摘 要： 給出了一種分布式智能火災報警控制系統的設計方法、系統軟硬件的組成和實現。系統設計中采用多CPU的并行處理方式和智能數據處理方法，實現了系統的實時、準確報警和可靠的聯動控制，利用現場總線CAN實現控制器的聯網。實踐表明，系統可靠性高、靈活性強、人機界面友好。
關鍵詞：智能 火災報警 微控制器網絡 CAN總線
智能型火災報警控制系統是一個集信號檢測、傳輸、處理和控制于一體的控制系統，代表了當今火災報警系統的發展方向。隨著科學技術的迅猛發展以及國內外經濟的迅速增長，市場上迫切需要一種容量大、性能優越、可靠性高、便于安裝、使用和維修的智能型火災報警控制系統。
本文給出了作者所設計的具有90年代國際先進水平的智能型火災報警控制系統的設計、組成、實現方法和特點。系統采用先進的計算機技術和通信技術，具有可編程、火警靈敏度自動調整和漂移自動補償等智能特性，工作更加穩定可靠，應用領域廣闊。
1 系統網絡結構
為了實現大范圍和大規模的火災監控，必須實現控制器之間以及控制器與復示器之間的快速和可靠的通信。CAN(Controller Area Network)總線是德國Bosch公司在80年代初為解決現代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開發的一種串行數據通信總線，由于CAN總線強調了實時性，又具有極高的可靠性和獨特的設計，特別適合工業過程監控設備的互連，因此越來越受到工業界的重視，得到了廣泛的應用，發展前景十分廣闊。其最高通信速率可達1Mbps，通信距離可達10km。由于控制器之間通信距離遠，傳輸信息多且實時性、可靠性要求高，所以選擇CAN總線實現控制器之間的通信是十分合適的。控制器與復示器之間由于通信距離短，傳輸信息少，使用RS－485總線進行聯網。系統網絡結構如圖1所示。
2 控制器硬件設計
系統硬件設計首先應滿足國家標準中火災報警基本功能及各種可靠性和抗干擾性要求。其次提供一個靈活的配置使其能適用于各種應用場合。同時系統應具有可擴展性，使得系統在發展過程中容易擴展和升級。
2.1 采用多CPU工作模式和模塊化結構
多CPU工作模式的采用主要是為了解決實時性及多任務調配等問題。控制器不但要實時地采集各種探測器及模塊的參數和狀態，還要進行數據處理、LCD顯示、打印、通信和控制等多項工作。單個微控制器無法實時完成以上工作。有必要采用多CPU工作模式和模塊化結構。各CPU之間通過I2C總線進行通信。控制器的組成框圖如圖2所示。
2.2 主CPU模塊設計
主CPU模塊用于監視和控制各功能部件，進行各種數據處理，網絡通信和資料保存等，是整個控制器的核心。它以微控制器80C652為核心進行設計，由程序存儲器、數據存儲器、監控及自檢電路、I/O接口和通信接口等組成，如圖3所示。其中通信接口為CAN總線，RS－485和RS－232C，CAN用于控制器之間的連網，RS－485用于控制器與復示器之間的連網，RS－232可直接同PC機、打印機或Modem相連。
2.3回路掃描CPU模塊設計
回路掃描CPU模塊實現對各種探測器和控制單元的尋址，并采集各地址單元返回的信息，包括煙霧濃度模擬量、環境溫度模擬量和反映外圍部件的各種狀態信息，并對這些信息進行分析和處理，將結果通過回路總線傳送到主CPU。按照實現的功能，它主要由七部分組成：外圍部件驅動電路、電壓檢測電路、干擾抑制電路、過流保護電路、回路CPU與主CPU接口電路，它們之間的關系如圖4所示。
3 CAN總線接口設計
本系統是由許多智能火災報警控制器通過CAN總線相連而組成的一個控制器局部網，因此，CAN總線的設計就顯得極為重要。其中，CAN控制器的選取、CAN驅動器以及抗干擾措施將成為設計的關鍵。
3.1 CAN控制器的選取
為了系統進一步擴展的需要，可選取支持CAN2.0B通信協議的SJW1000。SJW1000是PHILIPS公司最新生產的既支持CAN2.0B又支持CAN2.0A的CAN控制器，它與僅支持CAN2.0A的CAN控制器82C200在硬件上和軟件上完全兼容。
3.2 CAN接口芯片82C250
82C250是PHILIPS公司的CAN控制器和物理總線間的接口，提供對總線的差動發送和接收能力。它與ISO/DIS 11898標準完全兼容，有三種不同的工作方式即高速、斜率控制和待機，可根據實際情況選擇。
3.3 光電隔離
為了進一步提高系統的抗干擾能力，在SJW1000和驅動器之間增加了光電隔離電路，電源采用DC－DC變換器,如圖5所示。
4 系統特點
· 系統采用先進的模擬量傳感器、微控制器和智能算法，能對各種非火災因素引起的漂移實施自動補償，對探測器的性能實現自動檢測等。可有效地防止各種因素引起的誤報和漏報，實現準確報警。
· 系統中設計了控制矩陣，可用軟件編程實現自動消防聯動，代替了傳統的硬件組合邏輯。不僅便于設計和施工，且大大提高 了消防聯動的靈活性和可擴展性。
· 系統具有豐富的自診斷功能，能及時檢測出系統的故障及其部位，減少維修時間，為設備正常工作創造了條件。
· 系統采用分布式模塊化結構組成微機局域網，可根據需要進行靈活配置，適用范圍廣。
· 系統采用多媒體技術，具有漢字輸入、顯示、語音和聲光報警功能，人機界面十分友好。
該系統采用分布式模塊化結構組成通信網絡，配置靈活適應性強；采用多CPU協同工作方式，很好解決了實時性和多任務的矛盾；數據處理采用了線性和非線性濾波、門限檢測以及過程分析等智能算法，為實現準確報警奠定了基礎；系統采用故障自診斷技術和多媒體技術。
參考文獻
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