0 引言
隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程的加快發(fā)展， 城市抗御火災(zāi)的綜合實(shí)力也在不斷增強(qiáng)。火災(zāi)自動(dòng)探測(cè)與報(bào)警技術(shù)就是將傳感技術(shù)、通訊技術(shù)和智能化信息處理技術(shù)應(yīng)用于火災(zāi)預(yù)防的一項(xiàng)綜合性技術(shù)， 該技術(shù)具有速度快、實(shí)時(shí)性好、可直接與城市119消防中心的計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)等突出優(yōu)點(diǎn)。其中CAN總線具有高可靠性和適合遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)。CAN總線與火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)相結(jié)合， 突破了傳統(tǒng)溫度監(jiān)測(cè)的瓶頸， 它可在探測(cè)器內(nèi)加進(jìn)MCU， 從而對(duì)火災(zāi)特征信號(hào)直接進(jìn)行分析和判斷， 并將結(jié)果傳送給控制器。這種高效、數(shù)字、開(kāi)放的分布式火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是一種很好的復(fù)合型火災(zāi)報(bào)警的嘗試。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
圖1所示為管理計(jì)算機(jī)和智能節(jié)點(diǎn)組成的CAN總線火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框圖。由圖可見(jiàn)， 該系統(tǒng)由上位監(jiān)控機(jī)、CAN通信適配卡和多個(gè)智能節(jié)點(diǎn)組成。采用CAN總線作為通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)將各節(jié)點(diǎn)連接成一個(gè)分布式智能監(jiān)控系統(tǒng)。其中單片機(jī)主要完成現(xiàn)場(chǎng)傳感器的信號(hào)采集及對(duì)系統(tǒng)計(jì)算及信息的處理等； CAN總線控制器主要用于系統(tǒng)的通信； CAN收發(fā)器主要用于增強(qiáng)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)能力， 增大通信距離， 提高系統(tǒng)的瞬時(shí)抗干擾能力， 保護(hù)總線， 降低射頻干擾（RFI） 等。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)， 可通過(guò)上位PC 機(jī)的報(bào)警來(lái)獲得火災(zāi)發(fā)生的時(shí)間及地點(diǎn)， 同時(shí)通過(guò)119火災(zāi)智能報(bào)警器自動(dòng)與消防指揮中心聯(lián)絡(luò)， 從而實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守； 另一方面， 可利用消防聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)聯(lián)動(dòng)控制盤的指令自動(dòng)啟動(dòng)消防設(shè)施，以達(dá)到滅火的目的。此外， 上位PC機(jī)還具有系統(tǒng)參數(shù)（如波特率、報(bào)文標(biāo)識(shí)與屏蔽等） 設(shè)置、監(jiān)視狀態(tài)設(shè)置、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)請(qǐng)求、節(jié)點(diǎn)狀態(tài)查詢等功能。而各個(gè)下位節(jié)點(diǎn)控制器主要是通過(guò)CAN 總線接收上位機(jī)的各種操作控制命令和參數(shù)設(shè)定， 實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)到的火災(zāi)報(bào)警信號(hào)等。
事實(shí)上， 各個(gè)下位智能節(jié)點(diǎn)間也可通過(guò)CAN 總線網(wǎng)絡(luò)相互發(fā)起通信， 以進(jìn)行信息交換。
圖1 基于CAN總線的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
2 硬件設(shè)計(jì)
2.1 智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
圖2所示是本系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖。本系統(tǒng)的上位監(jiān)控機(jī)采用抗干擾能力很強(qiáng)的工業(yè)PC機(jī)， 并以TJA1050芯片作為CAN 收發(fā)器， 以SJA1000芯片作為CAN 總線控制器， AT89S52單片機(jī)作為節(jié)點(diǎn)控制器， 同時(shí)將其與火災(zāi)傳感器相連。溫度傳感器采集的信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后傳給AD0809芯片進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換， 然后再傳給AT89S52。煙霧傳感器的邏輯信號(hào)可直接傳給AT89S52。單片機(jī)可結(jié)合兩路信號(hào)進(jìn)行火災(zāi)分級(jí)報(bào)警處理。SJA1000的TXD和RXD相應(yīng)的連到TJA1050的TXD和RXD。
火災(zāi)探測(cè)器采集的信號(hào)經(jīng)單片機(jī)處理后的報(bào)警信號(hào)傳給SJA1000， 再經(jīng)過(guò)驗(yàn)收濾波后上傳到CAN總線， 由CAN通信適配卡傳給PC機(jī)顯示， 這樣，PC機(jī)就可以得到產(chǎn)生報(bào)警的報(bào)警器序號(hào)。同時(shí)，PC機(jī)上的數(shù)據(jù)也可通過(guò)SJA1000返傳回單片機(jī)進(jìn)行控制， 這個(gè)傳輸無(wú)需SJA1000的驗(yàn)收濾波。
CAN一般可通過(guò)中斷來(lái)接發(fā)數(shù)據(jù)。
圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖
2.2 復(fù)合式火災(zāi)探測(cè)器
復(fù)合式火災(zāi)探測(cè)器結(jié)合使用感溫和感煙兩種電路可將兩種火災(zāi)參數(shù)復(fù)合在一個(gè)探測(cè)器內(nèi)。溫度檢測(cè)電路可使用熱敏電阻， 即在一定的溫度范圍內(nèi)， 根據(jù)測(cè)量熱敏電阻阻值的變化來(lái)測(cè)量介質(zhì)的溫度變化。當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)發(fā)生火災(zāi)時(shí)， 外界環(huán)境溫度升高， 熱敏電阻的阻值下降， 從而使得輸出的電壓值產(chǎn)生變化， 這樣， 系統(tǒng)就可以采集電壓值數(shù)據(jù)并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。
檢測(cè)煙霧濃度的電路使用紅外線， 當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)發(fā)生火災(zāi)時(shí)， 外界環(huán)境中的煙霧濃度升高從而阻礙紅外線的接收， 以便結(jié)合溫度的變化進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警。為了增加紅外線的控制距離， 紅外發(fā)光二極管應(yīng)工作于脈沖狀態(tài)， 因?yàn)槊}動(dòng)光的有效傳送距離與脈沖的峰值電流成正比， 因此， 只需盡量提高峰值Ip， 就能增加紅外光的發(fā)射距離。提高Ip的方法是減小脈沖占空比。設(shè)計(jì)時(shí)可采用555定時(shí)器來(lái)產(chǎn)生方波以驅(qū)動(dòng)紅外線發(fā)射管發(fā)射紅外線。紅外線接收管接收紅外線后， 接著對(duì)接收到的一定頻率的信號(hào)進(jìn)行比較、整形， 濾波處理，再輸出一定頻率范圍的電壓信號(hào)。利用鎖相環(huán)電路對(duì)所接收到的放大信號(hào)進(jìn)行鎖頻， 然后， 再調(diào)節(jié)RC的中心頻率來(lái)“識(shí)別” 信號(hào)。無(wú)信號(hào)輸入或者輸入信號(hào)與中心頻率不匹配時(shí)， 系統(tǒng)便輸出高電平； 而當(dāng)輸入信號(hào)達(dá)到設(shè)定的中心頻率時(shí)，系統(tǒng)便輸出低電平信號(hào)。該信號(hào)直接接入AT89S52。
3 軟件設(shè)計(jì)
本火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)流程如圖3所示。圖中， 當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)并初始化后， 復(fù)合式火災(zāi)探測(cè)器便開(kāi)始采集數(shù)據(jù)， 其中采集到的溫度數(shù)值將進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換， 轉(zhuǎn)換完后的溫度值和煙霧邏輯值將傳給單片機(jī)， 然后由單片機(jī)根據(jù)兩種數(shù)據(jù)結(jié)合進(jìn)行火災(zāi)判斷， 再把得到的報(bào)警信號(hào)上傳給CAN總線， 并由CAN通信適配卡傳給PC機(jī)顯示，由此實(shí)現(xiàn)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警的功能。
圖3 系統(tǒng)軟件流程圖
4 結(jié)束語(yǔ)
本文設(shè)計(jì)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)采用CAN總線控制形式， 并利用總線通信來(lái)實(shí)現(xiàn)總控制器和下掛在總線上的多個(gè)火災(zāi)報(bào)警控制器之間的通信。
本系統(tǒng)的硬件電路是以AT89S52單片機(jī)為主控芯片， 結(jié)合使用AD0809進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換， 再使用SJA1000和TJA1050在總線上進(jìn)行通信。由于本系統(tǒng)使用感溫感煙式火災(zāi)探測(cè)器， 而這種復(fù)合式火災(zāi)探測(cè)器在原本單一火災(zāi)因素報(bào)警的基礎(chǔ)上， 又增加了判斷條件， 因而減少了火災(zāi)誤判、誤報(bào)的幾率。