、可燃 物 的热解燃 烧特 性及 干燥 程度、热 源 的产生 和 强度、空 气 的湿度 与温度、风力 与风 向等 多种 因素都 影响 到火灾 的产生 与发展 这样,宴 际的探 测信 号往 往 难 与 给 出 模式 完 全 吻 音 这就要求 系统 主机 在模式 识别 过程 中具 有较强 的模 糊 类 比、识 别 和 容 错 能 力。火灾探测 器所 获得 的有关 火灾 孕育 和形 成期 的物理 信号,往往 并不能 简 单、直 接 地说 明火灾爆发 的“是 与“否,而 是给出了燃烧 现象 耐火灾 形 成的占 L 属程 序,即火 灾爆 发 的几率。工智 能 中 的 模糊逻 辑 理 论 和 工 神 经 网络 等 技 术,在处理 非线性 问 题,捕 捉难 以用 精 确公 式 描述 的信 息方面,具 有一定 的优越 性,而其较 强的模 糊娄 比、高 容错性 和 样车 自学能力是 实 现复杂模 式 分类 与辩 识 的 有效工具 因此,只有将模糊 逻辑理 论、6 0 人工 神经 网 络等技术 引人到 系统 中来才 能形戚真正的智 能火灾报警系统。5 系统的特点 1)系统 基于 C AN 线,在 信 息 传 输的安全 性、可 靠性、实 时性 方 面达 到 了较高 的要求,通 信能 力得 到 了大 幅 度 的提高,组态更加 灵活方便。2)采用设置了能准确判别 火情处 理 电路的智能 型 火灾探 测器,探 测器 的灵 敏度可 在控 制器 上设 定和改 变,以适应 不同环 境 的需要;控 制器 随时查 询 每个 在线探 测器 的工 作状态,当环境 条 件如 温度、湿度 等 变化时 往往 会导致 探 测器 初始化 值 的漂移,控制 器 能 自动跟 踪探 删 器的漂 移值,并 给予及 时 的补 偿,使 系统具有高度 的可靠性。3)具 有电脑语 言提示功能,在 系统 出现故 障或发 生火 警 时,可用语 言形 式 播报 出火警(或 系统故 障)的确切 位置 和问题 性质,有助 于 人员 安全 疏散 和灭 火工 作。6 结束语 随着技术 的进 步,防 火 自动 化 系统 必将不 断丰 富其功 能。在智 能 大厦 火灾 报警 自动控 制 系 统 中采 用 C A N总 线 技 术 可提 高系统 信息 传输 的安 全 性、准 确性和 实时性;而 引 建筑 火灾 数据 库 及其知识 发 现技术、模糊 逻 辑理 论 和 电气对代 2 0 0 1 年第 5期)工神经 网 络等智 能技 术,则使 火灾 报 警 系统具 有模式 识 别和窖错 能 力等 工 智 能 大大减 少 了系统 误 报率,提 高 了系 统的可靠性 和 准确 度,具 有广 阔 的商 业 前景,代表 智能 大厦 防火系统 未 来 的发 展趋势。(收稿 2 0 0 1 0 2 0 7)更正:2 0 0 1年第 3期第 4 4页 可编程控制 器输 人点的几种 扩展方 法”一文 中图 6 应改 为如附图所示。COM X4 0 0 X4 01 鞋 r _ I 附图 车栏编辑张万英朱 历 维普资讯 http:/
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