基于单片机的智能消防系统

图 !" 网络消防报警控制系统结构图
!" 系统的硬件设计
! ! #" 硬件设计思路 在消防报警控制功能的微机自动检测系统， 可 供选择的数据采集子系统和数据分配子系统的功能 设备很多。其中数据采集子系统在针对消防报警控 制系统来说可以选择各种具备模拟量输入通道、 开 关量输入通道的设备； 数据分配子系统可以选择模 拟量输出通道、 开关量输出通道的设备。即可完成 消防报警控制与联动控制功能。 然而， 问题的关键是一般情况下任何一个消防 报警控制系统的检测点 （ 模拟量、 开关量） 通常会有 成百上千个。而这种具备多模拟量输入通道、 开关 量输入通道的设备目前市场上还没有产品。可供选 择的如象 $%& 这样的控制器设备会造成成本的大 大升高及安装施工的诸多缺陷。这样把我们要解决 的问题集中在以计算机 $&’ 接口为核心的数据采集 控制 （ 卡） 器的研究上是我们的问题得以解决根本 出路， 经过研究试验作者提出采用基于微机 $&’ 接 口的群模采集控制 （ 卡） 器通过总线连接各种探测 器来实现报警前端的信号采集正是我们对新型网络 消防控制系统的一个突破点。 ! ! (" 系统采集模板控制器的设计 新型网络报警控制系统的核心是基于微机 $&’ 接口的群模采集控制器 （ 卡） ， 该控制 （ 卡） 器的功能 主要是完成对各种火灾报警探测器信号检测， 群模 采集控制 （ 卡） 器的设计基本结构框图见图 ) ：
摘" 要： 在以计算机技术为核心的建筑智能化系统、 自动化控制系统、 网络系统日渐普及的今天。 利用计算机的优势实现城市网络消防报警控制系统具有极大的应用价值。本文提出了以工业计算 机为控制核心， 通过群模数据采集， 利用计算机网络和软件技术， 实现了新一代网络消防报警控制 系统的设计。 关键词： 微机测控； 城市联网 ； 地理信息； 消防报警； 中图分类号： !"!69 : # ; 解调器电话拨号方式实现联网功能； 二是以单板机 为核心的报警控制主机通过 <+!7! 与 =, 机实现通 讯， 然后通过 >? 机以太网实现连网。传统设备典 型的连网方式如图 # 所示。
(+ *+ () 系统的技术要求
@.
根据 《 火灾自动报警系统设计规范》 、 《 建筑设 计防火规范》 的要求来参考城市消防网络报警控制 系统， 系统应该具备的技术要求如下： （* ） 该系统应能常年运行 ( ， 对建筑内消防报警 控制系统进行自动控制， 分布式前端网络消防报警 控制主机具有以太网联网功能， 将检测的参数和设 备的状态做到相应的报、 预警、 防火联动设备启动处 理 . 的同时， 通过网络传送至城市网络消防控制中 心。 （( ） 城市消防网络报警控制中心管理计算机能 对分布于城市内建筑物内的新型前端网络消防报警 控制主机的各项报警参数进行处理， 处理包括报警 时和正常时的参数及状态显示、 定期存盘、 上下限报 警和参数曲线绘制。 （. ） 用于现场控制的前端网络消防报警控制主 机不仅能接受消防网络报警控制中心管理计算机的 指令对所辖设备进行控制， 而且能独立完成现场联 动设备的自动控制， 并具有手动和自动切换功能。 （/ ） 保证系统的安全可靠性及报警设备的报警 准确性。 （0 ） 建筑物内部控制主机和城市控制中心主机 系统控制软件、 管理软件应具足够的强壮性和可靠 性、 容错性、 易用性、 安全性。 （1 ） 系统管理实现智能化， 研究一套适合城市 消防网络报警控制系统优化运行的运筹管理技术。 ( ! () 系统总体结构 系统采用分布式计算机控制系统， 各建筑物内 部的前端控制报警控制主机为标准的工业控制计算 机， 置于分布于城市中的各个建筑物消防控制室， 为
图 /" 基于 "#$ 的数据采集控制器的设计结构
系统 中 - . + 转 换 器 采 用 -+ 公 司 的 芯 片 -+0()1 ， 外接输出为 (* /2 的 ,-34!(/ 芯片作为稳 压参考源， 双路差分模拟输入， 以实现最大采集范 围。采样时钟由 5$%+ 提供， 灵活可变， 可外接也可 内置， 最高采样频率可以达 #1,67， 输出数据精度 为 #) 位。数据的缓存采用异步的 8’9:， 选用两片 (; < = 位的 ’+>?((!1 ， 通过宽度扩展， 形成 (; < #4 位的 9’9:。 9’9: 的 读 写 时 钟 及 状 态 控 制 皆 由 5$%+ 实现。 其中， ,&#)/1(? 是与 ,&#)/1(4 （ 新型网络消 防报警系统探测器的编码芯片） 配套使用的解码器 （ ,&#)/1(? . #)/1(= ） 的一种， 具有 ) 位数据输出和 / 位地址编码 / 。根据其地址的不同组合可以产生 种不同的地址编码。 ,&#)/1(? 的引脚功能和外部 电路如图 4 所示，
#" 绪论
近年来， 伴随着建筑物功能的日趋复杂， 大型建 筑必须首先考虑消防报警控制系统的自动化。在此 基础上， 研究城市消防网络报警控制系统， 设计出新 型的基于标准工业计算机为核心的消防网络报警控 制系统。使其达到利用计算机网络优势实现在一个 城市范围内的联网报警监控。将计算机智能化控制 技术引入城市消防报警控制系统与设备的维护管 理， 从而全面提高消防报警控制管理水平， 使城市综 合资源得到进一步的应用。 # # #" 旧系统存在的问题 在国内目前建筑消防报警控制主要控制方式和 技术核心依旧采用基于单板机为核心控制主机与前 端哑终端探测器之间的被动巡检扫描方式构成的独 立控制模式。对实现新功能的延伸和开发具有较大 的局限性。 近几年来， 国内多家消防设备生产的专业公司 也分别提出了自己的一些城市消防联网报警应用的 解决方案。但主要采用基于单板机为核心的设备， 以 <+!7! 通信的广域连网方式来实现消防报警控 制系统的城市联网。由于涉及的标准、 自身利益、 国 家行政准入制、 许可证制等因素困扰许多企业均认 为超前的研发有不确定性风险等问题。所以国内在 该方面的技术、 研究落后于发达国家。 随着信息化的高速发展， 城市综合信息需求量 不断提升， 传统的消防报警控制系统存在如下缺陷： （# ） 现存系统的连网方式主要采用两种： 一是 以单板机为核心的报警控制主机通过 <+!7! 调制
() 系统总体设计
( ! *) 主要技术要求
(+ *+ *) 系统的组成
新型网络消防报警控制系统， 是一个典型的微 机自动检测系统， 包括下列子系统， 如图 ( 为新型网 络消防报警系统与微机自动监测系统的结合。
图 () 新型网络消防报警系统与微机自动监测系统
控制感烟探测器、 感温探测器、 各种联动控制装置、 参数检测装置及消防报警装置。前段控制主机内置 以太网接口卡， 通过广域网络 （ 主要是城市计算机 网络光缆） 与城市消防报警控制中心— — —消防报警 "2’’ "&$%&3 连接。 "2’’ "&$%&3 的大型数据库集中管理了全市的各 个建筑物的消防报警控制设备点位信息， 结合城市 4#5 （ 4&673289: #$;63<2%=6$ 5:>%&<， 地 理 信 息 系 统） 与消防救灾部门 （ 如消防队、 消防局、 市政府、 省政 府、 交通警察、 *(? 急救、 民政部门） 的职能要素相结 合， 在灾情发生时提供准确、 优化的救助方案。系统 总体结构如图 . ：
图 )" 群模采集控制 （ 卡） 器的工作原理结构框图
图 4" 解码器 %##)/1(? 的引脚与外部连接电路
@/0!! 是一种功能强、 灵活的 $&’ 总线控制器
第 ,. 期* * * * * * * * * * * 汤旻安等： 新一代网络消防报警系统设计 芯片， 采用 !"#$$ 专用芯片， 将其放置在系统与 %&’ 总线之间， 提供传递数据和控制信号的接口通路。
第 !! 卷" 第 #$ 期 !$$% 年 #$ 月
甘肃科技 &’()* +,-.(,. ’(/ 0.,1(23245
!"#$ !!" %"$ #$ &’($ " !$$%
新一代网络消防报警系统设计
汤旻安# ，陈晓强# ， 汤自安# ， 杨传武! （ # 兰州交通大学， 甘肃 兰州 67$$6$ ； !8 甘肃省计算机办公室， 甘肃 兰州 67$$7$ ）
?)
" " " " " " " " " " " 甘" 肃" 科" 技" " " " " " "ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ" " " " " " " " " 第 (( 卷 !* (* # " $&’ 总线的多模拟量数据采集控制器的实 现 新型网络消防控制系统的基于 $&’ 总线的数据 采集控制 （ 卡） 器， 包括模拟输入、 数据采集、 数据缓 存、 基于 $&’ 接口的 +,- 传输 ) 个部分。其核心部 分是 - . + 转换、 $&’ 接口及 +,- 传输的实现。该 数据采集控制 （ 卡） 器的系统结构见图 / ：
微机基本子系统 （ 网络消防报警系统中选 !、 择标准的工业计算机） ； 数据采集子系统及接口 "、 （ 网络消防报警系统中开发以 !"# 总线接口的多模 拟量输入控制器为核心） ； 数据通信子系统与接 #、 口 （ 网络消防报警控制系统中直接使用计算机的以 太网络接口） ； 数据分配子系统及接口 （ 网络消 $、 防报警控制系统中主要是联动设备的驱动与控制， 使用 !"# 接口的开关量和模拟量输出控制模板 ［市 场上已经可以找到类似的板卡］ ） ； 基本 # , - 子 %、 系统及接口 （ 网络消防报警控制系统中主要包括微 机自身的输入输出系统， 如显示、 打印、 数据存储、 键 盘输入等） 。
第 *? 期) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) 汤旻安等： 新一代网络消防报警系统设计 控制微机、 !"# 总线接口的数据采集通信模块、 结合 接口驱动与数据库设计、 应用软件设计、 可靠性设 计、 计算机网络设计实现城市网络消防报警控制系 统。最为关键的是： 新系统的设计大胆的将传统的 以单板机为核心的控制主机直接升级为 #$%&’ 构架 的标准工业控制计算机， 彻底摆脱了传统消防报警 控制系统主机与前端探测器之间的巡检通讯方式的 技术弊端， 实现了探测器与主机的数据传输不再受 到被动巡检周期的限制， 从而大大缩短了火灾报警 和启动联动设备所需的时间， 使整个系统实现了与 国际水平的完全接轨。进而通过系统集成， 实现城 市广域网络的消防报警控制系统。
图 #" 传统设备典型的连网方式
（! ） 在以信息资源为主的枢纽位置上已经不能 满足以城市综合化、 整体化、 信息化的要求； 无法构 建集指挥、 控制、 通信、 情报 （ ?2@@’(/、 ?2(AB23、 ?2@C D(A.33-4.(,.） 为一体的网络化的消防控制 @*(-,’A-2(、 系统， 不能达到最大限度保障人民生命财产安全的 目的。 （7 ） 现存系统对提升城市综合防御能力、 降低 运行维护成本、 保障安全性和可靠性、 节约灾情救助 资源等方面已经显出了明显的不足。 （9） 对未来技术标准的支持与应用起到阻碍。 如构建嵌入式操作系统的控制系统、 无线控制系统 等。 # # !" 新系统解决的问题 新型网络消防报警控制系统中将采用标准工业
$( )( )* +&,-".)/ 的编码方式
0"
与控制， 软件系统应该具备的基本功能包括： 4、 软件系统可以同时管理多块， 几种不同类型 自动维护系统的数据通信， 保证系统 的控制器；5、 可靠运行； 6、 用户图形界面清晰、 直观， 便于各种异 常信息的现场处理； 7、 实时打印报警、 故障、 隔离设 备的位置、 类型、 时间； 也可根据需要按条件查询打 印各种报警、 故障等信息的历史记录； 8、 提供报警辅 助处理方案， 在紧急情况下提示相关人员完成必要 的应急操作； 9、 具备电子地图功能的设备状态显示， 引导维护、 检修、 报警指示定位； :、 建立与远程区域 级报警中心的网络互连， 实现火灾报警系统的网络 化管理； ;、 软件系统自身的安全， 提供多级的安全管 理安全保密体制， 便于系统管理。<、 可保留的系统 黑匣子数据。=、 使用 ><?7@AB 1%’ 应用程序接口实 现电子地图显示， 完成后的功能如图 # ：