智能建筑火災自動報警系統設計

馬占敖

（吉林建筑工程學院，長春 130118）

智能建筑火災自動報警系統設計

馬占敖

（吉林建筑工程學院，長春 130118）

0 引言

伴隨著生產及生活的快速進步,對消防的安全要求越來越高。消防聯動系統及火災自動報警,其作為智能建筑子系統,能夠為火災先期報警,人身財產安全的保障,以及快速撲滅火災發揮了非常關鍵的作用。因此,時刻做好防范工作,牢牢貫徹“隱患險于明火,防患勝于救災,責任重于泰山”的概念,嚴格依據消防規范規實施消防設計與施工,這樣方能有效地控制住火災的蔓延范圍,快速地撲滅火災,降低人員和財產的損失。為了實現此目的,本文進行智能建筑火災自動報警系統相關的研究與設計。

1 智能建筑中火災自動報警系統概述

1.1 火災自動報警系統

火災報警系統能夠自動地探測火災的隱患,擔負著非常重要的安全防范重任,是智能建筑中建筑自動化系統(BA)的重要子系統。在設計時,火災自動報警系統一定要與《火災自動報警系統設計規范》 GB50116-98(簡稱《報警規范》)的要求相符合,也要與智能建筑特點相適應,合理地選擇相關產品,實現技術先進,安全適用以及經濟合理。建筑自動化系統包含多個分系統,它們分別是:人員進出監視系統,消防控制與火災自動報警系統,自動防盜告警系統,保安巡邏系統,給排水監控系統,空調監控系統,采暖通風系統,電力供應與照明系統,變配電及后背電源監控系統,以及電梯,廣播,地震監控,電纜電視,煤氣泄漏等系統。以技術角度來分析,該諸多子系統能夠實現共享硬件設備資源,做到控制信息與管理信息一體化,方便系統的管理、控制及維護,能夠統籌規劃及設計普通及非正常情況下各種設備的方案,最終實現智能監控與全面集中的目的。

1.2 火災報警控制器設計選配

火災自動報警系統的關鍵部位為火災自動報警控制器,它收到信號后立即進行分析判斷,如果有火災發生,那么它就會發出火警信號,同時將相應消防設備進行啟動。計算機技術的發展,促使過去的開關量多線制火災自動報警系統被模擬量總線制火災自動報警系統所取代,當前智能火災自動報警系統因此也獲得了普遍的使用,模擬量總線制火災自動報警系統玉智能火災報警系統,這二者均為伴隨計算機技術發展而發展的,均能夠在智能建筑領域中使用。

在消防聯動系統和火災自動報警里,選配集中火災報警控制器時,不但要對火災自動報警系統工作要求能夠滿足,而且也要具備和智能建筑中其余的控制系統的通信界面。這些主要有:對整體系統故障信息、報警情況以及聯動信息顯示功能,和所有報警區域里火災報警控制器的通信功能,能夠和智能建筑中其它專業的控制系統進行通信的界面,可以依據火警信息進行消防聯動設備的啟動、同時能夠對它的運行狀態進行顯示等。

1.3 火災自動報警系統的設計

在智能建筑中,設計火災自動報警系統時,要注意的要點為:依據所要保護的面積部位,根據火災探測器的總數,以及其它如手報等報警裝置的數量,明確所需要報警控制器的總容量;通過被保護目標火災時燃燒的具體情況,明確發生火災的類型;依據消防設備,明確聯動的控制方式;根據劃分的報警區域,進行區域報警控制器的設置;根據防火滅火要求,明確聯動與報警之間邏輯關系;最后,還需要對智能建筑“3AS”(辦公自動化系統、通信自動化系統、建設設備自動化系統)和火災自動報警系統的適應性進行仔細的考慮。

2 基于Zigbee火災自動報警系統設計

2.1 關鍵技術

Zigbee技術為一種雙向低復雜度,近距離,低數據速率,低成本,低功耗無線通信技術,經常應用至遠程控制與自動控制領域,能夠嵌入至各種設備中,而且對地理定位功能能夠較好的支持。Zigbee技術能夠使用的拓撲模型有主要有:網狀網絡結構,星形網絡結構,以及簇狀樹形結構(Mesh)。

2.2 系統方案概述

本系統總體結構如圖1所示。無線傳感器把探測到的火災信號以Zigbee無線通信方式,發送至數據集中器;數據集中器把獲取的數據傳送到火災監控中心,然后火災監控中心進行對該數據的統計評估與計算處理。在進行火災信號判斷時,判斷的原則非簡單的非準則,要對其它各種因素都要考慮。依據先前設定的相關規則,把該數據轉切換成恰當報警動作指標,發出預報警。比如,有少量的煙,然而溫度卻急劇上升——發出報警;有少量煙,但溫度上升平緩——發出預報警等。

圖 1 系統總體結構框圖

從網絡節點邏輯功能上,Zigbee設備能夠劃分成:路由節點(router ),終端設備(end device),以及網絡協調器(PAN coordinator);從設備功能方面劃分,能夠劃分成:簡約功能設備 (Reduced Function Device,RFD),全功能設備 (Full Function Device,FFD)。其中,全功能設備能夠充當路由結點、網絡協調器或者終端設備,而簡約功能設備僅可以充當終端設備節點。所以,從網絡邏輯結構上分析,Zigbee火災報警系統內的數據集中器是Zigbee網絡中的網絡協調器;數據集中點是路由節點;無線傳感器為終端設備,依據傳感器配置的部位,也能夠設置成路由節點。Zigbee網絡能夠支持65535個節點,能夠很好地滿足各種需要。

2.3 硬件設計

系統硬件主要由數據采集部分和數據接收部分組成。數據采集部分包括傳感器、無線收發芯片、控制MCU等?？刂芃CU和無線收發芯片是由SPI總線實現連接,二者一起組成無線傳輸模塊。數據接收端使用相同的無線收發模塊,使用RS232異步串口和PC機通信。其功能相當于一個接入點,一方面接收采集數據并上傳給主機,另一方面將主機向數據采集端發送的控制信號以無線的方式發射出去。如圖2所示為系統硬件結構框圖。

圖 2 系統硬件結構框圖

本文設計系統的基本原理為:周圍出現火災跡象,由傳感器測試到,將測試信息傳送到火災控制中心,中心對其進行計算處理和統計判決,判斷是否符合預設條件。在此的預設條件為不是簡單的是或者不是的關系,而是一個復雜的、要考慮多種因素的規則,這和具體的運用環境關系很大。一旦滿足這些預設條件,傳感器所得到的信息就轉化為火災報警信號。

本系統的主MCU是采用STC89LE516AD單片機,它是一種內核增強型的8為機,和廣泛使用的IntelMCS51系列的單片機具有良好的兼容性,并且價格便宜。此外,其上的存儲功能為其它型號單片機所沒有,有著512B的RAM空間,本身還有ISP固化程序,方便使用。

2.4 軟件設計

本系統軟件部分是由數據采集端與數據接收端兩個子程序所構成,它們都包括程序初始化、發射過程和接收過程三個部分。程序初始化的作用是對單片機、RF芯片、SPI等部分進行初始化處理;發射部分則是把已建立的數據包經過單片機、SPI接口送至RF發射模塊,達到輸出目的;接收部分完成的是數據接收和并進行處理功能。如圖3所示為數據采集端程序流程,如圖4所示為接收端程序流程。

圖3 數據采集端流程

圖4 數據接收端流程

3 結束語

隨著建筑智能化的快速發展,原來報警線、通信線和聯動線的自成體系是為了滿足火災自動報警系統在管理上的特殊要求而分離的。智能化水平提高,三者的集成度也在提高,因此在設計智能建筑的火災自動報警系統時,一定要考慮他們在連接界面上的匹配性。最終滿足火災自動報警、消防聯和智能建筑動系統在設計、運行、施工各個方面用最優方式結合。科技發展至今,每一項新技術在一個領域的運用都有一個探索的過程,ZigBee技術在智能建筑的火災自動報警系統中的運用也同樣需要我們去研究探索,要使其在智能建筑的火災報警系統中成熟運用,還有一個較為長的探索過程,還有許多挑戰需要去應對,隨著不斷的探索,我們一定會實現火災報警系統的飛躍發展。

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Design of intelligent building fire alarm system

MA Zhan-ao

隨著信息技術的不斷發展，建筑的智能化程度也越來越高。作為建筑的重要部分的消防設施的智能化發展也很迅速，人們對消防設施的要求也是推動其智能化發展的重要動力。本文利用傳感器技術的發展成果，設計一種基于傳感器技術的智能建筑火災自動報警系統。

智能建筑；火災自動報警系統；設計

馬占敖(1955－),男,吉林長春人,教授,本科,研究方向為智能建筑系統的應用。

TP277

A

1009-0134(2011)1(上)-0179-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.1(上).56

2010-10-27