基于嵌入式系統(tǒng)的智能建筑集總式消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

章潛

摘要：隨著智能系統(tǒng)的發(fā)展，集總式消防系統(tǒng)的出現(xiàn)使得現(xiàn)代建筑變得更加智能化?；谇度胧接布到y(tǒng)開(kāi)發(fā)了一套智能建筑集總式消防系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有成本低、性能強(qiáng)、集成度高、功能豐富等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，對(duì)消防系統(tǒng)內(nèi)部的嵌入式硬件系統(tǒng)和消防終端的傳感器進(jìn)行了分析，闡述了嵌入式硬件系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)以及消防系統(tǒng)傳感器的電路設(shè)計(jì)。最后，結(jié)合實(shí)際消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，對(duì)智能消防系統(tǒng)設(shè)備在實(shí)際安裝過(guò)程中遇到的問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：消防系統(tǒng);智能建筑;嵌入式系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP277

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DesignandOptimizationofIntelligentBuildingLumped

FireProtectionSystemBasedonEmbeddedSystem

ZHANGQian

（BeijingInstituteofSpacecraftEnvironmentEngineering，Beijing100094，China

）

Abstract：Withthedevelopmentofmodernintelligentsystems，theemergenceoflumpedfireprotectionsystemhasmademodernbuildingsmoreintelligent.Thispaperdevelopsasetofintelligentbuildinglumpedfireprotectionsystembasedonembeddedhardwaresystem.Thissystemhastheadvantagesoflowcost，strongperformance，highintegrationandrichfunctions.Atthesametime，thispaperanalyzestheembeddedhardwaresysteminsidethefireprotectionsystemandthesensorsofthefireterminal，andexpoundstheadvantagesoftheembeddedhardwaresystemandthecircuitdesignofthesensorofthefireprotectionsystem.Finally，thispapercombinesthecharacteristicsofactualfireprotectionsystemdesigntooptimizetheproblemsencounteredintheactualinstallationofintelligentfireprotectionsystemequipment.

Keywords：fireprotectionsystem;intelligentbuilding;embeddedsystems

0引言

隨著我國(guó)建筑技術(shù)的快速發(fā)展，建筑行業(yè)出現(xiàn)并應(yīng)用了諸多新設(shè)備和新技術(shù)[1]。但是相比于歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)智能消防控制系統(tǒng)和消防技術(shù)處于相對(duì)落后的狀態(tài)，以智能消防控制系統(tǒng)為例，我國(guó)主要存在以下問(wèn)題[24]：1）目前消防系統(tǒng)的設(shè)備基本上為獨(dú)立購(gòu)買、獨(dú)立安裝，相互間兼容性較差，很難形成統(tǒng)一的整體，從而容易出現(xiàn)誤報(bào)、延遲報(bào)警、關(guān)鍵信息漏報(bào)等問(wèn)題;2）消防系統(tǒng)中各個(gè)子系統(tǒng)或者各個(gè)模塊之間所用的通信協(xié)議無(wú)法統(tǒng)一，造成系統(tǒng)的功能擴(kuò)展或者集成難度大，嚴(yán)重制約其應(yīng)用和推廣;3）目前大多消防系統(tǒng)的集中控制方式存在控制可靠性低、控制器負(fù)重量大等問(wèn)題，而且部分消防系統(tǒng)未滿足我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB501162013中規(guī)定的分散控制和集中管理的部分要求;4）目前廣泛應(yīng)用的控制器（比如PLC），其存在設(shè)備成本高、維護(hù)成本高、開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、功耗大、體積大等缺點(diǎn)。因此為了控制和預(yù)防火災(zāi)，研究開(kāi)發(fā)具有聯(lián)動(dòng)控制和自動(dòng)報(bào)警的新型智能消防控制系統(tǒng)是十分必要且迫切的。

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)所用的集中控制器基于嵌入式系統(tǒng)[5]開(kāi)發(fā)的，其具有可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、成本低、開(kāi)發(fā)周期短、體積小、功耗低和維護(hù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。嵌入式系統(tǒng)的主要作用為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中所有設(shè)備的運(yùn)行情況;控制聯(lián)動(dòng)設(shè)備和探測(cè)器設(shè)備等。在本集總式消防系統(tǒng)將多個(gè)獨(dú)立、分離的消防應(yīng)急報(bào)警點(diǎn)聯(lián)網(wǎng)使其形成集中控制中心，其具有兼容性強(qiáng)、集中式管理、遠(yuǎn)程聯(lián)動(dòng)和報(bào)警等優(yōu)點(diǎn)，符合目前高層復(fù)雜建筑對(duì)消防安全的要求。

本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

其主要包含多個(gè)智能控制系統(tǒng)、集中控制器和后臺(tái)的消防監(jiān)控系統(tǒng)等。這些結(jié)構(gòu)的聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)保證了整個(gè)集成式消防監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行[6]。

2消防應(yīng)急聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)

2.1嵌入式硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的嵌入式控制板硬件部分可以分為主控電路板和擴(kuò)展底板，其中主控電路板的內(nèi)核為ARM[7]，其具有功耗低、性能強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。此外該電路為CAN總線[8]控制，其可以利用控制器芯片及總線收發(fā)器芯片進(jìn)行CAN總線通信。節(jié)點(diǎn)微控制器利用SPI接口和MCP2515CAN控制器連接，利用TJA10150CAN收發(fā)器發(fā)送和接收物理總線的數(shù)據(jù)，可以

使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)相互間的數(shù)據(jù)通訊[9]。CAN總線的通訊結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示。

主要包含節(jié)點(diǎn)控制器、CAN總線控制器、CAN總線收發(fā)器和CAN總線。其中消防檢測(cè)系統(tǒng)接收器、集中控制器、子系統(tǒng)控制器和系統(tǒng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間為平級(jí)，連接方式為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)。CAN總線通信原理如圖3所示。

其主要是通過(guò)消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)子控制器、集中控制器和消防檢測(cè)系統(tǒng)組成。

2.2光電傳感器的選擇

傳感器的類型有很多種，其主要的區(qū)別如表1所示。

通過(guò)上表可以發(fā)現(xiàn)：光電傳感器的測(cè)試范圍更廣、分辨率更高[10]。同時(shí)其價(jià)格低廉，故本文懸著的嵌入式智能消防系統(tǒng)終端傳感器懸著光電傳感器。

本文選擇的RPR220光電傳感器是一體式的傳感器，其接收器為一個(gè)靈敏度很高的光電二極管。應(yīng)用范圍很廣，能廣泛應(yīng)用在各種探測(cè)設(shè)備中[11]。

RPR200光電傳感器的輸出模式為一個(gè)0～5V的模擬電壓，然后將模擬電壓通過(guò)LM339比較器傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)上。具體的信號(hào)采集電路，如圖4所示。

3智能消防系統(tǒng)的優(yōu)化

智能消防系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初都會(huì)遇到一些普遍的問(wèn)題，比如：消防系統(tǒng)的設(shè)計(jì)會(huì)過(guò)多的依賴建筑本身的結(jié)構(gòu)形式，從而忽視了消防設(shè)備的聯(lián)動(dòng)問(wèn)題。本文主要從以下兩個(gè)方面對(duì)智能消防系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

低壓配電系統(tǒng)設(shè)備安裝過(guò)程匯總兩端引線長(zhǎng)度。低壓配電浪涌保護(hù)器接線保持最短的電路圖，如圖5所示。

負(fù)荷兩端的電壓Ueq=U1+Up+U2，其中U1和U2很小可以忽略。當(dāng)系統(tǒng)為高頻狀態(tài)時(shí)，此時(shí)電路中產(chǎn)生的電感效應(yīng)很大UL=Ldi/dt。

以實(shí)際情況為例，假定峰值電流為Ipeak=10kA，

當(dāng)L1=0.8m，L2=0.5m，di/dt=10kA/s，則Ueq=L1di/dt+Up+L2di/dt=Up+1625（V）

當(dāng)L1=0.25m，L2=0.25m，di/dt=10kA/s，則Ueq=L1di/dt+Up+L2di/dt=Up+625（V）

通過(guò)上式不同的實(shí)例進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)縮短浪涌保護(hù)器設(shè)備的接線長(zhǎng)度時(shí)可以最大程度上消防控制負(fù)載進(jìn)行保護(hù)。

4總結(jié)

本文介紹了集總式消防控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并對(duì)該系統(tǒng)中的主要模塊——消防應(yīng)急聯(lián)動(dòng)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行了詳細(xì)介紹。其次，本文重點(diǎn)介紹了各節(jié)點(diǎn)、集中控制器和子系統(tǒng)控制器之間的通訊方式。該系統(tǒng)不僅有效避免了傳統(tǒng)消防系統(tǒng)存在的火災(zāi)漏報(bào)、誤報(bào)、延遲聯(lián)動(dòng)等情況，而且可以針對(duì)不同類型的火災(zāi)采取不同的措施，大大提高了滅火的及時(shí)性和消防系統(tǒng)的可靠性。最后本文對(duì)智能消防系統(tǒng)的部分功能進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化，使得其能夠達(dá)到更高的標(biāo)準(zhǔn)。

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（收稿日期：2020.04.11）