建筑电气火灾报警系统设计关键

章开蕾

摘要：近年来，电气火灾呈逐年上涨趋势，传统的火灾报警系统已经不能满足对电气火灾的报警预警和控制。本文提出了一种基于 CAN总线的智能型火灾报警监控系统的设计，并对该电气报警系统设计的关键要素进行了分析。

关键词：电气火灾 报警系统 设计

中图分类号： F407 文献标识码： A

电气火灾属于火灾但又不同于一般的火灾，传统火灾探测方法并不可靠，需要一套专门针对电气火灾的报警系统。CAN(Control Area Network)总线属于一种应用比较广泛的现场总线，专门用于工业自动化领域，可以实现点对点、一点对多点及全局广播几种方式传送接收数据。该系统不仅能及时发现电气火灾隐患，避免或减小火灾事故的发生，而且还可以对供电线路进行故障检测与诊断，实现对电气故障隐患的预警，避免事故的发生。在电气故障发生时，及时切断故障线路实现对供电线路的保护，并避免事故范围扩大，从而提高供电线路的可靠性。

1电气火灾报警系统总体方案设计

1.1总体方案设计

本文所设计的系统采用三层结构（图1.1）：最底层为火灾探测器，下级控制器为火灾监控控制器。电气火灾报警监控系统终端（上位机）。电气火灾监控系统由电气火灾监控设备、电气火灾监控探测器组成，能在当被保护线路中的被探测参数超过设定值时，发出报警信号、控制信号并能指示报警部位的系统。火灾监控设备能发出声、光报警信号和控制信号，指示报警部位，接收来自电气火灾监控探测器的报警信号，记录并保存报警信号的装置；电气火灾监控探测器能够探测被保护线路中的剩余电流、温度等电气火灾危险参数的变化；火灾探测器安装在事发现场，完成数据采集、分析火警信号，并把报警信号送至监控器的功能；监控器与探测器通过CAN总线实现板间通信，上位机与监控器之间通过RS232总线进行通信；火灾监控控制器能对探测器模块直接控制，电气火灾报警监控系统终端（简称上位机）为整个系统的主机，远离现场，由管理人员实现控制，承担着系统的管理功能。

1.火灾信号 2.火灾探测器 3.通信媒介 4.火灾监控控制器 5.监控系统终端

图1.1电气火灾报警监控系统图

1.2工作原理

每个探测器必须都拥有一个不同的ID，用于相互区别其他的探测器，探测器和监控设备之间则通过CAN总线通信。监控设备通过液晶屏实时显示各监控线路的运行状态,。一旦检测到报警信号,探测器通过再次检测核验，核实信号后，探测器控制断路器迅速切断电路，发出声光报警,并把报警信息发送给监控设备。监控设备接收到报警信息,则显示报警所在节点的位置、报警类型、报警值和设定值等。探测器会一直保持声在使用之前,先根据需要设置好漏电流报警值和温度报警值。光报警信号,直到用户按消音键消除声音或排除故障后才能恢复正常。同时发出声光报警信号,提醒消防人员及时去现场查明原因,有效预防电气火灾的发生。还可以存储报警信息,作为消防人员排查火灾原因的依据。

2电气火灾报警系统硬件系统设计

2.1探测器的硬件设计

火灾探测器由传感器、信号调理电路、数据处理、按键与显示界面、CAN通信接口等部分组成。探测器采集温度信号，热敏电阻元件将温度的变化转换为电信号。本系统采用自带A/D 接口的STC12C5410AD 单片机为运算核心，该系统运行快，低功耗，抗干扰能力强，指令代码完全兼容传统8051。温度探测器轮流采集下级终端温度探头传递过来的信号，温度探头发生故障时，故障指示灯显示并鸣叫示警；探头探测的温度值超出火灾报警阈值时，温度探测器发出声、光报警信号，值班人员受到信号后消除音响，根据温度探测器指示处理现场；键盘和显示电路主要是由按键输入电路、指示灯显示电路、显示驱动电路及数码管显示电路组成，通过这些电路实现对温度探头的火灾报警阈值的设定，显示测量的温度值，指示温度探头的状态（即故障状态、火灾报警状态、正常工作状态）。

2.2监控器的硬件设计

监控器的结构与探测器的区别在于去掉了传感器、增加了报警和联动消防电电路。系蜂鸣器负责系统的监控系统的报警功能，微型继电器负责联动消防电路，微型继电器用于控制报警灯及驱动相应的接触器。单片机I/O需要驱动电路转换从而驱动继电器，调整输出的驱动电压、电流以满足继电器的要求。在继电器线圈两端设计有并联的续流二极管，使继电器线圈产生的感应电流通过二极管流动，使三极管得到保护。在继电器的触点设计有阻容消弧电路，避免因为继电器触点断开使产生的有害电弧。

2.3抗干扰设计

环境因素如湿度、温度、电场、磁场等都会对设备进行干扰，从而使报警装置发生误判而发生误报、漏报的现象。因此，电气火灾报警监控系统必须具有很强的抗干扰能力。本系统电磁干扰源主要包括微处理器，微监控器，静电放电，传感器，瞬时功率元件，例如：继电器，电源等。针对这些干扰源，首先使用电磁屏蔽的方式，其次，对采样信号进行识别和过滤，在采样电路中加入有源滤波和无源滤波电路能有效避免测量干扰。最后采用抗干扰电源，能抵抗电源线或数据线等引线引入的串扰。在系统软件设计上采用软件滤波，进一步减少干扰。此外，合理布置各种芯片、元件，将高压元件与低压元件尽量隔离。电路板上接地线适当加粗，使之能通过三倍以上额定电流。交流地线与直流地线严格地分开，以避免彼此干扰。

3 CAN总线网络硬件设计

3.1 CAN总线接口电路设计

图3.1 CAN总线接口电路图

CAN总线接口电路主要由独立CAN通信控制器MCP2515（U2）和总线收发器 MCP2551（U3）两部分组成。其中MCP2515 执行对报文封装打包和接收解包的CAN协议；MCP2551 负责将 MCP2515 传送的数字信号转换为 CAN总线上的差分电平信号，完成电平转换。总线两端的120欧的电阻能够匹配总线阻抗，提高数据通信的抗干扰能力。

3.2 CAN总线网络设计

CAN总线是电气火灾报警监控系统的通信链路，其通信的稳定性决定了火灾报警控制系统的运行成败。本系统采用普通的双绞线作为媒介，讯媒介将若干个节点连接起来形成了CAN总线的网络。图3.2所示电气火灾报警监控系统的CAN网络结构中，可靠通信距离L取决于总线的通信速率，速率越高，其允许值越小。按照CAN 的国际标准IS011898，总线的位速率小于5Kbps，L的允许值可达1 0公里，R的取值范围在100~120欧之间；总线的位速率为1 Mbps 时，S和L的值不宜大于40米。

图3.2电气火灾报警监控系统的CAN网络结构

3.3 CAN网络总线通讯的软件设计

CAN总线通讯程序包括 MCP2515 的初始化、节点自测、通信波特率侦测程序，使用面向单片机的Keil C语言编写。MCP2515正常工作前要进行SPI 接口的数据传输速率、CAN 通信的波特率、MCP2515 的接收过滤器和屏蔽器以及发送和接收中断允许标志位等初始化设置。初始化之后，主监控程序调用的数据发送、接收及其他通信任务相关子程序。MCP2515 主要采取中断模式进行总线数据的接收和发送。中断处理程序包括总线错误处理子程序、发送接收、放弃发送子程序等。所有探测器和监控器主程序提供CAN总线中断和HD7279 中断。前者用于数据通讯，包括接收中断、发送中断、报文错误中断、总线活动唤醒中断、错误中断、中断确认，灵活的运用中断可以有效的的提高CAN总线的通讯效率与质量；后者主要负责参数设定，复位功能等按键功能地实现。MCP2515 有八个中断源，CANSTAT.ICOD（中断代码）位的编码反映等待处理的中断源。当同时发生多个中断时，INT引脚将保持低电平状态直至单片机复位。

4结语

目前国内的电气火灾报警系统还普遍采用传统的现场通信技术，信息集成能力不强，控制器获取的信息量有限，因此，更加先进的电气火灾报警系统的开发和普及需要该领域的同行们一起努力实现。

5参考文献

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学，2006

[3]王瑛，刘顺洲.报警可靠性原理，消防技术，2001,1：12-16