无线火灾自动报警系统的设计与应用研讨

刘伟鹏

近几十年来,消防工作中的经验和反面的教训,使得人们对防火工作越来越重视,作为防火工作中的重要一环,火灾自动报警系统在宾馆、商场、图书馆、娱乐场所等各部门中应用越来越广泛,同时人们对其功能的要求也越来越高。传统的火灾自动报警系统中,采用的传输方式是有线的,这种传输形式即“有线传输”。但是在许多场合中,有线传输的应用受到了限制。

近年来,无线火灾自动报警系统已逐步发展起来,本文拟在无线火灾自动报警系统的开发和应用方面进行研讨。

1 无线火灾自动报警系统

图1为无线火灾自动报警系统的结构。

就像所有的火灾自动报警系统一样,首先必须同火灾探测器去接收火灾信号,并将其转化成电信号,通过高频调制,放大之后,由天线发射到空间,然后,接收装置收到信号后,经放大,解码后送到火灾自动报警控制器,由其CPU判别是否是火灾信号,经确定后才发出警报,并驱动相应的联动装置,以进行灭火。

2 无线火灾探测器

无线火灾自动报警系统中的火灾探测器,也采用感烟、感温、感光、复合和可燃气体五种类型的探测头,配以电子线路,将火灾信号转化为电信号,然后再送入发射电路。

发射电路可采取超外差等电路,见图2。

图2中,主振级、中间放大级、输出级属高频电路,主振级是一个高频振荡器,一般要采用晶体稳频振荡器,在频率高达数百兆的高频波中,其频率稳定度可做到10.5以上,这样才能保证其工作的稳定。中间放大级不一定只有一级,包括以起缓冲作用为主的缓冲级,起频率倍增作用的倍频级,以及为推动输出级而起功率放大作用的激励级。根据我们设计上的需要可选或不选其中的各级,而输出级则是把送来的高频载波信号根据设计要求放大到所需的功率,再由天线发送到空间,调制电路则是把探测器探测到的火灾信号(电信号)编码之后加以放大,送到中间放大级对载波信号进行调制。当然根据调试方法的不同,调制也可在主振级或输出级实现。

在这里还有几点必须加以说明:1)火灾探测器不仅向主机送去火灾信号,还必须把可能出现的故障信号送回去。我们可以采用数码技术和鉴别技术来提高其可靠性及排除外来干扰,在探测器上采用50位以上的数字编码技术,在前14位可特设本机密码,只有接到此信号,主机才开始识别工作,这可以有效地消除其他信号的干扰,在紧接的20位,我们可设定为各个探测器的地址编码,这个可在220个(即一百万以上)探测内不会出现重码现象。发射时采用连续8次重复发出不同时间之隔的报警信号,以避免多个探测器同时报警而引起的“争用”现象,防止了信号相互干扰及堵塞现象,使主机可靠接收报警信号。在此34位以后的编码信号可编为探测器的状态,如火灾、防盗、故障、电池电压低等,在设计上,要使火灾信号优先于一切其他信号,实现火灾优先的原则。2)为进一步提高无线火灾探测器的工作可靠性,我们设想是:主机不能仅仅被动地接收火灾探测送来的各类信号,最好是能主动地向火灾探测器定时发射询问信号,并强制火灾探测器发回答复信号,使得一些特殊的故障,如电池失效等能被主机发现,这就要求火灾探测器还必须装有接收电路。3)由于无线火灾探测器体积有限,必须采用中继技术,即把无线火灾探测器等发出的信号接收,并加以放大后再进行传送,在一级中继传送的功率不足以使接收器可靠接收时,就要再加几级,一直到能满足接收器的要求为止。

3 火灾报警控制器

采用单片机如80C31或专门设计的微处理器作为CPU,作为无线火灾自动报警系统的心脏,主要工作是协调系统的全部功能。它能够监测和对来自火灾探测器、中继器及其他输入装置(如消火栓、水流指示器等)的信号做出反应,会自动记录探测器和系统的状态,辨别出现的任何问题,并利用显示屏和信号灯显示系统的状况资料,控制声光报警,并用打印机随机打出实时状态。必要时,还可传达详细的情况到中央监控中心,或与电脑联网。这些功能与有线的火灾自动报警系统是一样的,但它多了无线接收及发射电路(见图3),并通过译码器将外来信号送入CPU处理,然后又可把CPU发出的指令无线发出,去监测无线火灾探测器的工作。这就是无线火灾自动报警系统的主机。

采用调频式超外差接收电路,首先在接收到无线探测器或中继器等传来的高频信号后,高放电路就加以放大,由于它仅放大单一的载频信号,调谐回路的工作就比较简单,同时在混频时,本振信号也是采用固定的单一频率(用晶体稳频振荡器),所以得出的中频信号质量可以很高,中放之后,为提高抗干扰能力,在鉴频之前采用限幅器。最后得出的信号加以放大后送入译码器,还原为原始码,由CPU实行鉴别,判别出是正常信号、火灾信号或故障信号,再分别加以处理,如是火灾信号,则发出声光报警,指示出该地址,并用打印机将其数据打出来等等。

同时,主机还要有对外通讯电路,可以采用自动拨码技术,直接通过电话线与中心站联络,将现场报警资料及时传达到中心站的电脑,在电脑上显示各主机的各种状态及发生时间,通过电脑调出各主机所在用户的建筑平面资料、消防警力分布、医院急救电话、与上级有关人员联系电话等等资料,便于指挥救灾。

4 软件简介

无线火灾自动报警系统的核心是采用单片机的CPU,要使系统有条不紊地正常工作,还得依赖于系统的软件。软件设计要采用模块化程序结构,其特点是结构清晰,易于理解,便于阅读,需增减软件功能时,只需在合适的位置插入或删除某程序模块即可,同时对于某项复杂的问题,用模块化程序结构设计时,首先可将复杂的问题分解成若干简单问题的组合,每一个简单问题对应一个模块化程序,然后将若干个模块化程序组合起来,即完成了复杂问题的解决,在火灾报警控制及联动方面的模块,无线系统和有线系统都是大同小异的。而无线火灾自动报警系统与有线系统的差别就在于它是采用无线电传输的方式(为了提高无线传输的可靠性,带宽要尽量窄,减少其他信号源的干扰,频率要高几百兆,以便具有良好的穿透建筑物能力,天线如采用双接收天线及快速扫描讯号技术,可避免信号相互抵消及消除相位过零点和盲点)。在软件上,它必须加上控制无线接收的模块,对此模块的要求就是:主机要根据无线探测器的实际数量来编程,要给每个探测编地址码,接前面第三节火灾无线探测器中叙述的数码技术和鉴别技术来进行工作,不重码、不误报、不漏报,保证整个系统稳定地、正确地工作。

[1] 李惠英.无线火灾报警系统信息传输模式的研究[J].能源工程,2001(3):10.

[2] 高 飞,郭雪清.无线火灾报警系统[J].消防技术与产品信息,2001(10):9-11.

[3] 王焕军,梅桂霞.蓝牙技术与无线火灾自动报警系统[J].消防技术与产品信息,2003(5):6-7.

[4] 边久荣.无线火灾自动报警的发展与未来[J].消防技术与产品信息,1996(7):2-5.

[5] 胡 皓,王 兴.基于烟雾检测火灾自动报警系统[J].传感器世界,2004(12):20.

[6] 晓 风.火灾探测技术及发展趋势[J].安防科技,2003(2):21-23.

[7] 杨 军.蓝牙技术与无线火灾自动报警系统[J].安防科技,2003(2):30-32.

[8] 宝 珠.无线火灾探测系统[J].安徽消防,2002(9):7.

[9] 张万宝.火灾报警控制器专用电源的设计[J].山西建筑,2004,30(11):81-82.

[10] 杨周兴,王焕军.火灾自动报警系统中应用蓝牙技术实现无线通信的设想[J].消防科学与技术,2003(1):10-12.