基于CAN總線的三級(jí)智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

1、引言
     火災(zāi)的早期預(yù)報(bào)已成為撲救火災(zāi)、減少火災(zāi)損失、保護(hù)生命財(cái)產(chǎn)安全的重要保障，是現(xiàn)代消防不可缺少的安全技術(shù)措施。消防自動(dòng)報(bào)警和控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于各類建筑和工程中。如何使多個(gè)各自獨(dú)立的系統(tǒng)構(gòu)成統(tǒng)一的消防監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是我們必須著眼解決的迫切問(wèn)題。
     本文設(shè)計(jì)的智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，采用CAN總線三級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)，以火災(zāi)為監(jiān)控對(duì)象，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，根據(jù)防火的要求和特點(diǎn)而設(shè)計(jì)、構(gòu)成和工作的。該系統(tǒng)既能對(duì)火災(zāi)的發(fā)生進(jìn)行早期探測(cè)和自動(dòng)報(bào)警，又能根據(jù)火情位置，及時(shí)輸出聯(lián)動(dòng)滅火信號(hào)，啟動(dòng)相應(yīng)的消防設(shè)施，進(jìn)行滅火。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)具有智能性，反應(yīng)快捷，高度可靠性等優(yōu)點(diǎn)，能較好地滿足智能大廈對(duì)火災(zāi)防范的要求。2、系統(tǒng)構(gòu)成
2.1 CAN總線
      現(xiàn)場(chǎng)總線CAN 是應(yīng)用在生產(chǎn)最底層的一種總線型拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)，目前唯一有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線，可實(shí)現(xiàn)全分布式多機(jī)系統(tǒng)，節(jié)點(diǎn)數(shù)最多可達(dá)110個(gè)，傳輸介質(zhì)為雙絞線或光纖。 CAN總線以其抗干擾能力強(qiáng)、通信速率高、傳輸距離遠(yuǎn)、構(gòu)成系統(tǒng)簡(jiǎn)單及性價(jià)比高等諸多優(yōu)點(diǎn)，在整個(gè)市場(chǎng)占據(jù)了一席之地，并在智能化區(qū)域中得到了廣泛的應(yīng)用，已被公認(rèn)為最有前途的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。相對(duì)于傳統(tǒng)的通信總線RS-485總線，CAN總線還具有諸多的優(yōu)點(diǎn)：工作于多主方式，提高了系統(tǒng)的可靠性和靈性；具有的完善的通信協(xié)議可由CAN控制器芯片及其接口芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而大大降低了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)難度，縮短了開(kāi)發(fā)周期。同時(shí)CAN總線在有較大數(shù)據(jù)容量的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方面有較強(qiáng)的處理能力和優(yōu)勢(shì)，所以CAN總線很適合作為智能區(qū)域底層網(wǎng)絡(luò)的主干通道。正是由于CAN總線的優(yōu)點(diǎn)，所以本文采用CAN總線形成的三級(jí)通信控制系統(tǒng)。
 2.2 三級(jí)通信控制系統(tǒng)
       基于CAN總線的三級(jí)智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。該系統(tǒng)由三級(jí)通信控制系統(tǒng)組成。這三級(jí)通信控制系統(tǒng)分別是：第一級(jí)：主控計(jì)算機(jī)通過(guò)RS-232總線接收中央控制器的報(bào)警信息；第二級(jí)：中央控制器通過(guò)CAN總線接收區(qū)域控制器的報(bào)警信息；第三級(jí)：用戶端自動(dòng)報(bào)警器的報(bào)警信息通過(guò)CAN總線傳輸至區(qū)域控制器。此三級(jí)網(wǎng)絡(luò)可以組成不同的網(wǎng)絡(luò)形式，針對(duì)這種情況，對(duì)于小型區(qū)域，該系統(tǒng)可以省略區(qū)域控制器?？梢?jiàn)，該系統(tǒng)針對(duì)不同的對(duì)象可實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的性能價(jià)格比和最廣的應(yīng)用覆蓋面，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力，擴(kuò)展特別的方便。
        從如圖1中可以看到，系統(tǒng)由用戶端自動(dòng)報(bào)警器、區(qū)域控制器、中央控制器和主控計(jì)算機(jī)四部分組成。它的工作過(guò)程是：系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，用戶端自動(dòng)報(bào)警器主要完成現(xiàn)場(chǎng)火情信號(hào)的采集。當(dāng)用戶端自動(dòng)報(bào)警器檢測(cè)到警情時(shí)，通過(guò)CAN總線傳輸至區(qū)域控制器，再經(jīng)過(guò)區(qū)域控制器傳送至小區(qū)管理監(jiān)控中心的中央控制器，并向相關(guān)部門(管理中心或戶主)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。本系統(tǒng)中的主控計(jì)算機(jī)還具有將中央控制器接收到的報(bào)警信息通過(guò)LED準(zhǔn)確顯示的功能，如警情發(fā)生的樓號(hào)，區(qū)域，房門號(hào)和所遭受的火災(zāi)方式等，提示保安人員迅速確認(rèn)警情，及時(shí)趕赴現(xiàn)場(chǎng)，以確保實(shí)驗(yàn)室財(cái)產(chǎn)和人生安全。由于CAN總線受傳輸線距離以及節(jié)點(diǎn)數(shù)的制約，其節(jié)點(diǎn)容限最多為110 個(gè)，因此，針對(duì)大、中型智能小區(qū)的區(qū)域，提出了采用三級(jí)控制系統(tǒng)的方案，即在中央控制器和用戶端自動(dòng)報(bào)警器之間加入?yún)^(qū)域控制器。下面對(duì)該系統(tǒng)的各部分逐一介紹。

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3.硬件設(shè)計(jì)
  3.1 用戶端自動(dòng)報(bào)警器的硬件設(shè)計(jì)用戶端自動(dòng)報(bào)警器是本課題的設(shè)計(jì)重點(diǎn)， 它是利用無(wú)線通訊技術(shù)和帶CAN控制器的單片機(jī)的控制技術(shù)，開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種具有聯(lián)網(wǎng)功能的報(bào)警器，它主要完成現(xiàn)場(chǎng)火情信號(hào)的采集，是基于CAN總線的三級(jí)智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的重要組成部分之一。用戶端自動(dòng)報(bào)警器組成框圖如圖2所示。它主要包含前端探測(cè)器、編解碼電路、自動(dòng)撥號(hào)電路和語(yǔ)音報(bào)警電路組成。
3.1.1 前端探測(cè)器傳統(tǒng)的前端火災(zāi)探測(cè)器采用的是單一參數(shù)火災(zāi)探測(cè)器，存在的誤報(bào)率高、漏報(bào)等問(wèn)題，本系統(tǒng)采用多元火災(zāi)探測(cè)器。報(bào)警系統(tǒng)中對(duì)火災(zāi)信號(hào)的檢測(cè)采用多探測(cè)器/多判據(jù)的火災(zāi)探測(cè)技術(shù)，將探測(cè)器探測(cè)到的多元火災(zāi)探測(cè)信息經(jīng)單片機(jī)進(jìn)行綜合判斷。采用多元信號(hào)檢測(cè)，一方面完成火情的實(shí)時(shí)檢測(cè)任務(wù)，另一方面大大降低了探測(cè)器部分的誤報(bào)率，提高了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。本系統(tǒng)中的燃?xì)庑孤┨綔y(cè)器采用深圳豪恩公司的LH-83家用燃?xì)庑孤┨綔y(cè)器，光電感煙探測(cè)器采用深圳豪恩公司的 LH-93光電感煙探測(cè)器。
3.1.2 編解碼電路    

     用戶端自動(dòng)報(bào)警器本身和前端探測(cè)器之間采用無(wú)線通信，不需另外接線，特別適用于已裝修用戶以及布線不方便的場(chǎng)合，這就需要有射頻接收發(fā)送電路。在本系統(tǒng)中的射頻接收發(fā)送電路采用臺(tái)灣普城公司生產(chǎn)的一種CMOS工藝制造的低功耗、低價(jià)位、通用編解碼電路PT2262/2272。射頻接收發(fā)送電路主要功能是：前端探測(cè)器發(fā)來(lái)的報(bào)警信號(hào)經(jīng)編碼芯片PT2262發(fā)出編碼信號(hào)后，通過(guò)解碼芯片PT2272接收后送到微控制器。
3.1.3 自動(dòng)撥號(hào)電路和語(yǔ)音報(bào)警電路

    自動(dòng)撥號(hào)電路和語(yǔ)音報(bào)警電路，它的主要作用是在有警情發(fā)生時(shí)，通過(guò)撥號(hào)電路，撥打用戶預(yù)先設(shè)好的電話號(hào)碼(如119、手機(jī)號(hào)碼、辦公室號(hào)碼等)進(jìn)行遠(yuǎn)程撥號(hào)報(bào)警；同時(shí)啟動(dòng)語(yǔ)音電路，將預(yù)先錄制好的語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)電話線傳給主人，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音提示通信功能。 
 
 
 
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3.2 區(qū)域控制器的硬件設(shè)計(jì)
     區(qū)域控制器主要用于樓宇的一個(gè)區(qū)域用戶端自動(dòng)報(bào)警器的信息管理和控制，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，等待中央控制器的不間斷查詢，并對(duì)用戶端自動(dòng)報(bào)警器進(jìn)行監(jiān)控，并將報(bào)警數(shù)據(jù)上傳到中央控制器，從而實(shí)現(xiàn)主控計(jì)算機(jī)機(jī)與用戶端自動(dòng)報(bào)警器之間的通訊，同時(shí)為方便管理和擴(kuò)展系統(tǒng)提供一種有效的方法。采用區(qū)域控制器使整個(gè)系統(tǒng)更易擴(kuò)展，便于系統(tǒng)的調(diào)試、維修和管理。區(qū)域控制器是用來(lái)連接中央控制器和用戶端報(bào)警器的橋梁，它解決了智能小區(qū)節(jié)點(diǎn)分散、數(shù)據(jù)量大的問(wèn)題，使得管理中心更加容易控制其內(nèi)部的每一個(gè)用戶。
     區(qū)域控制器組成框圖如圖3所示。區(qū)域控制器選用Intel的89S52單片機(jī)芯片為控制核心，在其與用戶端報(bào)警器相連的CAN端口側(cè)，安裝了CAN總線收發(fā)器，以及光耦隔離防干擾裝置，解決了與用戶端報(bào)警器之間的信號(hào)交換問(wèn)題。而與中央控制主機(jī)相連的CAN端口側(cè)，同樣安裝了CAN總線收發(fā)器，解決與中央控制主機(jī)之間的信號(hào)交換問(wèn)題。另外，加入防破壞識(shí)別模塊和報(bào)警器模塊可使物業(yè)監(jiān)控主機(jī)及時(shí)發(fā)現(xiàn)對(duì)區(qū)域控制器線路的人為破壞，并及時(shí)修復(fù)。

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3.3 中央控制器的硬件設(shè)計(jì)
    中心中央控制器是主控計(jì)算機(jī)與區(qū)域控制器之間的橋梁、紐帶，負(fù)責(zé)主控計(jì)算機(jī)與區(qū)域控制器之間的指令、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與傳輸。智能小區(qū)的每個(gè)房間都安裝一個(gè)用戶端自動(dòng)報(bào)警器，因此不止需要一個(gè)區(qū)域控制器，由于通訊距離、速度和質(zhì)量的限制，不可能每一個(gè)區(qū)域控制器都和主控計(jì)算機(jī)之間直接進(jìn)行指令和數(shù)據(jù)的通訊，所以采用中央控制器作為中間橋梁，將區(qū)域控制器的報(bào)警信息等數(shù)據(jù)事先存在中央控制器，等待主控計(jì)算機(jī)查詢。
中央控制器組成結(jié)構(gòu)和區(qū)域控制器類似。不同的是中央控制器主要完成主控計(jì)算機(jī)的RS-232信號(hào)和區(qū)域控制器的CAN信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，它是主控計(jì)算機(jī)和區(qū)域控制器之間的橋梁，是數(shù)據(jù)的中間存儲(chǔ)站。
3、結(jié)論
    針對(duì)我國(guó)現(xiàn)有智能小區(qū)的發(fā)展趨勢(shì)，本文提出了適用于大、中型智能小區(qū)的基于CAN總線的三級(jí)智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。該智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)在前端火災(zāi)探測(cè)部分采用多元無(wú)線報(bào)警的方案，這樣可以大大的減少誤報(bào)率和漏報(bào)率，提高了系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)不需另外接線。而它的網(wǎng)絡(luò)采用基于CAN總線的三級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的性能價(jià)格比和最廣的應(yīng)用覆蓋面，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力，擴(kuò)展特別的方便。本文作者的創(chuàng)新點(diǎn)：火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中通信網(wǎng)絡(luò)采用基于CAN總線的三級(jí)通信網(wǎng)絡(luò)，以及采用多元無(wú)線報(bào)警器。