基于嵌入式系统的智能建筑集总式消防系统的设计与优化

章潜

摘要：随着智能系统的发展，集总式消防系统的出现使得现代建筑变得更加智能化。基于嵌入式硬件系统开发了一套智能建筑集总式消防系统，该系统具有成本低、性能强、集成度高、功能丰富等优点。同时，对消防系统内部的嵌入式硬件系统和消防终端的传感器进行了分析，阐述了嵌入式硬件系统的优点以及消防系统传感器的电路设计。最后，结合实际消防系统设计的特点，对智能消防系统设备在实际安装过程中遇到的问题进行优化。

关键词：消防系统;智能建筑;嵌入式系统

中图分类号：TP277

文献标志码：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

随着我国建筑技术的快速发展，建筑行业出现并应用了诸多新设备和新技术[1]。但是相比于欧美等发达国家，我国智能消防控制系统和消防技术处于相对落后的状态，以智能消防控制系统为例，我国主要存在以下问题[24]：1）目前消防系统的设备基本上为独立购买、独立安装，相互间兼容性较差，很难形成统一的整体，从而容易出现误报、延迟报警、关键信息漏报等问题;2）消防系统中各个子系统或者各个模块之间所用的通信协议无法统一，造成系统的功能扩展或者集成难度大，严重制约其应用和推广;3）目前大多消防系统的集中控制方式存在控制可靠性低、控制器负重量大等问题，而且部分消防系统未满足我国现行规范《火灾自动报警系统设计规范》GB501162013中规定的分散控制和集中管理的部分要求;4）目前广泛应用的控制器（比如PLC），其存在设备成本高、维护成本高、开发周期长、功耗大、体积大等缺点。因此为了控制和预防火灾，研究开发具有联动控制和自动报警的新型智能消防控制系统是十分必要且迫切的。

1系统总体设计

本系统所用的集中控制器基于嵌入式系统[5]开发的，其具有可靠性高、实时性强、成本低、开发周期短、体积小、功耗低和维护简单等特点。嵌入式系统的主要作用为监测系统中所有设备的运行情况;控制联动设备和探测器设备等。在本集总式消防系统将多个独立、分离的消防应急报警点联网使其形成集中控制中心，其具有兼容性强、集中式管理、远程联动和报警等优点，符合目前高层复杂建筑对消防安全的要求。

本系统的结构图如图1所示。

其主要包含多个智能控制系统、集中控制器和后台的消防监控系统等。这些结构的联合运转保证了整个集成式消防监控系统的正常运行[6]。

2消防应急联动系统

2.1嵌入式硬件系统设计

本系统的嵌入式控制板硬件部分可以分为主控电路板和扩展底板，其中主控电路板的内核为ARM[7]，其具有功耗低、性能强的优点。此外该电路为CAN总线[8]控制，其可以利用控制器芯片及总线收发器芯片进行CAN总线通信。节点微控制器利用SPI接口和MCP2515CAN控制器连接，利用TJA10150CAN收发器发送和接收物理总线的数据，可以

使系统实现相互间的数据通讯[9]。CAN总线的通讯结构图，如图2所示。

主要包含节点控制器、CAN总线控制器、CAN总线收发器和CAN总线。其中消防检测系统接收器、集中控制器、子系统控制器和系统各个节点之间为平级，连接方式为点对点。CAN总线通信原理如图3所示。

其主要是通過消防联动系统子控制器、集中控制器和消防检测系统组成。

2.2光电传感器的选择

传感器的类型有很多种，其主要的区别如表1所示。

通过上表可以发现：光电传感器的测试范围更广、分辨率更高[10]。同时其价格低廉，故本文悬着的嵌入式智能消防系统终端传感器悬着光电传感器。

本文选择的RPR220光电传感器是一体式的传感器，其接收器为一个灵敏度很高的光电二极管。应用范围很广，能广泛应用在各种探测设备中[11]。

RPR200光电传感器的输出模式为一个0～5V的模拟电压，然后将模拟电压通过LM339比较器传输到单片机上。具体的信号采集电路，如图4所示。

3智能消防系统的优化

智能消防系统在设计之初都会遇到一些普遍的问题，比如：消防系统的设计会过多的依赖建筑本身的结构形式，从而忽视了消防设备的联动问题。本文主要从以下两个方面对智能消防系统进行优化设计。

低压配电系统设备安装过程汇总两端引线长度。低压配电浪涌保护器接线保持最短的电路图，如图5所示。

负荷两端的电压Ueq=U1+Up+U2，其中U1和U2很小可以忽略。当系统为高频状态时，此时电路中产生的电感效应很大UL=Ldi/dt。

以实际情况为例，假定峰值电流为Ipeak=10kA，

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

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

通过上式不同的实例进行对比可以发现：当缩短浪涌保护器设备的接线长度时可以最大程度上消防控制负载进行保护。

4总结

本文介绍了集总式消防控制系统的设计要点，并对该系统中的主要模块——消防应急联动子系统的设计和实现方式进行了详细介绍。其次，本文重点介绍了各节点、集中控制器和子系统控制器之间的通讯方式。该系统不仅有效避免了传统消防系统存在的火灾漏报、误报、延迟联动等情况，而且可以针对不同类型的火灾采取不同的措施，大大提高了灭火的及时性和消防系统的可靠性。最后本文对智能消防系统的部分功能进行了设计优化，使得其能够达到更高的标准。

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（收稿日期：2020.04.11）