基于CAN總線的三級智能火災報警系統設計

?? 本文設計的智能火災報警系統，采用CAN總線三級通信網絡，以火災為監控對象，利用計算機技術、檢測技術和現場總線技術，根據防火的要求和特點而設計、構成和工作的。該系統既能對火災的發生進行早期探測和自動報警，又能根據火情位置，及時輸出聯動滅火信號，啟動相應的消防設施，進行滅火。實踐證明，該系統具有智能性，反應快捷，高度可靠性等優點，能較好地滿足智能大廈對火災防范的要求。

1、引言

　　火災的早期預報已成為撲救火災、減少火災損失、保護生命財產安全的重要保障，是現代消防不可缺少的安全技術措施。消防自動報警和控制系統已廣泛應用于各類建筑和工程中。如何使多個各自獨立的系統構成統一的消防監控網絡，是我們必須著眼解決的迫切問題。

2、系統構成

　　2.1 CAN總線

　　現場總線CAN 是應用在生產最底層的一種總線型拓撲的網絡，目前唯一有國際標準的現場總線，可實現全分布式多機系統，節點數最多可達110個，傳輸介質為雙絞線或光纖。 CAN總線以其抗干擾能力強、通信速率高、傳輸距離遠、構成系統簡單及性價比高等諸多優點，在整個市場占據了一席之地，并在智能化區域中得到了廣泛的應用，已被公認為最有前途的現場總線之一。相對于傳統的通信總線RS-485總線，CAN總線還具有諸多的優點：工作于多主方式，提高了系統的可靠性和靈性；具有的完善的通信協議可由CAN控制器芯片及其接口芯片來實現，從而大大降低了系統的開發難度，縮短了開發周期。同時CAN總線在有較大數據容量的系統網絡方面有較強的處理能力和優勢，所以CAN總線很適合作為智能區域底層網絡的主干通道。正是由于CAN總線的優點，所以本文采用CAN總線形成的三級通信控制系統。

　　2.2 三級通信控制系統

　　基于CAN總線的三級智能火災報警系統的結構圖如圖1所示。該系統由三級通信控制系統組成。這三級通信控制系統分別是：第一級：主控計算機通過RS- 232總線接收中央控制器的報警信息；第二級：中央控制器通過CAN總線接收區域控制器的報警信息；第三級：用戶端自動報警器的報警信息通過CAN總線傳輸至區域控制器。此三級網絡可以組成不同的網絡形式，針對這種情況，對于小型區域，該系統可以省略區域控制器。可見，該系統針對不同的對象可實現最優的性能價格比和最廣的應用覆蓋面，提高產品的競爭能力，擴展特別的方便。

????? 從如圖1中可以看到，系統由用戶端自動報警器、區域控制器、中央控制器和主控計算機四部分組成。它的工作過程是：系統運行時，用戶端自動報警器主要完成現場火情信號的采集。當用戶端自動報警器檢測到警情時，通過CAN總線傳輸至區域控制器，再經過區域控制器傳送至小區管理監控中心的中央控制器，并向相關部門(管理中心或戶主)發出報警信號。本系統中的主控計算機還具有將中央控制器接收到的報警信息通過LED準確顯示的功能，如警情發生的樓號，區域，房門號和所遭受的火災方式等，提示保安人員迅速確認警情，及時趕赴現場，以確保實驗室財產和人生安全。由于CAN總線受傳輸線距離以及節點數的制約，其節點容限最多為110 個，因此，針對大、中型智能小區的區域，提出了采用三級控制系統的方案，即在中央控制器和用戶端自動報警器之間加入區域控制器。下面對該系統的各部分逐一介紹。

3.硬件設計

?3.1 用戶端自動報警器的硬件設計

????? 用戶端自動報警器是本課題的設計重點，它是利用無線通訊技術和帶CAN控制器的單片機的控制技術，開發出來的一種具有聯網功能的報警器，它主要完成現場火情信號的采集，是基于CAN總線的三級智能火災報警系統的重要組成部分之一。用戶端自動報警器組成框圖如圖2所示。它主要包含前端探測器、編解碼電路、自動撥號電路和語音報警電路組成。

????? 3.1.1 前端探測器

????? 傳統的前端火災探測器采用的是單一參數火災探測器，存在的誤報率高、漏報等問題，本系統采用多元火災探測器。報警系統中對火災信號的檢測采用多探測器/多判據的火災探測技術，將探測器探測到的多元火災探測信息經單片機進行綜合判斷。采用多元信號檢測，一方面完成火情的實時檢測任務，另一方面大大降低了探測器部分的誤報率，提高了整個系統的可靠性。本系統中的燃氣泄漏探測器采用深圳豪恩公司的LH-83家用燃氣泄漏探測器，光電感煙探測器采用深圳豪恩公司的 LH-93光電感煙探測器。

　　3.1.2 編解碼電路　　　　

　　用戶端自動報警器本身和前端探測器之間采用無線通信，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合，這就需要有射頻接收發送電路。在本系統中的射頻接收發送電路采用***普城公司生產的一種CMOS工藝制造的低功耗、低價位、通用編解碼電路PT2262/2272。射頻接收發送電路主要功能是：前端探測器發來的報警信號經編碼芯片PT2262發出編碼信號后，通過解碼芯片PT2272接收后送到微控制器。

　　3.1.3 自動撥號電路和語音報警電路

　　自動撥號電路和語音報警電路，它的主要作用是在有警情發生時，通過撥號電路，撥打用戶預先設好的電話號碼(如119、手機號碼、辦公室號碼等)進行遠程撥號報警；同時啟動語音電路，將預先錄制好的語音信號通過電話線傳給主人，實現語音提示通信功能。

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????? 3.2 區域控制器的硬件設計

????? 區域控制器主要用于樓宇的一個區域用戶端自動報警器的信息管理和控制，在系統運行時，等待中央控制器的不間斷查詢，并對用戶端自動報警器進行監控，并將報警數據上傳到中央控制器，從而實現主控計算機機與用戶端自動報警器之間的通訊，同時為方便管理和擴展系統提供一種有效的方法。采用區域控制器使整個系統更易擴展，便于系統的調試、維修和管理。區域控制器是用來連接中央控制器和用戶端報警器的橋梁，它解決了智能小區節點分散、數據量大的問題，使得管理中心更加容易控制其內部的每一個用戶。

　 ??區域控制器組成框圖如圖3所示。區域控制器選用Intel的89S52單片機芯片為控制核心，在其與用戶端報警器相連的CAN端口側，安裝了CAN總線收發器，以及光耦隔離防干擾裝置，解決了與用戶端報警器之間的信號交換問題。而與中央控制主機相連的CAN端口側，同樣安裝了CAN總線收發器，解決與中央控制主機之間的信號交換問題。另外，加入防破壞識別模塊和報警器模塊可使物業監控主機及時發現對區域控制器線路的人為破壞，并及時修復。

　　3.3 中央控制器的硬件設計

　　中心中央控制器是主控計算機與區域控制器之間的橋梁、紐帶，負責主控計算機與區域控制器之間的指令、數據的存儲與傳輸。智能小區的每個房間都安裝一個用戶端自動報警器，因此不止需要一個區域控制器，由于通訊距離、速度和質量的限制，不可能每一個區域控制器都和主控計算機之間直接進行指令和數據的通訊，所以采用中央控制器作為中間橋梁，將區域控制器的報警信息等數據事先存在中央控制器，等待主控計算機查詢。

　　中央控制器組成結構和區域控制器類似。不同的是中央控制器主要完成主控計算機的RS-232信號和區域控制器的CAN信號之間的轉換，它是主控計算機和區域控制器之間的橋梁，是數據的中間存儲站。

3、結論

　　針對我國現有智能小區的發展趨勢，本文提出了適用于大、中型智能小區的基于CAN總線的三級智能火災報警系統的設計方案。該智能火災報警系統在前端火災探測部分采用多元無線報警的方案，這樣可以大大的減少誤報率和漏報率，提高了系統的可靠性，同時不需另外接線。而它的網絡采用基于CAN總線的三級通信網絡，實現最優的性能價格比和最廣的應用覆蓋面，提高產品的競爭能力，擴展特別的方便。本文作者的創新點：火災報警系統中通信網絡采用基于CAN總線的三級通信網絡，以及采用多元無線報警器。