高層建筑火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的設(shè)計

摘 要：高層建筑火災(zāi)具有火勢蔓延快、火災(zāi)撲救難度大、人員疏散困難等特點，由于目前消防應(yīng)急救援裝備能力的發(fā)展遠遠趕不上高層建筑的發(fā)展速度，因而，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)在高層建筑中起著至關(guān)重要的安保作用。近年來，無線通技術(shù)、集成電路、微電子技術(shù)和傳感器技術(shù)的迅速發(fā)展，也帶動了火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的高速的發(fā)展。本文敘述了火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的總體方案的設(shè)計，以幫我們在今后的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的設(shè)計中提供一些參考。

關(guān)鍵詞：高層建筑 火災(zāi)自動報警系統(tǒng) 系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號：TU318文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2012）09（a）-0041-02

1 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的簡介

火災(zāi)自動報警系統(tǒng)通常是由火災(zāi)報警裝置、火災(zāi)警報裝置、觸發(fā)裝置和具有一些輔助功能裝置組成的。它能提前探測到火災(zāi)隱患，通過工程的需求和其它滅火設(shè)備以及通訊裝置聯(lián)動，可形成中心控制系統(tǒng)。在滅火初期，它可以將發(fā)生火災(zāi)時所產(chǎn)生的熱量、火焰以及煙霧等物理量，根據(jù)火災(zāi)探測器轉(zhuǎn)化成電信號，傳送到火災(zāi)報警控制器，同時，它還能顯示出火災(zāi)發(fā)生的時間、地點等，可以讓周圍的人及時地發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，能及時地報警或自救方式來撲滅初期火災(zāi)，極大地限制了火災(zāi)對財產(chǎn)和生命的損失。

在設(shè)計火災(zāi)自動報警系統(tǒng)時，一定要遵循《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》的要求，此外，還要將高層建筑的自身特點考慮進來，要保證產(chǎn)品的選配合理和安全適用，還需考慮先進技術(shù)的應(yīng)用，要做到經(jīng)濟合理。對探測器的位置設(shè)置要有明確的規(guī)定，在設(shè)計上，要考慮到探測器在不同場所的設(shè)置，由于是高層建筑，因此，還要重點考慮公共場所的探測器設(shè)置，火災(zāi)危險性、爆炸場所、電纜夾層等因素也考慮在其中。

2 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計軟硬的要求

在火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計初期，要按照軟件設(shè)計的基本原則，保證系統(tǒng)開發(fā)出來后，要有實用性、易操作性、安全性、擴展性、可靠性和抗干擾性。進行設(shè)計軟件時，在設(shè)計方法上，可采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計法，在軟件設(shè)計思想上，采用模塊化、抽象化等，逐步形成軟件的詳細設(shè)計和總體設(shè)計。還要充分考慮到軟件要需具備正確性、可靠性、高效性、健壯性、易用性等。進行硬件設(shè)計時，要考慮硬件內(nèi)部資源的預(yù)留和外部擴展接口，在日后的維護和升級帶來方便，此處，還需要考慮到配件的貨源狀態(tài)和成本，以及它的技術(shù)水平和實際可操作性等因素。

2.1 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)硬件要求

火災(zāi)報警控制器、火災(zāi)探測節(jié)點、無線通信節(jié)點和消防聯(lián)動報警裝置等共同構(gòu)成了火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。

當火災(zāi)發(fā)生時，火災(zāi)探測節(jié)點首先要通過對一氧化碳濃度、溫度和濃度發(fā)出的信號進行采集，將這些物理量轉(zhuǎn)化成電信號，最后，通過無線通信網(wǎng)絡(luò)將收集到的電信號輸送到火災(zāi)報警控制器中。

在火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的傳輸是由無線網(wǎng)絡(luò)來負責，無線通信網(wǎng)絡(luò)的基本通信單元由無線通信節(jié)點構(gòu)成，它主要負責火災(zāi)探測節(jié)點和火災(zāi)報警控制器兩者之間的數(shù)據(jù)與信息交互，從而完成對數(shù)據(jù)傳輸、探測節(jié)點、控制信息傳遞的統(tǒng)籌管理。

火災(zāi)報警控制器根據(jù)探測節(jié)點收集到的信息，通過智能火災(zāi)識別算法對多元火災(zāi)參量進行信息的整合，來作出相應(yīng)的判斷，然后再決定是否產(chǎn)生的控制信號對聯(lián)動裝置實施控制，火災(zāi)報警控制器是防火區(qū)域管理和數(shù)據(jù)處理的核心，它還可以對其管理范圍的所有探測節(jié)點進行綜合管理。

當火災(zāi)報警控制器判斷出有火情發(fā)生時，聯(lián)動報警裝置和火警揚聲器被立即啟動，以便能提醒周圍的人有火情即將發(fā)生，隨后消防聯(lián)動裝置被自動啟動；此時，當人們發(fā)現(xiàn)有火災(zāi)發(fā)生時，還可以用手動方式按動報警按鈕，這樣火災(zāi)報警控制器會馬上啟動聯(lián)動裝置。消防應(yīng)急照明燈、消防廣播、疏散警鈴、噴淋泵、消防泵、排煙系統(tǒng)等一系統(tǒng)聯(lián)動裝置構(gòu)成了聯(lián)動裝置。

2.2 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)軟件要求

閉值判斷和趨勢檢測算法通常被應(yīng)用在傳統(tǒng)的火災(zāi)報警系統(tǒng)的信號處理中，這種設(shè)計采用的傳感器的種類和數(shù)量較多，因而，整個系統(tǒng)的復(fù)雜度會加大，探測器和探測節(jié)點也容易受到周邊環(huán)境的影響，使整個系統(tǒng)會出現(xiàn)的誤報和漏報率相應(yīng)加大，而趨勢檢測算法和應(yīng)用閩值判斷會導(dǎo)致系統(tǒng)的誤報率和漏報率無法降低。因此，選擇合適的探測算法對以上問題的解決是非常重要的，為了解決系統(tǒng)中存在的誤報率和漏報率，系統(tǒng)可采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)火災(zāi)探測算法，結(jié)合多元參數(shù)的數(shù)據(jù)融合和智能處理，將使系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性大大提高。為了能將探測器收集到的信號進行智能化信息處理，可在防火分區(qū)的火災(zāi)報警控制器內(nèi)實現(xiàn)火災(zāi)智能探測算法。

探測節(jié)點的程序主要是由無線通信服務(wù)程序和信號采集程序組成，前者主要是將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到火災(zāi)報警控制器中，而后者則是要完成一氧化碳濃度、溫度、煙霧濃度信號的采集。

3 火災(zāi)自動報警系統(tǒng)對器件的要求

目前，在工業(yè)控制、通信、家電和儀器儀表中，一般都是采用嵌入式系統(tǒng)，它的廣泛應(yīng)用，也被應(yīng)用到火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中。嵌入式系統(tǒng)一般由以下幾部分組成：嵌入式微處理器、外圍硬件設(shè)備、嵌入式操作系統(tǒng)、特定的應(yīng)用程序，其基本組成如圖1所示。

3.1 處理器的選配

ARM（Advanced RISC Machines）處理器是一個32位元精簡指令集（RISC）處理器架構(gòu)，被許多嵌入式系統(tǒng)所采用，體積小、低功耗、低成本、高性能等是它的優(yōu)點； 支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集，且可以較好地兼容8位/16位器件；大量使用了寄存器，指令執(zhí)行速度會更快；大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成；尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高；指令長度固定。ARM7微處理器是32位RISC處理器系列中的一個，其中ARM7TMDI構(gòu)架的微處理器被應(yīng)用的最為廣泛，其中TMDI字母T表示支持Thumb指令集、D表示支持片上Debug、M表示內(nèi)嵌硬Multiplier、I表示支持片上ICE。在火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中，火災(zāi)報警控制器的處理核心我們可選用三星公司的ARM7TMDI構(gòu)架處理S3C44BOX，它擁有強大的浮點數(shù)運算能力和豐富的接口，正好可滿足系統(tǒng)的需求。

3.2 傳感器的選配

火災(zāi)的發(fā)展過程可分為明火和陰燃階段，在明火階段，通常會產(chǎn)生大量的熱量和明亮的火焰，周圍還伴隨著電磁輻射；而在阻燃階段，通常會產(chǎn)生直徑為0.01-10μm的黑色、白色或是灰白色的霧粒子；在燃燒階段，燃燒物可以產(chǎn)生大量的一氧化碳，由此可見，火災(zāi)中的一些重要參量包括煙霧溫度、濃度、以及一氧化碳濃度，因此，合適的探測器對系統(tǒng)的設(shè)計非常重要。

3.2.1 一氧化碳氣體濃度傳感器的選配

火災(zāi)發(fā)生時，溫度、一氧化碳濃度和煙霧濃度等幾種參量，最開始會產(chǎn)生一氧化碳，且還帶有毒性。為防止人們過多吸入一氧化碳中毒而無力逃生，因此，選擇一種高效的一氧化碳氣體傳感器是十分必要的。NAP505電化學(xué)式一氧化碳傳感器，檢測濃度：0～1000ppm；輸出電流：40±10nA/ppm；重復(fù)性：±2%；精度：<±5ppm；應(yīng)答時間：< 30秒；飄移：<5%/年；使用壽命5年，NAP505電化學(xué)式一氧化碳傳感器是根據(jù)原電池的化學(xué)反應(yīng)，根據(jù)氧化還原反應(yīng)所產(chǎn)生的能量，通過電能輸出的原理來檢知氣體。它自身帶有電流輸出，因此，傳感器本身就不再需要驅(qū)動電壓。常用于工業(yè)用火災(zāi)報警器、一氧化碳氣體濃度計、環(huán)境監(jiān)測儀、便攜式探測器等。

3.2.2 煙霧傳感器的選配

煙霧傳感器就是通過監(jiān)測煙霧的濃度來實現(xiàn)火災(zāi)防范的，煙霧報警器內(nèi)部采用離子式煙霧傳感，離子式煙霧傳感器是一種技術(shù)先進，工作穩(wěn)定可靠的傳感器，被廣泛運用到各種消防報警系統(tǒng)中，性能遠優(yōu)于氣敏電阻類的火災(zāi)報警器。根據(jù)高層建筑的煙霧傳感器的功能需求，NIS-09C是離子式煙霧傳感器，內(nèi)部使用了微量的放射性物質(zhì)镅241，但傳感器本身被金屬制電極所覆蓋，放射能決不會泄露，比較適用于火災(zāi)報警系統(tǒng)中。NIS-09C屬于低功耗廣普型傳感器，適用各種高靈敏度煙霧探測器、火災(zāi)報警器等。額定電壓：DC7-12V；電流：27±3pA；離子元素：镅241、33.3KBq；環(huán)境溫度：0-50℃；環(huán)境濕度：95%RH以下；清凈大氣中輸出值：5.6±0.4V；棉芯2%/foot；煙靈敏度：0.6±0.1V。

3.2.3 溫度傳感器的選配

由于物質(zhì)在燃燒時，周圍環(huán)境的溫度就會很快升高，并產(chǎn)生出大量的熱量，因此，火災(zāi)探測中一個最重要的參量就是溫度。由于HN37型溫度傳感器有感溫靈敏、重量輕、體積小等優(yōu)點，因此，非常適合于室內(nèi)大棚、火災(zāi)報警、辦公場所中使用，其具體指標如表1。

3.3 無線收發(fā)芯片的選配

在特殊的應(yīng)用場合中，無線通信網(wǎng)絡(luò)要比有線網(wǎng)絡(luò)更有優(yōu)勢，它為火災(zāi)報警控制器與探測器采集單元提供數(shù)據(jù)的交互，因此，在火災(zāi)報警系統(tǒng)的通信中可采用無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)。微電子技術(shù)的迅速發(fā)展也帶動了高頻芯片的發(fā)展速度，集成芯片可以很好地解決無線信道的不穩(wěn)定性，同時還能提高無線信道的質(zhì)量，使整個無線通信設(shè)備在經(jīng)濟上更廉價，而且體積小、重量輕，因此，作為收發(fā)設(shè)備的信息處理核心集成的無線收發(fā)芯片成為必然的選擇。

3.4 單片機的選配

在火災(zāi)復(fù)合探測處理單元中，可選用飛利浦（Philips）公司的推出的P87LPC767單片機，它在80C51內(nèi)核基礎(chǔ)上進行擴展和改進，擴展了模擬比較器、看門狗、UART、ADC、上電復(fù)位檢測、欠壓復(fù)位檢測等功能，采用加速80C51處理器結(jié)構(gòu)，其指令執(zhí)行速度是標準80C51CPU的2倍，P87LPC767單片機具有抗干擾力較強、溫度適應(yīng)范圍寬、內(nèi)含高質(zhì)量的A/D轉(zhuǎn)換器、可提供增強的MCU、還可以對模擬功能進行設(shè)定、強大的鍵盤中斷功能以及微功耗等優(yōu)點，因而在滿足多方面的性能需求的同時，還適用于許多高集成度和低成本的場合。

3.5 操作系統(tǒng)的選配

在選用常用的操作系統(tǒng)上，Linux操作系統(tǒng)由于具有較強的穩(wěn)定性和良好的網(wǎng)絡(luò)功能，所以較適合于通用的處理器，并且移植性也相對較好，但是，它缺乏內(nèi)部MMU（內(nèi)存管理單元）的ARM處理器的能力。因此，GNU組織在Linux的操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)出一種μClinux系統(tǒng)，它專門應(yīng)用于片內(nèi)無MMU的微處理器，并在嵌入式系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)常采用，它與Linux操作系統(tǒng)的最大區(qū)別就是適應(yīng)于無MMU處理器，目前，在使用了片內(nèi)無MMU的微處理器的中低端嵌入式產(chǎn)品中，μClinux具有很多優(yōu)點，如系統(tǒng)穩(wěn)定、開放源碼、網(wǎng)絡(luò)功能強大等，因此，采用μClinux作為嵌入式操作系統(tǒng)更加合適。

4 結(jié)語

高層建筑火災(zāi)自動報警系統(tǒng)在消防安全保障方面起著至關(guān)重要的作用，特別是對人員密集的公共場合，火災(zāi)自動報警系統(tǒng)更是保障周圍安全的一項重要工程。我國的火災(zāi)報警系統(tǒng)起步較晚，跟發(fā)達國家相比還有一定的差距，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市中的高層建筑也越來越多，火災(zāi)報警系統(tǒng)的需求也就必然增多，人們也開始越來越重視這項工程，對系統(tǒng)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化和集成化提出了更高的要求，因而，我們在今后的系統(tǒng)設(shè)計中更要嚴格要求器件的選配和在技術(shù)上的進一步提高，設(shè)計出更人性，更智能的系統(tǒng)，才能更好地起到及時、準確的報警作用。

參考文獻

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