基于CAN总线的火灾探测系统的研究

◎王琮泽于波张子仪苏哲

（作者单位：1.吉林建筑大学电气与计算机学院；2.榆树市住房和城乡建设局）

随着我国人民生活水平日益提高，人们的火灾防范意识也逐步增强，住宅内火灾探测报警系统在日常的安全防范工作中的应用也愈来愈广泛。目前，火灾探测报警系统综合利用了现代通信技术（Communication）、现代控制技术（Control）、现代计算机技术（Computer）和现代图形显示技术（CRT）即4C技术的火灾探测报警系统，既能快速准确的探测出早期的真实火灾信号，又能通过联动控制在一定范围内，及时消除火灾隐患，防患于未然，最大限度地降低了火灾对人类造成的生命和财产威胁。随着我国社会经济的发展，建筑物的规模日益扩大，设施日益完备，火灾报警系统监控的范围也随之增大，这对系统有了更高的要求。CAN总线作为利用最普遍的现场总线手段之一，具备智能性，反映快捷，高度可靠的优势，较好地满足了室内对火灾探测系统的需求。

引言：随着现代化进程的发展，我国综合国力稳步前进，在全国范围内建成了许许多多的现代化住宅小区。而由于城市人口膨胀、外来人口的增加及煤气和大量家用电器设备利用中的不安全等，成为小区内住民的生命财产安全的首要不稳定原因。因此，人们迫切需要一种智能型的家庭火灾报警体系，能及时发现各类险情并通知户主，以便将险情在火灾初期被发现并及时制止，同时也保证了居民的生命财产安全不受威胁。因而有关家庭、办公室等处的报警系统的研制日益被科研单位和生产厂家所重视，目前市场上也呈现了各种名目繁多的报警装置，但都因为可靠性较差、功能单一或造价高而难以遍及世界各地。因此钻研一种适合于家庭、银行等场所的低价位、运行可靠的火灾探测报警系统对室内呈现的各种意外事件如火灾、煤气泄漏等自动发出报警信息并提示业主及时处理已势在必行。

一、火灾探测系统的总体设计

火灾探测报警系统是把火灾探测器所在环境的烟浓度或温度对时间变化的数据传送给计算机，计算机根据由模型实验、数值计算和现场调研得到的事先储存的智能数据库内有点控制器通过CAN总线接收上位机的各种操作控制命令和设定参数；及时收集现场监测到的物理量信号，并对这些信号金行计算处理、统计评估。

在信息评估过程当中，再也不只是按照简略的长短准则，而是同时考虑到别的中间价值。再按照预设的有关规则，把这些不同水平的信息转化为正当的的报警动作信息。例如：“烟不多，而温度快速上升-发出报警”，或“烟不多，且温度没有上升-发出预报警”等。各节点间也可通过CAN总线网络进行信息交换。因为CAN总线固有的电气特征，在一个CAN总线收集中至多只能设置装备摆设110个节点。为了满足住宅、银行及其他场所的请求，操纵中继器对CAN总线进行扩大，不但可增加体系节点，还可以起到信号放大用，增大通讯间隔。

图1系统的结构框图

二、器件的选用

器件选用的MQ-2烟雾传感器，不仅成本低，而且外观小巧，所占空间小，抗干扰能力强，同时也是一个多种气体检测装置，对空气中的许多气体如苯、烷、烟雾、氢气等都可以进行实时检测，可以广泛应用于住宅、写字楼等需要探测气体泄漏的场所。DS18B20温度传感器是十分常用的数字温度传感器，体积较小，但精确度高，其输出信号是数字信号。这样的温度器线路十分简单，操作方便，成本低廉，适合本系统的使用。STC系列单片机是美国STC公司最新推出的新型51内核的单片机，本系统选用的单片机是STC89C51单片机，结构最简单的此类芯片组成简单而且可靠性十分高。蜂鸣器是一种一体化布局的电子讯响器，普遍用于计算机、打印机及报警器作为发声器件，可分为无源和有源蜂鸣器两种，是一种报警通信器，可通过接通电路发出声音进行报警。而本次设计采用的是有源蜂鸣器，它的程序控制起来十分方便，当连通电源时便可发出声音。当火灾发生之时，空间周围环境和气体浓度会发生变化，温度升高及产生的烟雾的变化会将实时信息通过DS18B20温度传感器和MQ-2烟雾传感器传送给STC89C51单片机进行处理，达到实时监控的目的并实现火灾预警。

三、火灾探测系统的特点

1.系统基于CAN总线，在信息传输的安全性、可靠性、实时性方面达到了较高的要求；通信能力得到了大幅度的进步；组态更加灵活方便。

2.采用设置了能准确判别火情处理电路的智能型火灾探测器，探测器的灵敏度可在控制器上设定和改变，以适应不同环境的需要；控制器随时感应每一个在线探测器的实时状况，当环境条件如温度、湿度等变化时往往会致使探测器初始化值的漂移，控制器能主动跟踪探测器的漂移值，使系统具备高度的可靠性。

3.具有电脑语言提示功能，在系统出现故障或发生火警时，可用语言形式播报出火警（或系统故障）的确切位置和问题性质，有助于人员安全疏散和灭火工作。

四、火灾探测系统的实现

深入研究可燃物基本热物性、可燃物热解、着火焚烧、燃烬规律，有限空间轰燃机理，烟气活动、分散的浑沌机理及其描述方式，火警过程当中的非线性理论与展望模式等。通过实验室实验、现场调研以及数值模拟，可积累起有关建筑火灾基础数据，在此基础，上建立建筑火灾数据库。在数据库的基础上，对数据进行知识发现，最后建立有关火灾的专家系统。