馬占敖

（吉林建筑工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130118）

智能建筑火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馬占敖

（吉林建筑工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130118）

0 引言

伴隨著生產(chǎn)及生活的快速進(jìn)步,對(duì)消防的安全要求越來越高。消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)及火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警,其作為智能建筑子系統(tǒng),能夠?yàn)榛馂?zāi)先期報(bào)警,人身財(cái)產(chǎn)安全的保障,以及快速撲滅火災(zāi)發(fā)揮了非常關(guān)鍵的作用。因此,時(shí)刻做好防范工作,牢牢貫徹“隱患險(xiǎn)于明火,防患勝于救災(zāi),責(zé)任重于泰山”的概念,嚴(yán)格依據(jù)消防規(guī)范規(guī)實(shí)施消防設(shè)計(jì)與施工,這樣方能有效地控制住火災(zāi)的蔓延范圍,快速地?fù)錅缁馂?zāi),降低人員和財(cái)產(chǎn)的損失。為了實(shí)現(xiàn)此目的,本文進(jìn)行智能建筑火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)相關(guān)的研究與設(shè)計(jì)。

1 智能建筑中火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)概述

1.1 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)能夠自動(dòng)地探測(cè)火災(zāi)的隱患,擔(dān)負(fù)著非常重要的安全防范重任,是智能建筑中建筑自動(dòng)化系統(tǒng)(BA)的重要子系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)時(shí),火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)一定要與《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB50116-98(簡(jiǎn)稱《報(bào)警規(guī)范》)的要求相符合,也要與智能建筑特點(diǎn)相適應(yīng),合理地選擇相關(guān)產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)技術(shù)先進(jìn),安全適用以及經(jīng)濟(jì)合理。建筑自動(dòng)化系統(tǒng)包含多個(gè)分系統(tǒng),它們分別是:人員進(jìn)出監(jiān)視系統(tǒng),消防控制與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng),自動(dòng)防盜告警系統(tǒng),保安巡邏系統(tǒng),給排水監(jiān)控系統(tǒng),空調(diào)監(jiān)控系統(tǒng),采暖通風(fēng)系統(tǒng),電力供應(yīng)與照明系統(tǒng),變配電及后背電源監(jiān)控系統(tǒng),以及電梯,廣播,地震監(jiān)控,電纜電視,煤氣泄漏等系統(tǒng)。以技術(shù)角度來分析,該諸多子系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)共享硬件設(shè)備資源,做到控制信息與管理信息一體化,方便系統(tǒng)的管理、控制及維護(hù),能夠統(tǒng)籌規(guī)劃及設(shè)計(jì)普通及非正常情況下各種設(shè)備的方案,最終實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控與全面集中的目的。

1.2 火災(zāi)報(bào)警控制器設(shè)計(jì)選配

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的關(guān)鍵部位為火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制器,它收到信號(hào)后立即進(jìn)行分析判斷,如果有火災(zāi)發(fā)生,那么它就會(huì)發(fā)出火警信號(hào),同時(shí)將相應(yīng)消防設(shè)備進(jìn)行啟動(dòng)。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,促使過去的開關(guān)量多線制火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)被模擬量總線制火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)所取代,當(dāng)前智能火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)因此也獲得了普遍的使用,模擬量總線制火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)玉智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng),這二者均為伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展而發(fā)展的,均能夠在智能建筑領(lǐng)域中使用。

在消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)和火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警里,選配集中火災(zāi)報(bào)警控制器時(shí),不但要對(duì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)工作要求能夠滿足,而且也要具備和智能建筑中其余的控制系統(tǒng)的通信界面。這些主要有:對(duì)整體系統(tǒng)故障信息、報(bào)警情況以及聯(lián)動(dòng)信息顯示功能,和所有報(bào)警區(qū)域里火災(zāi)報(bào)警控制器的通信功能,能夠和智能建筑中其它專業(yè)的控制系統(tǒng)進(jìn)行通信的界面,可以依據(jù)火警信息進(jìn)行消防聯(lián)動(dòng)設(shè)備的啟動(dòng)、同時(shí)能夠?qū)λ倪\(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行顯示等。

1.3 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在智能建筑中,設(shè)計(jì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)時(shí),要注意的要點(diǎn)為:依據(jù)所要保護(hù)的面積部位,根據(jù)火災(zāi)探測(cè)器的總數(shù),以及其它如手報(bào)等報(bào)警裝置的數(shù)量,明確所需要報(bào)警控制器的總?cè)萘?通過被保護(hù)目標(biāo)火災(zāi)時(shí)燃燒的具體情況,明確發(fā)生火災(zāi)的類型;依據(jù)消防設(shè)備,明確聯(lián)動(dòng)的控制方式;根據(jù)劃分的報(bào)警區(qū)域,進(jìn)行區(qū)域報(bào)警控制器的設(shè)置;根據(jù)防火滅火要求,明確聯(lián)動(dòng)與報(bào)警之間邏輯關(guān)系;最后,還需要對(duì)智能建筑“3AS”(辦公自動(dòng)化系統(tǒng)、通信自動(dòng)化系統(tǒng)、建設(shè)設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng))和火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的適應(yīng)性進(jìn)行仔細(xì)的考慮。

2 基于Zigbee火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

Zigbee技術(shù)為一種雙向低復(fù)雜度,近距離,低數(shù)據(jù)速率,低成本,低功耗無線通信技術(shù),經(jīng)常應(yīng)用至遠(yuǎn)程控制與自動(dòng)控制領(lǐng)域,能夠嵌入至各種設(shè)備中,而且對(duì)地理定位功能能夠較好的支持。Zigbee技術(shù)能夠使用的拓?fù)淠Ｐ陀兄饕?網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),以及簇狀樹形結(jié)構(gòu)(Mesh)。

2.2 系統(tǒng)方案概述

本系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。無線傳感器把探測(cè)到的火災(zāi)信號(hào)以Zigbee無線通信方式,發(fā)送至數(shù)據(jù)集中器;數(shù)據(jù)集中器把獲取的數(shù)據(jù)傳送到火災(zāi)監(jiān)控中心,然后火災(zāi)監(jiān)控中心進(jìn)行對(duì)該數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)評(píng)估與計(jì)算處理。在進(jìn)行火災(zāi)信號(hào)判斷時(shí),判斷的原則非簡(jiǎn)單的非準(zhǔn)則,要對(duì)其它各種因素都要考慮。依據(jù)先前設(shè)定的相關(guān)規(guī)則,把該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)切換成恰當(dāng)報(bào)警動(dòng)作指標(biāo),發(fā)出預(yù)報(bào)警。比如,有少量的煙,然而溫度卻急劇上升——發(fā)出報(bào)警;有少量煙,但溫度上升平緩——發(fā)出預(yù)報(bào)警等。

圖 1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)邏輯功能上,Zigbee設(shè)備能夠劃分成:路由節(jié)點(diǎn)(router ),終端設(shè)備(end device),以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(PAN coordinator);從設(shè)備功能方面劃分,能夠劃分成:簡(jiǎn)約功能設(shè)備 (Reduced Function Device,RFD),全功能設(shè)備 (Full Function Device,FFD)。其中,全功能設(shè)備能夠充當(dāng)路由結(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器或者終端設(shè)備,而簡(jiǎn)約功能設(shè)備僅可以充當(dāng)終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)。所以,從網(wǎng)絡(luò)邏輯結(jié)構(gòu)上分析,Zigbee火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)集中器是Zigbee網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器;數(shù)據(jù)集中點(diǎn)是路由節(jié)點(diǎn);無線傳感器為終端設(shè)備,依據(jù)傳感器配置的部位,也能夠設(shè)置成路由節(jié)點(diǎn)。Zigbee網(wǎng)絡(luò)能夠支持65535個(gè)節(jié)點(diǎn),能夠很好地滿足各種需要。

2.3 硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件主要由數(shù)據(jù)采集部分和數(shù)據(jù)接收部分組成。數(shù)據(jù)采集部分包括傳感器、無線收發(fā)芯片、控制MCU等?？刂芃CU和無線收發(fā)芯片是由SPI總線實(shí)現(xiàn)連接,二者一起組成無線傳輸模塊。數(shù)據(jù)接收端使用相同的無線收發(fā)模塊,使用RS232異步串口和PC機(jī)通信。其功能相當(dāng)于一個(gè)接入點(diǎn),一方面接收采集數(shù)據(jù)并上傳給主機(jī),另一方面將主機(jī)向數(shù)據(jù)采集端發(fā)送的控制信號(hào)以無線的方式發(fā)射出去。如圖2所示為系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖。

圖 2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基本原理為:周圍出現(xiàn)火災(zāi)跡象,由傳感器測(cè)試到,將測(cè)試信息傳送到火災(zāi)控制中心,中心對(duì)其進(jìn)行計(jì)算處理和統(tǒng)計(jì)判決,判斷是否符合預(yù)設(shè)條件。在此的預(yù)設(shè)條件為不是簡(jiǎn)單的是或者不是的關(guān)系,而是一個(gè)復(fù)雜的、要考慮多種因素的規(guī)則,這和具體的運(yùn)用環(huán)境關(guān)系很大。一旦滿足這些預(yù)設(shè)條件,傳感器所得到的信息就轉(zhuǎn)化為火災(zāi)報(bào)警信號(hào)。

本系統(tǒng)的主MCU是采用STC89LE516AD單片機(jī),它是一種內(nèi)核增強(qiáng)型的8為機(jī),和廣泛使用的IntelMCS51系列的單片機(jī)具有良好的兼容性,并且價(jià)格便宜。此外,其上的存儲(chǔ)功能為其它型號(hào)單片機(jī)所沒有,有著512B的RAM空間,本身還有ISP固化程序,方便使用。

2.4 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件部分是由數(shù)據(jù)采集端與數(shù)據(jù)接收端兩個(gè)子程序所構(gòu)成,它們都包括程序初始化、發(fā)射過程和接收過程三個(gè)部分。程序初始化的作用是對(duì)單片機(jī)、RF芯片、SPI等部分進(jìn)行初始化處理;發(fā)射部分則是把已建立的數(shù)據(jù)包經(jīng)過單片機(jī)、SPI接口送至RF發(fā)射模塊,達(dá)到輸出目的;接收部分完成的是數(shù)據(jù)接收和并進(jìn)行處理功能。如圖3所示為數(shù)據(jù)采集端程序流程,如圖4所示為接收端程序流程。

圖3 數(shù)據(jù)采集端流程

圖4 數(shù)據(jù)接收端流程

3 結(jié)束語

隨著建筑智能化的快速發(fā)展,原來報(bào)警線、通信線和聯(lián)動(dòng)線的自成體系是為了滿足火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)在管理上的特殊要求而分離的。智能化水平提高,三者的集成度也在提高,因此在設(shè)計(jì)智能建筑的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)時(shí),一定要考慮他們?cè)谶B接界面上的匹配性。最終滿足火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警、消防聯(lián)和智能建筑動(dòng)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、運(yùn)行、施工各個(gè)方面用最優(yōu)方式結(jié)合?？萍及l(fā)展至今,每一項(xiàng)新技術(shù)在一個(gè)領(lǐng)域的運(yùn)用都有一個(gè)探索的過程,ZigBee技術(shù)在智能建筑的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中的運(yùn)用也同樣需要我們?nèi)パ芯刻剿?要使其在智能建筑的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中成熟運(yùn)用,還有一個(gè)較為長(zhǎng)的探索過程,還有許多挑戰(zhàn)需要去應(yīng)對(duì),隨著不斷的探索,我們一定會(huì)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的飛躍發(fā)展。

[1]高會(huì)艷, 李界家. 淺析智能大廈的發(fā)展[J]. 建筑智能化2001, (4): 7-10.

[2]陳海忠.智能建筑與可持續(xù)發(fā)展[J].科技進(jìn)步與對(duì)策.2002, 18(6): 40-41.

[3]吳成東.智能建筑計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]. 北京: 中國(guó)電力出版社, 2003.

[4]林賢光. 智能建筑的系統(tǒng)集成及其與建筑的關(guān)系[J]. 工程設(shè)計(jì)CAD與智能建筑, 2000, (3).

[5]裴秀麗. 智能大廈的系統(tǒng)集成技術(shù)[J]. 信息技術(shù), 2002,(9): 25-28.

Design of intelligent building fire alarm system

MA Zhan-ao

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑的智能化程度也越來越高。作為建筑的重要部分的消防設(shè)施的智能化發(fā)展也很迅速，人們對(duì)消防設(shè)施的要求也是推動(dòng)其智能化發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。本文利用傳感器技術(shù)的發(fā)展成果，設(shè)計(jì)一種基于傳感器技術(shù)的智能建筑火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。

智能建筑；火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)；設(shè)計(jì)

馬占敖(1955－),男,吉林長(zhǎng)春人,教授,本科,研究方向?yàn)橹悄芙ㄖ到y(tǒng)的應(yīng)用。

TP277

A

1009-0134(2011)1(上)-0179-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.1(上).56

2010-10-27