智能火灾自动报警系统的研究

浙江工业职业技术学院 王坚锋

1.前言

火灾自动报警系统是自动执行火灾报警和消防联动的控制系统，能够在火灾发生后，进行自动灭火操作，他对建筑物的消防安全起到关键的作用。火灾自动报警系一般由火灾探测报警系统、消防联动控制系统、可燃气体探测报警系统和电气火灾监控系统等成，系统设备众多，功能繁杂。由消防主机统一监控管理，系统的复杂程度较高，由于火灾自动报警系统涉及到人们财产生命，所以可靠性非常重要。随着建筑规模的不断扩大，火灾自动报警系统的覆盖范围也不断扩大，这就要求系统网络要有更远的通信距离以及更高的可靠性。另外，虽然火灾自动报警系统能够自动执行消防功能，但人员的参与也是必不可缺的。而传统的火灾自动报警系统，消防主机一般没有相应的远程报警功能，火灾发生的时候，如果消防室管理人员缺位，则不能够及时将报警信息反馈给相关责任人员，这将可能导致火灾危险隐患。针对上述问题，本方案设计了一款智能型火灾自动报警系统。

图1 火灾自动报警系统图

图2 火灾自动报警主机硬件结构

图3 CAN总线接口电路

图4 BSP结构图

2.智能火灾自动报警系统方案设计

智能火灾自动报警系统由消防主机，火灾探测器，消防灭火联动设备组成；火灾探测器探测火灾报警信号，消防主机根据火灾报警信号执行相应的灭火联动控制，而消防联动设备最终执行相应的灭火操作。由于火灾探测器和联动设备的数量较多，都需要和消防主机进行通信。根据火灾自动报警系统通信数据量少，节点数目众多的特点，采用CAN总线对系统进行联网。火灾自动报警系统如图1所示。

3.消防主机设计

消防主机是火灾自动报警系统的控制中心。负责读取探测器的报警信号，以及执行相应的联动控制。考虑到火灾发生后，保护生命财产安全的需要，消防主机要求能够，快速、可靠、多渠道的响应火灾报警信号，并执行相应的报警与灭火联动操作。所以对系统的智能化程度要求很高。

3.1 消防主机硬件设计

本智能火灾自动报警系统的消防主机采用ARM11嵌入式处理器，运算能力强，处理速度快，最高主频可达1G。消防主机性能强大，智能化程度高，功能模块包括：液晶显示设备、配置键盘、USB接口、存储器、电源、CAN总线接口、GSM模块，以太网接口、手动盘以及多线制模块。火灾自动报警主机硬件结构如图2所示。

其中，USB接口用于系统文件的读取，以及配置文件的写入，方便文件管理。GSM模块作用是当发生火灾报警的时候，立即把信息通过移动网络发送给相关人员，以保证相关责任人在第一时间能够响应火灾应急处理。以太网接口用于远程访问，为Web服务提供硬件基础，基于Web服务，工作人员可以通过远程电脑监视以及控制相应的消防设备，方便了系统的维护与管理。通过手动盘，管理人员执行对总线设备的手动操作，方便了联动设备的控制执行，也为设备的维护调试提供了简洁渠道。本火灾自动报警主机保留了传统的多线制控制，在紧急情况下，如在火灾中，消防总线故障，则可以进行人为干预，进入手动状态控制消防设备。

火灾自动报警系统通信有着可靠性高、实时性强、通信数据量不大的特点。采用总线制通信系统组建网络符合系统的技术要求。本智能火灾自动报警系统采用CAN总线组网。CAN总线是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络，通信速度快，最高可达1Mbps，通信距离远，可达几公里。所以，CAN总线在火灾自动报警系统中使用，有着明显的优势。消防主机中，CAN总线接口负责消防主机和探测设备以及联动控制设备的通信，CAN总线接口采用SJA1000作为总线控制器，采用的PCA82C250作为驱动芯片。光耦6N137用于信号隔离，提高系统的抗干扰能力。CANL与CANH为差分信号接口，可采用非屏蔽双绞线作为通信介质。CAN总线接口电路如图3所示。

3.2 消防主机软件设计

消防主机依据功能需求进行软件设计。本消防主机有多种文件配置与管理的需求，有基于Web的远程访问功能，还要执行复杂的联动算法以及控制功能。为了有效的支持上述功能，采用了Windows CE嵌入式操作系统，它是微软开发的基于嵌入式处理器的操作系统，功能强大，系统模块化程度高，可以根据硬件设备的不同，裁剪定制。基于Windows CE构建的嵌入式系统大致可以分为4个层次，从底层向上依次是：硬件层、OEM层、操作系统层和应用层。

Windows CE是一个针对特殊硬件平台可裁剪的操作系统，其开发要依赖于硬件层。BSP即是对硬件层的功能抽象，它是一层单独的函数，操作系统访问底层硬件时，不再直接访问硬件，而是调用这层函数完成操作。作为硬件抽象层，BSP是系统软件平台开发的第一步，只有将硬件目标板抽象出来后，才能在此基础上构建操作系统映像。针对本消防主机，开发了相应的BSP。本BSP中包含了针对各硬件功能模块的驱动程序，主要有CAN总线接口驱动、以太网驱动、多线制控制驱动、手动盘驱动、人界接口驱动等等。通过驱动程序，上层应用软件可以方便的访问硬件接口。BSP结构如图4所示。

本消防主机应用软件采用VS2008开发，由于建立在Window CE嵌入式软件的基础上，可以做到良好的可视化界面，人机交互采用广为熟悉的windows系统人机交互操作方式，消防管理人员操作简单方便。在应用软件中，实现了GSM功能，以及基于Web的远程访问功能，火灾自动报警系统的检测与控制方案。

4.结束语

本智能火灾自动报警系统方案采用CAN总线组网，结构简单，可靠性强，网络节点数量可以扩展到较大规模，有利于执行大范围的火灾自动报警功能。本系统有如下优点：(1)采用嵌入式系统构建消防主机，系统智能化程度高，采用WindowCE系统，人机交互界面良好，应用软件操作简单，方便易学。(2)在消防主机上设置了Web服务器功能，可以方便的进行远程监控与管理。(3)消防主机配备GSM模块，在发生火灾的时候，可以通过移动网络，通知相应的责任人。本火灾自动报警系统，智能化程度高，可扩展性强，适合于各类楼宇的消防系统构建。

[1]火灾自动报警系统设计规范.GB50116-2008.

[2]John A Shaw.Design your DCS to reduce operator error[J].chem.Eng Progress.1991(2):61-65.

[3]J.W.Hofstee and D.Goense.Simulation of a CAN-based Tractor-Implement Field Bus According to DIN 9684.Journal of Agricultural Engineering Research,1997,68(2):89-100.

[4]张冬泉,谭南林,王雪梅,焦风川.Windows CE实用开发技术[M],北京:电子工业出版社,2006.

[5]Microsoft.Microsoft Windows CE.NET Help Document[EB/OL].