建筑電氣火災報警系統設計關鍵

章開蕾

摘要：近年來，電氣火災呈逐年上漲趨勢，傳統的火災報警系統已經不能滿足對電氣火災的報警預警和控制。本文提出了一種基于 CAN總線的智能型火災報警監控系統的設計，并對該電氣報警系統設計的關鍵要素進行了分析。

關鍵詞：電氣火災 報警系統 設計

中圖分類號： F407 文獻標識碼： A

電氣火災屬于火災但又不同于一般的火災，傳統火災探測方法并不可靠，需要一套專門針對電氣火災的報警系統。CAN(Control Area Network)總線屬于一種應用比較廣泛的現場總線，專門用于工業自動化領域，可以實現點對點、一點對多點及全局廣播幾種方式傳送接收數據。該系統不僅能及時發現電氣火災隱患，避免或減小火災事故的發生，而且還可以對供電線路進行故障檢測與診斷，實現對電氣故障隱患的預警，避免事故的發生。在電氣故障發生時，及時切斷故障線路實現對供電線路的保護，并避免事故范圍擴大，從而提高供電線路的可靠性。

1電氣火災報警系統總體方案設計

1.1總體方案設計

本文所設計的系統采用三層結構（圖1.1）：最底層為火災探測器，下級控制器為火災監控控制器。電氣火災報警監控系統終端（上位機）。電氣火災監控系統由電氣火災監控設備、電氣火災監控探測器組成，能在當被保護線路中的被探測參數超過設定值時，發出報警信號、控制信號并能指示報警部位的系統?；馂谋O控設備能發出聲、光報警信號和控制信號，指示報警部位，接收來自電氣火災監控探測器的報警信號，記錄并保存報警信號的裝置；電氣火災監控探測器能夠探測被保護線路中的剩余電流、溫度等電氣火災危險參數的變化；火災探測器安裝在事發現場，完成數據采集、分析火警信號，并把報警信號送至監控器的功能；監控器與探測器通過CAN總線實現板間通信，上位機與監控器之間通過RS232總線進行通信；火災監控控制器能對探測器模塊直接控制，電氣火災報警監控系統終端（簡稱上位機）為整個系統的主機，遠離現場，由管理人員實現控制，承擔著系統的管理功能。

1.火災信號 2.火災探測器 3.通信媒介 4.火災監控控制器 5.監控系統終端

圖1.1電氣火災報警監控系統圖

1.2工作原理

每個探測器必須都擁有一個不同的ID，用于相互區別其他的探測器，探測器和監控設備之間則通過CAN總線通信。監控設備通過液晶屏實時顯示各監控線路的運行狀態,。一旦檢測到報警信號,探測器通過再次檢測核驗，核實信號后，探測器控制斷路器迅速切斷電路，發出聲光報警,并把報警信息發送給監控設備。監控設備接收到報警信息,則顯示報警所在節點的位置、報警類型、報警值和設定值等。探測器會一直保持聲在使用之前,先根據需要設置好漏電流報警值和溫度報警值。光報警信號,直到用戶按消音鍵消除聲音或排除故障后才能恢復正常。同時發出聲光報警信號,提醒消防人員及時去現場查明原因,有效預防電氣火災的發生。還可以存儲報警信息,作為消防人員排查火災原因的依據。

2電氣火災報警系統硬件系統設計

2.1探測器的硬件設計

火災探測器由傳感器、信號調理電路、數據處理、按鍵與顯示界面、CAN通信接口等部分組成。探測器采集溫度信號，熱敏電阻元件將溫度的變化轉換為電信號。本系統采用自帶A/D 接口的STC12C5410AD 單片機為運算核心，該系統運行快，低功耗，抗干擾能力強，指令代碼完全兼容傳統8051。溫度探測器輪流采集下級終端溫度探頭傳遞過來的信號，溫度探頭發生故障時，故障指示燈顯示并鳴叫示警；探頭探測的溫度值超出火災報警閾值時，溫度探測器發出聲、光報警信號，值班人員受到信號后消除音響，根據溫度探測器指示處理現場；鍵盤和顯示電路主要是由按鍵輸入電路、指示燈顯示電路、顯示驅動電路及數碼管顯示電路組成，通過這些電路實現對溫度探頭的火災報警閾值的設定，顯示測量的溫度值，指示溫度探頭的狀態（即故障狀態、火災報警狀態、正常工作狀態）。

2.2監控器的硬件設計

監控器的結構與探測器的區別在于去掉了傳感器、增加了報警和聯動消防電電路。系蜂鳴器負責系統的監控系統的報警功能，微型繼電器負責聯動消防電路，微型繼電器用于控制報警燈及驅動相應的接觸器。單片機I/O需要驅動電路轉換從而驅動繼電器，調整輸出的驅動電壓、電流以滿足繼電器的要求。在繼電器線圈兩端設計有并聯的續流二極管，使繼電器線圈產生的感應電流通過二極管流動，使三極管得到保護。在繼電器的觸點設計有阻容消弧電路，避免因為繼電器觸點斷開使產生的有害電弧。

2.3抗干擾設計

環境因素如濕度、溫度、電場、磁場等都會對設備進行干擾，從而使報警裝置發生誤判而發生誤報、漏報的現象。因此，電氣火災報警監控系統必須具有很強的抗干擾能力。本系統電磁干擾源主要包括微處理器，微監控器，靜電放電，傳感器，瞬時功率元件，例如：繼電器，電源等。針對這些干擾源，首先使用電磁屏蔽的方式，其次，對采樣信號進行識別和過濾，在采樣電路中加入有源濾波和無源濾波電路能有效避免測量干擾。最后采用抗干擾電源，能抵抗電源線或數據線等引線引入的串擾。在系統軟件設計上采用軟件濾波，進一步減少干擾。此外，合理布置各種芯片、元件，將高壓元件與低壓元件盡量隔離。電路板上接地線適當加粗，使之能通過三倍以上額定電流。交流地線與直流地線嚴格地分開，以避免彼此干擾。

3 CAN總線網絡硬件設計

3.1 CAN總線接口電路設計

圖3.1 CAN總線接口電路圖

CAN總線接口電路主要由獨立CAN通信控制器MCP2515（U2）和總線收發器 MCP2551（U3）兩部分組成。其中MCP2515 執行對報文封裝打包和接收解包的CAN協議；MCP2551 負責將 MCP2515 傳送的數字信號轉換為 CAN總線上的差分電平信號，完成電平轉換?？偩€兩端的120歐的電阻能夠匹配總線阻抗，提高數據通信的抗干擾能力。

3.2 CAN總線網絡設計

CAN總線是電氣火災報警監控系統的通信鏈路，其通信的穩定性決定了火災報警控制系統的運行成敗。本系統采用普通的雙絞線作為媒介，訊媒介將若干個節點連接起來形成了CAN總線的網絡。圖3.2所示電氣火災報警監控系統的CAN網絡結構中，可靠通信距離L取決于總線的通信速率，速率越高，其允許值越小。按照CAN 的國際標準IS011898，總線的位速率小于5Kbps，L的允許值可達1 0公里，R的取值范圍在100~120歐之間；總線的位速率為1 Mbps 時，S和L的值不宜大于40米。

圖3.2電氣火災報警監控系統的CAN網絡結構

3.3 CAN網絡總線通訊的軟件設計

CAN總線通訊程序包括 MCP2515 的初始化、節點自測、通信波特率偵測程序，使用面向單片機的Keil C語言編寫。MCP2515正常工作前要進行SPI 接口的數據傳輸速率、CAN 通信的波特率、MCP2515 的接收過濾器和屏蔽器以及發送和接收中斷允許標志位等初始化設置。初始化之后，主監控程序調用的數據發送、接收及其他通信任務相關子程序。MCP2515 主要采取中斷模式進行總線數據的接收和發送。中斷處理程序包括總線錯誤處理子程序、發送接收、放棄發送子程序等。所有探測器和監控器主程序提供CAN總線中斷和HD7279 中斷。前者用于數據通訊，包括接收中斷、發送中斷、報文錯誤中斷、總線活動喚醒中斷、錯誤中斷、中斷確認，靈活的運用中斷可以有效的的提高CAN總線的通訊效率與質量；后者主要負責參數設定，復位功能等按鍵功能地實現。MCP2515 有八個中斷源，CANSTAT.ICOD（中斷代碼）位的編碼反映等待處理的中斷源。當同時發生多個中斷時，INT引腳將保持低電平狀態直至單片機復位。

4結語

目前國內的電氣火災報警系統還普遍采用傳統的現場通信技術，信息集成能力不強，控制器獲取的信息量有限，因此，更加先進的電氣火災報警系統的開發和普及需要該領域的同行們一起努力實現。

5參考文獻

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