马占敖

（吉林建筑工程学院，长春 130118）

智能建筑火灾自动报警系统设计

马占敖

（吉林建筑工程学院，长春 130118）

0 引言

伴随着生产及生活的快速进步,对消防的安全要求越来越高。消防联动系统及火灾自动报警,其作为智能建筑子系统,能够为火灾先期报警,人身财产安全的保障,以及快速扑灭火灾发挥了非常关键的作用。因此,时刻做好防范工作,牢牢贯彻“隐患险于明火,防患胜于救灾,责任重于泰山”的概念,严格依据消防规范规实施消防设计与施工,这样方能有效地控制住火灾的蔓延范围,快速地扑灭火灾,降低人员和财产的损失。为了实现此目的,本文进行智能建筑火灾自动报警系统相关的研究与设计。

1 智能建筑中火灾自动报警系统概述

1.1 火灾自动报警系统

火灾报警系统能够自动地探测火灾的隐患,担负着非常重要的安全防范重任,是智能建筑中建筑自动化系统(BA)的重要子系统。在设计时,火灾自动报警系统一定要与《火灾自动报警系统设计规范》 GB50116-98(简称《报警规范》)的要求相符合,也要与智能建筑特点相适应,合理地选择相关产品,实现技术先进,安全适用以及经济合理。建筑自动化系统包含多个分系统,它们分别是:人员进出监视系统,消防控制与火灾自动报警系统,自动防盗告警系统,保安巡逻系统,给排水监控系统,空调监控系统,采暖通风系统,电力供应与照明系统,变配电及后背电源监控系统,以及电梯,广播,地震监控,电缆电视,煤气泄漏等系统。以技术角度来分析,该诸多子系统能够实现共享硬件设备资源,做到控制信息与管理信息一体化,方便系统的管理、控制及维护,能够统筹规划及设计普通及非正常情况下各种设备的方案,最终实现智能监控与全面集中的目的。

1.2 火灾报警控制器设计选配

火灾自动报警系统的关键部位为火灾自动报警控制器,它收到信号后立即进行分析判断,如果有火灾发生,那么它就会发出火警信号,同时将相应消防设备进行启动。计算机技术的发展,促使过去的开关量多线制火灾自动报警系统被模拟量总线制火灾自动报警系统所取代,当前智能火灾自动报警系统因此也获得了普遍的使用,模拟量总线制火灾自动报警系统玉智能火灾报警系统,这二者均为伴随计算机技术发展而发展的,均能够在智能建筑领域中使用。

在消防联动系统和火灾自动报警里,选配集中火灾报警控制器时,不但要对火灾自动报警系统工作要求能够满足,而且也要具备和智能建筑中其余的控制系统的通信界面。这些主要有:对整体系统故障信息、报警情况以及联动信息显示功能,和所有报警区域里火灾报警控制器的通信功能,能够和智能建筑中其它专业的控制系统进行通信的界面,可以依据火警信息进行消防联动设备的启动、同时能够对它的运行状态进行显示等。

1.3 火灾自动报警系统的设计

在智能建筑中,设计火灾自动报警系统时,要注意的要点为:依据所要保护的面积部位,根据火灾探测器的总数,以及其它如手报等报警装置的数量,明确所需要报警控制器的总容量;通过被保护目标火灾时燃烧的具体情况,明确发生火灾的类型;依据消防设备,明确联动的控制方式;根据划分的报警区域,进行区域报警控制器的设置;根据防火灭火要求,明确联动与报警之间逻辑关系;最后,还需要对智能建筑“3AS”(办公自动化系统、通信自动化系统、建设设备自动化系统)和火灾自动报警系统的适应性进行仔细的考虑。

2 基于Zigbee火灾自动报警系统设计

2.1 关键技术

Zigbee技术为一种双向低复杂度,近距离,低数据速率,低成本,低功耗无线通信技术,经常应用至远程控制与自动控制领域,能够嵌入至各种设备中,而且对地理定位功能能够较好的支持。Zigbee技术能够使用的拓扑模型有主要有:网状网络结构,星形网络结构,以及簇状树形结构(Mesh)。

2.2 系统方案概述

本系统总体结构如图1所示。无线传感器把探测到的火灾信号以Zigbee无线通信方式,发送至数据集中器;数据集中器把获取的数据传送到火灾监控中心,然后火灾监控中心进行对该数据的统计评估与计算处理。在进行火灾信号判断时,判断的原则非简单的非准则,要对其它各种因素都要考虑。依据先前设定的相关规则,把该数据转切换成恰当报警动作指标,发出预报警。比如,有少量的烟,然而温度却急剧上升——发出报警;有少量烟,但温度上升平缓——发出预报警等。

图 1 系统总体结构框图

从网络节点逻辑功能上,Zigbee设备能够划分成:路由节点(router ),终端设备(end device),以及网络协调器(PAN coordinator);从设备功能方面划分,能够划分成:简约功能设备 (Reduced Function Device,RFD),全功能设备 (Full Function Device,FFD)。其中,全功能设备能够充当路由结点、网络协调器或者终端设备,而简约功能设备仅可以充当终端设备节点。所以,从网络逻辑结构上分析,Zigbee火灾报警系统内的数据集中器是Zigbee网络中的网络协调器;数据集中点是路由节点;无线传感器为终端设备,依据传感器配置的部位,也能够设置成路由节点。Zigbee网络能够支持65535个节点,能够很好地满足各种需要。

2.3 硬件设计

系统硬件主要由数据采集部分和数据接收部分组成。数据采集部分包括传感器、无线收发芯片、控制MCU等。控制MCU和无线收发芯片是由SPI总线实现连接,二者一起组成无线传输模块。数据接收端使用相同的无线收发模块,使用RS232异步串口和PC机通信。其功能相当于一个接入点,一方面接收采集数据并上传给主机,另一方面将主机向数据采集端发送的控制信号以无线的方式发射出去。如图2所示为系统硬件结构框图。

图 2 系统硬件结构框图

本文设计系统的基本原理为:周围出现火灾迹象,由传感器测试到,将测试信息传送到火灾控制中心,中心对其进行计算处理和统计判决,判断是否符合预设条件。在此的预设条件为不是简单的是或者不是的关系,而是一个复杂的、要考虑多种因素的规则,这和具体的运用环境关系很大。一旦满足这些预设条件,传感器所得到的信息就转化为火灾报警信号。

本系统的主MCU是采用STC89LE516AD单片机,它是一种内核增强型的8为机,和广泛使用的IntelMCS51系列的单片机具有良好的兼容性,并且价格便宜。此外,其上的存储功能为其它型号单片机所没有,有着512B的RAM空间,本身还有ISP固化程序,方便使用。

2.4 软件设计

本系统软件部分是由数据采集端与数据接收端两个子程序所构成,它们都包括程序初始化、发射过程和接收过程三个部分。程序初始化的作用是对单片机、RF芯片、SPI等部分进行初始化处理;发射部分则是把已建立的数据包经过单片机、SPI接口送至RF发射模块,达到输出目的;接收部分完成的是数据接收和并进行处理功能。如图3所示为数据采集端程序流程,如图4所示为接收端程序流程。

图3 数据采集端流程

图4 数据接收端流程

3 结束语

随着建筑智能化的快速发展,原来报警线、通信线和联动线的自成体系是为了满足火灾自动报警系统在管理上的特殊要求而分离的。智能化水平提高,三者的集成度也在提高,因此在设计智能建筑的火灾自动报警系统时,一定要考虑他们在连接界面上的匹配性。最终满足火灾自动报警、消防联和智能建筑动系统在设计、运行、施工各个方面用最优方式结合。科技发展至今,每一项新技术在一个领域的运用都有一个探索的过程,ZigBee技术在智能建筑的火灾自动报警系统中的运用也同样需要我们去研究探索,要使其在智能建筑的火灾报警系统中成熟运用,还有一个较为长的探索过程,还有许多挑战需要去应对,随着不断的探索,我们一定会实现火灾报警系统的飞跃发展。

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Design of intelligent building fire alarm system

MA Zhan-ao

随着信息技术的不断发展，建筑的智能化程度也越来越高。作为建筑的重要部分的消防设施的智能化发展也很迅速，人们对消防设施的要求也是推动其智能化发展的重要动力。本文利用传感器技术的发展成果，设计一种基于传感器技术的智能建筑火灾自动报警系统。

智能建筑；火灾自动报警系统；设计

马占敖(1955－),男,吉林长春人,教授,本科,研究方向为智能建筑系统的应用。

TP277

A

1009-0134(2011)1(上)-0179-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.1(上).56

2010-10-27