浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 王堅(jiān)鋒

1.前言

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)是自動(dòng)執(zhí)行火災(zāi)報(bào)警和消防聯(lián)動(dòng)的控制系統(tǒng)，能夠在火災(zāi)發(fā)生后，進(jìn)行自動(dòng)滅火操作，他對建筑物的消防安全起到關(guān)鍵的作用?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系一般由火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)、消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)、可燃?xì)怏w探測報(bào)警系統(tǒng)和電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)等成，系統(tǒng)設(shè)備眾多，功能繁雜。由消防主機(jī)統(tǒng)一監(jiān)控管理，系統(tǒng)的復(fù)雜程度較高，由于火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)涉及到人們財(cái)產(chǎn)生命，所以可靠性非常重要。隨著建筑規(guī)模的不斷擴(kuò)大，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的覆蓋范圍也不斷擴(kuò)大，這就要求系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)要有更遠(yuǎn)的通信距離以及更高的可靠性。另外，雖然火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)能夠自動(dòng)執(zhí)行消防功能，但人員的參與也是必不可缺的。而傳統(tǒng)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，消防主機(jī)一般沒有相應(yīng)的遠(yuǎn)程報(bào)警功能，火災(zāi)發(fā)生的時(shí)候，如果消防室管理人員缺位，則不能夠及時(shí)將報(bào)警信息反饋給相關(guān)責(zé)任人員，這將可能導(dǎo)致火災(zāi)危險(xiǎn)隱患。針對上述問題，本方案設(shè)計(jì)了一款智能型火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。

圖1 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)圖

圖2 火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警主機(jī)硬件結(jié)構(gòu)

圖3 CAN總線接口電路

圖4 BSP結(jié)構(gòu)圖

2.智能火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

智能火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)由消防主機(jī)，火災(zāi)探測器，消防滅火聯(lián)動(dòng)設(shè)備組成；火災(zāi)探測器探測火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，消防主機(jī)根據(jù)火災(zāi)報(bào)警信號(hào)執(zhí)行相應(yīng)的滅火聯(lián)動(dòng)控制，而消防聯(lián)動(dòng)設(shè)備最終執(zhí)行相應(yīng)的滅火操作。由于火災(zāi)探測器和聯(lián)動(dòng)設(shè)備的數(shù)量較多，都需要和消防主機(jī)進(jìn)行通信。根據(jù)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)量少，節(jié)點(diǎn)數(shù)目眾多的特點(diǎn)，采用CAN總線對系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)如圖1所示。

3.消防主機(jī)設(shè)計(jì)

消防主機(jī)是火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的控制中心。負(fù)責(zé)讀取探測器的報(bào)警信號(hào)，以及執(zhí)行相應(yīng)的聯(lián)動(dòng)控制?？紤]到火災(zāi)發(fā)生后，保護(hù)生命財(cái)產(chǎn)安全的需要，消防主機(jī)要求能夠，快速、可靠、多渠道的響應(yīng)火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，并執(zhí)行相應(yīng)的報(bào)警與滅火聯(lián)動(dòng)操作。所以對系統(tǒng)的智能化程度要求很高。

3.1 消防主機(jī)硬件設(shè)計(jì)

本智能火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的消防主機(jī)采用ARM11嵌入式處理器，運(yùn)算能力強(qiáng)，處理速度快，最高主頻可達(dá)1G。消防主機(jī)性能強(qiáng)大，智能化程度高，功能模塊包括：液晶顯示設(shè)備、配置鍵盤、USB接口、存儲(chǔ)器、電源、CAN總線接口、GSM模塊，以太網(wǎng)接口、手動(dòng)盤以及多線制模塊?；馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警主機(jī)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

其中，USB接口用于系統(tǒng)文件的讀取，以及配置文件的寫入，方便文件管理。GSM模塊作用是當(dāng)發(fā)生火災(zāi)報(bào)警的時(shí)候，立即把信息通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給相關(guān)人員，以保證相關(guān)責(zé)任人在第一時(shí)間能夠響應(yīng)火災(zāi)應(yīng)急處理。以太網(wǎng)接口用于遠(yuǎn)程訪問，為Web服務(wù)提供硬件基礎(chǔ)，基于Web服務(wù)，工作人員可以通過遠(yuǎn)程電腦監(jiān)視以及控制相應(yīng)的消防設(shè)備，方便了系統(tǒng)的維護(hù)與管理。通過手動(dòng)盤，管理人員執(zhí)行對總線設(shè)備的手動(dòng)操作，方便了聯(lián)動(dòng)設(shè)備的控制執(zhí)行，也為設(shè)備的維護(hù)調(diào)試提供了簡潔渠道。本火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警主機(jī)保留了傳統(tǒng)的多線制控制，在緊急情況下，如在火災(zāi)中，消防總線故障，則可以進(jìn)行人為干預(yù)，進(jìn)入手動(dòng)狀態(tài)控制消防設(shè)備。

火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)通信有著可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、通信數(shù)據(jù)量不大的特點(diǎn)。采用總線制通信系統(tǒng)組建網(wǎng)絡(luò)符合系統(tǒng)的技術(shù)要求。本智能火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)采用CAN總線組網(wǎng)。CAN總線是一種有效支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)，通信速度快，最高可達(dá)1Mbps，通信距離遠(yuǎn)，可達(dá)幾公里。所以，CAN總線在火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中使用，有著明顯的優(yōu)勢。消防主機(jī)中，CAN總線接口負(fù)責(zé)消防主機(jī)和探測設(shè)備以及聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備的通信，CAN總線接口采用SJA1000作為總線控制器，采用的PCA82C250作為驅(qū)動(dòng)芯片。光耦6N137用于信號(hào)隔離，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。CANL與CANH為差分信號(hào)接口，可采用非屏蔽雙絞線作為通信介質(zhì)。CAN總線接口電路如圖3所示。

3.2 消防主機(jī)軟件設(shè)計(jì)

消防主機(jī)依據(jù)功能需求進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。本消防主機(jī)有多種文件配置與管理的需求，有基于Web的遠(yuǎn)程訪問功能，還要執(zhí)行復(fù)雜的聯(lián)動(dòng)算法以及控制功能。為了有效的支持上述功能，采用了Windows CE嵌入式操作系統(tǒng)，它是微軟開發(fā)的基于嵌入式處理器的操作系統(tǒng)，功能強(qiáng)大，系統(tǒng)模塊化程度高，可以根據(jù)硬件設(shè)備的不同，裁剪定制。基于Windows CE構(gòu)建的嵌入式系統(tǒng)大致可以分為4個(gè)層次，從底層向上依次是：硬件層、OEM層、操作系統(tǒng)層和應(yīng)用層。

Windows CE是一個(gè)針對特殊硬件平臺(tái)可裁剪的操作系統(tǒng)，其開發(fā)要依賴于硬件層。BSP即是對硬件層的功能抽象，它是一層單獨(dú)的函數(shù)，操作系統(tǒng)訪問底層硬件時(shí)，不再直接訪問硬件，而是調(diào)用這層函數(shù)完成操作。作為硬件抽象層，BSP是系統(tǒng)軟件平臺(tái)開發(fā)的第一步，只有將硬件目標(biāo)板抽象出來后，才能在此基礎(chǔ)上構(gòu)建操作系統(tǒng)映像。針對本消防主機(jī)，開發(fā)了相應(yīng)的BSP。本BSP中包含了針對各硬件功能模塊的驅(qū)動(dòng)程序，主要有CAN總線接口驅(qū)動(dòng)、以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)、多線制控制驅(qū)動(dòng)、手動(dòng)盤驅(qū)動(dòng)、人界接口驅(qū)動(dòng)等等。通過驅(qū)動(dòng)程序，上層應(yīng)用軟件可以方便的訪問硬件接口。BSP結(jié)構(gòu)如圖4所示。

本消防主機(jī)應(yīng)用軟件采用VS2008開發(fā)，由于建立在Window CE嵌入式軟件的基礎(chǔ)上，可以做到良好的可視化界面，人機(jī)交互采用廣為熟悉的windows系統(tǒng)人機(jī)交互操作方式，消防管理人員操作簡單方便。在應(yīng)用軟件中，實(shí)現(xiàn)了GSM功能，以及基于Web的遠(yuǎn)程訪問功能，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的檢測與控制方案。

4.結(jié)束語

本智能火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)方案采用CAN總線組網(wǎng)，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量可以擴(kuò)展到較大規(guī)模，有利于執(zhí)行大范圍的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警功能。本系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)：(1)采用嵌入式系統(tǒng)構(gòu)建消防主機(jī)，系統(tǒng)智能化程度高，采用WindowCE系統(tǒng)，人機(jī)交互界面良好，應(yīng)用軟件操作簡單，方便易學(xué)。(2)在消防主機(jī)上設(shè)置了Web服務(wù)器功能，可以方便的進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理。(3)消防主機(jī)配備GSM模塊，在發(fā)生火災(zāi)的時(shí)候，可以通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，通知相應(yīng)的責(zé)任人。本火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，智能化程度高，可擴(kuò)展性強(qiáng)，適合于各類樓宇的消防系統(tǒng)構(gòu)建。

[1]火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)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]張冬泉,譚南林,王雪梅,焦風(fēng)川.Windows CE實(shí)用開發(fā)技術(shù)[M],北京:電子工業(yè)出版社,2006.

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