無線火災自動報警系統的設計與應用研討

劉偉鵬

近幾十年來,消防工作中的經驗和反面的教訓,使得人們對防火工作越來越重視,作為防火工作中的重要一環,火災自動報警系統在賓館、商場、圖書館、娛樂場所等各部門中應用越來越廣泛,同時人們對其功能的要求也越來越高。傳統的火災自動報警系統中,采用的傳輸方式是有線的,這種傳輸形式即“有線傳輸”。但是在許多場合中,有線傳輸的應用受到了限制。

近年來,無線火災自動報警系統已逐步發展起來,本文擬在無線火災自動報警系統的開發和應用方面進行研討。

1 無線火災自動報警系統

圖1為無線火災自動報警系統的結構。

就像所有的火災自動報警系統一樣,首先必須同火災探測器去接收火災信號,并將其轉化成電信號,通過高頻調制,放大之后,由天線發射到空間,然后,接收裝置收到信號后,經放大,解碼后送到火災自動報警控制器,由其CPU判別是否是火災信號,經確定后才發出警報,并驅動相應的聯動裝置,以進行滅火。

2 無線火災探測器

無線火災自動報警系統中的火災探測器,也采用感煙、感溫、感光、復合和可燃氣體五種類型的探測頭,配以電子線路,將火災信號轉化為電信號,然后再送入發射電路。

發射電路可采取超外差等電路,見圖2。

圖2中,主振級、中間放大級、輸出級屬高頻電路,主振級是一個高頻振蕩器,一般要采用晶體穩頻振蕩器,在頻率高達數百兆的高頻波中,其頻率穩定度可做到10.5以上,這樣才能保證其工作的穩定。中間放大級不一定只有一級,包括以起緩沖作用為主的緩沖級,起頻率倍增作用的倍頻級,以及為推動輸出級而起功率放大作用的激勵級。根據我們設計上的需要可選或不選其中的各級,而輸出級則是把送來的高頻載波信號根據設計要求放大到所需的功率,再由天線發送到空間,調制電路則是把探測器探測到的火災信號(電信號)編碼之后加以放大,送到中間放大級對載波信號進行調制。當然根據調試方法的不同,調制也可在主振級或輸出級實現。

在這里還有幾點必須加以說明:1)火災探測器不僅向主機送去火災信號,還必須把可能出現的故障信號送回去。我們可以采用數碼技術和鑒別技術來提高其可靠性及排除外來干擾,在探測器上采用50位以上的數字編碼技術,在前14位可特設本機密碼,只有接到此信號,主機才開始識別工作,這可以有效地消除其他信號的干擾,在緊接的20位,我們可設定為各個探測器的地址編碼,這個可在220個(即一百萬以上)探測內不會出現重碼現象。發射時采用連續8次重復發出不同時間之隔的報警信號,以避免多個探測器同時報警而引起的“爭用”現象,防止了信號相互干擾及堵塞現象,使主機可靠接收報警信號。在此34位以后的編碼信號可編為探測器的狀態,如火災、防盜、故障、電池電壓低等,在設計上,要使火災信號優先于一切其他信號,實現火災優先的原則。2)為進一步提高無線火災探測器的工作可靠性,我們設想是:主機不能僅僅被動地接收火災探測送來的各類信號,最好是能主動地向火災探測器定時發射詢問信號,并強制火災探測器發回答復信號,使得一些特殊的故障,如電池失效等能被主機發現,這就要求火災探測器還必須裝有接收電路。3)由于無線火災探測器體積有限,必須采用中繼技術,即把無線火災探測器等發出的信號接收,并加以放大后再進行傳送,在一級中繼傳送的功率不足以使接收器可靠接收時,就要再加幾級,一直到能滿足接收器的要求為止。

3 火災報警控制器

采用單片機如80C31或專門設計的微處理器作為CPU,作為無線火災自動報警系統的心臟,主要工作是協調系統的全部功能。它能夠監測和對來自火災探測器、中繼器及其他輸入裝置(如消火栓、水流指示器等)的信號做出反應,會自動記錄探測器和系統的狀態,辨別出現的任何問題,并利用顯示屏和信號燈顯示系統的狀況資料,控制聲光報警,并用打印機隨機打出實時狀態。必要時,還可傳達詳細的情況到中央監控中心,或與電腦聯網。這些功能與有線的火災自動報警系統是一樣的,但它多了無線接收及發射電路(見圖3),并通過譯碼器將外來信號送入CPU處理,然后又可把CPU發出的指令無線發出,去監測無線火災探測器的工作。這就是無線火災自動報警系統的主機。

采用調頻式超外差接收電路,首先在接收到無線探測器或中繼器等傳來的高頻信號后,高放電路就加以放大,由于它僅放大單一的載頻信號,調諧回路的工作就比較簡單,同時在混頻時,本振信號也是采用固定的單一頻率(用晶體穩頻振蕩器),所以得出的中頻信號質量可以很高,中放之后,為提高抗干擾能力,在鑒頻之前采用限幅器。最后得出的信號加以放大后送入譯碼器,還原為原始碼,由CPU實行鑒別,判別出是正常信號、火災信號或故障信號,再分別加以處理,如是火災信號,則發出聲光報警,指示出該地址,并用打印機將其數據打出來等等。

同時,主機還要有對外通訊電路,可以采用自動撥碼技術,直接通過電話線與中心站聯絡,將現場報警資料及時傳達到中心站的電腦,在電腦上顯示各主機的各種狀態及發生時間,通過電腦調出各主機所在用戶的建筑平面資料、消防警力分布、醫院急救電話、與上級有關人員聯系電話等等資料,便于指揮救災。

4 軟件簡介

無線火災自動報警系統的核心是采用單片機的CPU,要使系統有條不紊地正常工作,還得依賴于系統的軟件。軟件設計要采用模塊化程序結構,其特點是結構清晰,易于理解,便于閱讀,需增減軟件功能時,只需在合適的位置插入或刪除某程序模塊即可,同時對于某項復雜的問題,用模塊化程序結構設計時,首先可將復雜的問題分解成若干簡單問題的組合,每一個簡單問題對應一個模塊化程序,然后將若干個模塊化程序組合起來,即完成了復雜問題的解決,在火災報警控制及聯動方面的模塊,無線系統和有線系統都是大同小異的。而無線火災自動報警系統與有線系統的差別就在于它是采用無線電傳輸的方式(為了提高無線傳輸的可靠性,帶寬要盡量窄,減少其他信號源的干擾,頻率要高幾百兆,以便具有良好的穿透建筑物能力,天線如采用雙接收天線及快速掃描訊號技術,可避免信號相互抵消及消除相位過零點和盲點)。在軟件上,它必須加上控制無線接收的模塊,對此模塊的要求就是:主機要根據無線探測器的實際數量來編程,要給每個探測編地址碼,接前面第三節火災無線探測器中敘述的數碼技術和鑒別技術來進行工作,不重碼、不誤報、不漏報,保證整個系統穩定地、正確地工作。

[1] 李惠英.無線火災報警系統信息傳輸模式的研究[J].能源工程,2001(3):10.

[2] 高 飛,郭雪清.無線火災報警系統[J].消防技術與產品信息,2001(10):9-11.

[3] 王煥軍,梅桂霞.藍牙技術與無線火災自動報警系統[J].消防技術與產品信息,2003(5):6-7.

[4] 邊久榮.無線火災自動報警的發展與未來[J].消防技術與產品信息,1996(7):2-5.

[5] 胡 皓,王 興.基于煙霧檢測火災自動報警系統[J].傳感器世界,2004(12):20.

[6] 曉 風.火災探測技術及發展趨勢[J].安防科技,2003(2):21-23.

[7] 楊 軍.藍牙技術與無線火災自動報警系統[J].安防科技,2003(2):30-32.

[8] 寶 珠.無線火災探測系統[J].安徽消防,2002(9):7.

[9] 張萬寶.火災報警控制器專用電源的設計[J].山西建筑,2004,30(11):81-82.

[10] 楊周興,王煥軍.火災自動報警系統中應用藍牙技術實現無線通信的設想[J].消防科學與技術,2003(1):10-12.