無線火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用研討

劉偉鵬

近幾十年來,消防工作中的經(jīng)驗和反面的教訓(xùn),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(huán),火災(zāi)自動報警系統(tǒng)在賓館、商場、圖書館、娛樂場所等各部門中應(yīng)用越來越廣泛,同時人們對其功能的要求也越來越高。傳統(tǒng)的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)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?shù)膽?yīng)用受到了限制。

近年來,無線火災(zāi)自動報警系統(tǒng)已逐步發(fā)展起來,本文擬在無線火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用方面進行研討。

1 無線火災(zāi)自動報警系統(tǒng)

圖1為無線火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。

就像所有的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)一樣,首先必須同火災(zāi)探測器去接收火災(zāi)信號,并將其轉(zhuǎn)化成電信號,通過高頻調(diào)制,放大之后,由天線發(fā)射到空間,然后,接收裝置收到信號后,經(jīng)放大,解碼后送到火災(zāi)自動報警控制器,由其CPU判別是否是火災(zāi)信號,經(jīng)確定后才發(fā)出警報,并驅(qū)動相應(yīng)的聯(lián)動裝置,以進行滅火。

2 無線火災(zāi)探測器

無線火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中的火災(zāi)探測器,也采用感煙、感溫、感光、復(fù)合和可燃氣體五種類型的探測頭,配以電子線路,將火災(zāi)信號轉(zhuǎn)化為電信號,然后再送入發(fā)射電路。

發(fā)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(wěn)頻振蕩器,在頻率高達數(shù)百兆的高頻波中,其頻率穩(wěn)定度可做到10.5以上,這樣才能保證其工作的穩(wěn)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(jù)我們設(shè)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(jù)設(shè)計要求放大到所需的功率,再由天線發(fā)送到空間,調(diào)制電路則是把探測器探測到的火災(zāi)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(diào)制。當(dāng)然根據(jù)調(diào)試方法的不同,調(diào)制也可在主振級或輸出級實現(xiàn)。

在這里還有幾點必須加以說明:1)火災(zāi)探測器不僅向主機送去火災(zāi)信號,還必須把可能出現(xiàn)的故障信號送回去。我們可以采用數(shù)碼技術(shù)和鑒別技術(shù)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(shù)字編碼技術(shù),在前14位可特設(shè)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(shè)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(nèi)不會出現(xiàn)重碼現(xiàn)象。發(fā)射時采用連續(xù)8次重復(fù)發(fā)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(xiàn)象,防止了信號相互干擾及堵塞現(xiàn)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(tài),如火災(zāi)、防盜、故障、電池電壓低等,在設(shè)計上,要使火災(zāi)信號優(yōu)先于一切其他信號,實現(xiàn)火災(zāi)優(yōu)先的原則。2)為進一步提高無線火災(zāi)探測器的工作可靠性,我們設(shè)想是:主機不能僅僅被動地接收火災(zāi)探測送來的各類信號,最好是能主動地向火災(zāi)探測器定時發(fā)射詢問信號,并強制火災(zāi)探測器發(fā)回答復(fù)信號,使得一些特殊的故障,如電池失效等能被主機發(fā)現(xiàn),這就要求火災(zāi)探測器還必須裝有接收電路。3)由于無線火災(zāi)探測器體積有限,必須采用中繼技術(shù),即把無線火災(zāi)探測器等發(fā)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(zāi)報警控制器

采用單片機如80C31或?qū)ｉT設(shè)計的微處理器作為CPU,作為無線火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的心臟,主要工作是協(xié)調(diào)系統(tǒng)的全部功能。它能夠監(jiān)測和對來自火災(zāi)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(yīng),會自動記錄探測器和系統(tǒng)的狀態(tài),辨別出現(xiàn)的任何問題,并利用顯示屏和信號燈顯示系統(tǒng)的狀況資料,控制聲光報警,并用打印機隨機打出實時狀態(tài)。必要時,還可傳達詳細的情況到中央監(jiān)控中心,或與電腦聯(lián)網(wǎng)。這些功能與有線的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)是一樣的,但它多了無線接收及發(fā)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(fā)出的指令無線發(fā)出,去監(jiān)測無線火災(zāi)探測器的工作。這就是無線火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的主機。

采用調(diào)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(diào)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(wěn)頻振蕩器),所以得出的中頻信號質(zhì)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(zāi)信號或故障信號,再分別加以處理,如是火災(zāi)信號,則發(fā)出聲光報警,指示出該地址,并用打印機將其數(shù)據(jù)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(shù),直接通過電話線與中心站聯(lián)絡(luò),將現(xiàn)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(tài)及發(fā)生時間,通過電腦調(diào)出各主機所在用戶的建筑平面資料、消防警力分布、醫(yī)院急救電話、與上級有關(guān)人員聯(lián)系電話等等資料,便于指揮救災(zāi)。

4 軟件簡介

無線火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的核心是采用單片機的CPU,要使系統(tǒng)有條不紊地正常工作,還得依賴于系統(tǒng)的軟件。軟件設(shè)計要采用模塊化程序結(jié)構(gòu),其特點是結(jié)構(gòu)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(fù)雜的問題,用模塊化程序結(jié)構(gòu)設(shè)計時,首先可將復(fù)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(yīng)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(fù)雜問題的解決,在火災(zāi)報警控制及聯(lián)動方面的模塊,無線系統(tǒng)和有線系統(tǒng)都是大同小異的。而無線火災(zāi)自動報警系統(tǒng)與有線系統(tǒng)的差別就在于它是采用無線電傳輸?shù)姆绞?為了提高無線傳輸?shù)目煽啃?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(shù),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(jù)無線探測器的實際數(shù)量來編程,要給每個探測編地址碼,接前面第三節(jié)火災(zāi)無線探測器中敘述的數(shù)碼技術(shù)和鑒別技術(shù)來進行工作,不重碼、不誤報、不漏報,保證整個系統(tǒng)穩(wěn)定地、正確地工作。

[1] 李惠英.無線火災(zāi)報警系統(tǒng)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(zāi)報警系統(tǒng)[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息,2001(10):9-11.

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

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

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

[6] 曉 風(fēng).火災(zāi)探測技術(shù)及發(fā)展趨勢[J].安防科技,2003(2):21-23.

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

[8] 寶 珠.無線火災(zāi)探測系統(tǒng)[J].安徽消防,2002(9):7.

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

[10] 楊周興,王煥軍.火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中應(yīng)用藍牙技術(shù)實現(xiàn)無線通信的設(shè)想[J].消防科學(xué)與技術(shù),2003(1):10-12.