基于CAN总线的三级智能火灾报警系统

1、引言
     火灾的早期预报已成为扑救火灾、减少火灾损失、保护生命财产安全的重要保障，是现代消防不可缺少的安全技术措施。消防自动报警和控制系统已广泛应用于各类建筑和工程中。如何使多个各自独立的系统构成统一的消防监控网络，是我们必须着眼解决的迫切问题。
     本文设计的智能火灾报警系统，采用CAN总线三级通信网络，以火灾为监控对象，利用计算机技术、检测技术和现场总线技术，根据防火的要求和特点而设计、构成和工作的。该系统既能对火灾的发生进行早期探测和自动报警，又能根据火情位置，及时输出联动灭火信号，启动相应的消防设施，进行灭火。实践证明，该系统具有智能性，反应快捷，高度可靠性等优点，能较好地满足智能大厦对火灾防范的要求。2、系统构成
2.1 CAN总线
      现场总线CAN 是应用在生产最底层的一种总线型拓扑的网络，目前唯一有国际标准的现场总线，可实现全分布式多机系统，节点数最多可达110个，传输介质为双绞线或光纤。 CAN总线以其抗干扰能力强、通信速率高、传输距离远、构成系统简单及性价比高等诸多优点，在整个市场占据了一席之地，并在智能化区域中得到了广泛的应用，已被公认为最有前途的现场总线之一。相对于传统的通信总线RS-485总线，CAN总线还具有诸多的优点：工作于多主方式，提高了系统的可靠性和灵性；具有的完善的通信协议可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现，从而大大降低了系统的开发难度，缩短了开发周期。同时CAN总线在有较大数据容量的系统网络方面有较强的处理能力和优势，所以CAN总线很适合作为智能区域底层网络的主干通道。正是由于CAN总线的优点，所以本文采用CAN总线形成的三级通信控制系统。
 2.2 三级通信控制系统
       基于CAN总线的三级智能火灾报警系统的结构图如图1所示。该系统由三级通信控制系统组成。这三级通信控制系统分别是：第一级：主控计算机通过RS-232总线接收中央控制器的报警信息；第二级：中央控制器通过CAN总线接收区域控制器的报警信息；第三级：用户端自动报警器的报警信息通过CAN总线传输至区域控制器。此三级网络可以组成不同的网络形式，针对这种情况，对于小型区域，该系统可以省略区域控制器。可见，该系统针对不同的对象可实现最优的性能价格比和最广的应用覆盖面，提高产品的竞争能力，扩展特别的方便。
        从如图1中可以看到，系统由用户端自动报警器、区域控制器、中央控制器和主控计算机四部分组成。它的工作过程是：系统运行时，用户端自动报警器主要完成现场火情信号的采集。当用户端自动报警器检测到警情时，通过CAN总线传输至区域控制器，再经过区域控制器传送至小区管理监控中心的中央控制器，并向相关部门(管理中心或户主)发出报警信号。本系统中的主控计算机还具有将中央控制器接收到的报警信息通过LED准确显示的功能，如警情发生的楼号，区域，房门号和所遭受的火灾方式等，提示保安人员迅速确认警情，及时赶赴现场，以确保实验室财产和人生安全。由于CAN总线受传输线距离以及节点数的制约，其节点容限最多为110 个，因此，针对大、中型智能小区的区域，提出了采用三级控制系统的方案，即在中央控制器和用户端自动报警器之间加入区域控制器。下面对该系统的各部分逐一介绍。

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3.硬件设计
  3.1 用户端自动报警器的硬件设计用户端自动报警器是本课题的设计重点， 它是利用无线通讯技术和带CAN控制器的单片机的控制技术，开发出来的一种具有联网功能的报警器，它主要完成现场火情信号的采集，是基于CAN总线的三级智能火灾报警系统的重要组成部分之一。用户端自动报警器组成框图如图2所示。它主要包含前端探测器、编解码电路、自动拨号电路和语音报警电路组成。
3.1.1 前端探测器传统的前端火灾探测器采用的是单一参数火灾探测器，存在的误报率高、漏报等问题，本系统采用多元火灾探测器。报警系统中对火灾信号的检测采用多探测器/多判据的火灾探测技术，将探测器探测到的多元火灾探测信息经单片机进行综合判断。采用多元信号检测，一方面完成火情的实时检测任务，另一方面大大降低了探测器部分的误报率，提高了整个系统的可靠性。本系统中的燃气泄漏探测器采用深圳豪恩公司的LH-83家用燃气泄漏探测器，光电感烟探测器采用深圳豪恩公司的 LH-93光电感烟探测器。
3.1.2 编解码电路    

     用户端自动报警器本身和前端探测器之间采用无线通信，不需另外接线，特别适用于已装修用户以及布线不方便的场合，这就需要有射频接收发送电路。在本系统中的射频接收发送电路采用台湾普城公司生产的一种CMOS工艺制造的低功耗、低价位、通用编解码电路PT2262/2272。射频接收发送电路主要功能是：前端探测器发来的报警信号经编码芯片PT2262发出编码信号后，通过解码芯片PT2272接收后送到微控制器。
3.1.3 自动拨号电路和语音报警电路

    自动拨号电路和语音报警电路，它的主要作用是在有警情发生时，通过拨号电路，拨打用户预先设好的电话号码(如119、手机号码、办公室号码等)进行远程拨号报警；同时启动语音电路，将预先录制好的语音信号通过电话线传给主人，实现语音提示通信功能。 
 
 
 
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3.2 区域控制器的硬件设计
     区域控制器主要用于楼宇的一个区域用户端自动报警器的信息管理和控制，在系统运行时，等待中央控制器的不间断查询，并对用户端自动报警器进行监控，并将报警数据上传到中央控制器，从而实现主控计算机机与用户端自动报警器之间的通讯，同时为方便管理和扩展系统提供一种有效的方法。采用区域控制器使整个系统更易扩展，便于系统的调试、维修和管理。区域控制器是用来连接中央控制器和用户端报警器的桥梁，它解决了智能小区节点分散、数据量大的问题，使得管理中心更加容易控制其内部的每一个用户。
     区域控制器组成框图如图3所示。区域控制器选用Intel的89S52单片机芯片为控制核心，在其与用户端报警器相连的CAN端口侧，安装了CAN总线收发器，以及光耦隔离防干扰装置，解决了与用户端报警器之间的信号交换问题。而与中央控制主机相连的CAN端口侧，同样安装了CAN总线收发器，解决与中央控制主机之间的信号交换问题。另外，加入防破坏识别模块和报警器模块可使物业监控主机及时发现对区域控制器线路的人为破坏，并及时修复。

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3.3 中央控制器的硬件设计
    中心中央控制器是主控计算机与区域控制器之间的桥梁、纽带，负责主控计算机与区域控制器之间的指令、数据的存储与传输。智能小区的每个房间都安装一个用户端自动报警器，因此不止需要一个区域控制器，由于通讯距离、速度和质量的限制，不可能每一个区域控制器都和主控计算机之间直接进行指令和数据的通讯，所以采用中央控制器作为中间桥梁，将区域控制器的报警信息等数据事先存在中央控制器，等待主控计算机查询。
中央控制器组成结构和区域控制器类似。不同的是中央控制器主要完成主控计算机的RS-232信号和区域控制器的CAN信号之间的转换，它是主控计算机和区域控制器之间的桥梁，是数据的中间存储站。
3、结论
    针对我国现有智能小区的发展趋势，本文提出了适用于大、中型智能小区的基于CAN总线的三级智能火灾报警系统的设计方案。该智能火灾报警系统在前端火灾探测部分采用多元无线报警的方案，这样可以大大的减少误报率和漏报率，提高了系统的可靠性，同时不需另外接线。而它的网络采用基于CAN总线的三级通信网络，实现最优的性能价格比和最广的应用覆盖面，提高产品的竞争能力，扩展特别的方便。本文作者的创新点：火灾报警系统中通信网络采用基于CAN总线的三级通信网络，以及采用多元无线报警器。