摘要：结合多年的工作经验,以及对现行电气设计规范的粗浅理解,对火灾自动报警系统工程设计进行了简单阐述,谈谈个人看法,旨在抛砖引玉,共同探讨和讨论一种基于CAN总线的分布式火灾报警系统的设计，该系统可通过CAN总线挂接多个独立监测节点。当有火灾发送时，监测数据将越限并引发火灾报警联动。
关键词：CAN总线; 火灾自动报警系统
一、概述
智能化楼宇火灾报警系统不仅要完成传统的火灾感应和报警功能，还要完成节点联网和联动消防响应等功能，具有开放性，方便上层管理系统查询信息和设置各种状态。
CAN是控制器局域网络（Controller Area Network，CAN）的简称，是一种应用广泛的串行通信协议，有效支持高安全等级的分布实时控制，具有报文优先、设置灵活、时间同步多点接收、多主机对等通信等特点。本文即讨论一种基于CAN总线的分布式火灾报警系统的设计。
二、系统框架
本系统由监控上位机、CAN总线适配器、分布式感知节点、GSM模块等部分组成，各模块单独设计，开放接口，具有较强的独立性。
分布式报警节点集成火灾传感器和CAN总线控制器模块，负责监测感知区域的火灾发生情况并通过CAN总线与上位机进行信息交换。CAN总线中继器用来连接相同网络模块，延长通信距离。CAN总线适配器用于异类网络之间的信息转换，这里用于转接CAN总线和以太网。上位机用于系统监控，定期收集各分布式节点的状态信息，并存储在数据库中，为事故分析做准备。当检测到异常时，产生报警信息可通过GSM模块发送至用户手机告知用户。
三、系统通信协议
从系统结构图可见，CAN是整个分布式报警网络的基础，一方面驱动链路层数据帧正确收发，另一方面则是应用层对数据包的定义和解析。
应用层协议应支持广播和点对点传输数据，兼顾网络的互操作性。根据规格要求，考虑到CAN控制器的特点和CAN网络传输数据的特点，设计了合理的数据帧格式和中断处理方式。本系统通信协议采用两种帧格式：数据帧格式、命令帧格式。数据帧用于监控节点传输状态信息，各节点模块实时采集监测区域内温度、湿度、烟雾、气体浓度等信息后组合一帧数据，然后发送数据帧至总线上。命令帧用于在上位机管理系统和各监控节点之间交互配置信息、诊断信息及处理联动装置命令信息。经过测试，在500kbps的情况，系统能够正确收发数据，远高于设计规格要求的20kbps的需求。
CAN总线采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，传输时间短，受干扰的概率低。但由于外界干扰不可避免，误码总是存在的。为提高抗干扰能力和数据的可靠性，CAN采用了多种错误检测手段，比如位填充错误检测、CRC校验、格式错误检测以及应答错误检测等。
四、节点设计方案
各节点的主控制器可采用飞利浦的P8xC591控制器，这是一款单片8位高性能微控制器，采用先进的 “RX+内核”，片内集成CAN控制器，完全履行CAN2.0B规范，并集成了PeliCAN功能。P8xC591作为CAN总线上的一个智能节点，功能齐全，可最大限度地减少外围器件数量，是扩展CAN总线智能节点的理想器件。
监测模块采用二氧化碳传感器MG811、湿度传感器HF3223、温度传感器DS18B20。其中DS18B20为单总线接口，仅需要一个端口引脚进行通信；湿度报警触发器TH和TL各由一个EEPROM字节构成，数据以16位带符号二进制补码读出；气体浓度传感器MG811有良好的灵敏度、选择性和稳定性。
五、火灾自动报警系统简介
火灾自动报警系统是为了在火灾早期发现并及时通报火情，以便采取有效措施，扑灭或控制住火灾而设置在民用建筑内的一种自动消防设施。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当某一探测区域内发生火情时，该处探测器采集现场信号，并立即把信号发给控制中心的控制器。控制器对此信号进行判断，确认着火后，向火灾现场发出声光报警信号，播放疏散指令，并向需要联动的消防设备发出控制信号，包括：点亮应急照明和疏散指示器照明；启动消防泵和正压送风机；启动火灾现场的排烟风机，打开相关的排烟口和防火阀；迫降电梯停于首层，并使消防电梯处于待命状态；切断非消防电源，进行初期的火灾防范。
六、工程概况
某工程建筑面积6万平方米,地上5层,地下2层,建筑高度23.8m,拟设计一套火灾自动报警系统。
1、设计依据
建筑设计防火规范GB 50016--2006;火灾自动报警系统设计规范,GB50116 - 98; 民用建筑电气设计规范JGJ 16-2008；《剩余电流动作保护装置安装和运行》GB 13955-2005；
2、设计方案
本工程按一级保护对象设计火灾自动报警系统,消控中心设于一层。经过研究与论证,为该工程提供以下方案: 智能型火灾自动报警/消防联动系统由设在消防控制中心的火灾报警控制器、消防联动控制设备、消防广播系统、消防电话系统、CRT彩色图文显示系统、打印机等设备及"119"专线电话组成, 本系统除由消防电源做主电源外,另设直流备用电源, CRT显示器、消防通讯设备等的电源,由UPS装置供电,并配置专用消防报警系统软件。现场设备由火灾探测器、监视模块、控制模块、手动报警按钮、声光讯响器、消火拴报警按钮等组成。彩色CRT应能显示保护对象的重点部位、疏散通道及消防设备所在位置的平面图等。火灾自动报警控制器的容量和每回路的地址编码总数应留有15%~20%的余量。
七、系统运作模式
(1)监视模式
正常情况下,火灾报警控制器及现场设备(各类火灾探测器及监控模块)均处于监视状态。计算机显示各防火分区、防烟分区的平面及现场设 备状态。
(2)报警模式
当判定现场发生火灾时,探测器将火警信息上传至控制器。控制器收到火警信号后,有两种确认模式:自动确认模式和手动确认模式。控制器在收到火警信号后,根据设定做出相应的反映。
①自动确认模式在控制器中预设定的火灾报警区域中,如果存在一个火灾探测器报警 ,则火灾报警控制器自动确认火警。火警确认后,火灾报警控制器将发出信号,并按照设定的联动逻辑控制相应的联动设备。
②人工确认模式当控制区域有一个火灾探测器报警时,值班人员通过人工方式(如通过闭路电视监控系统)对现场的火灾进行确认后,可按下控制器上的“确认”键对现场火灾进行确认。控制器将发出信号并按照设定的联动逻辑控制相应的联动设备。
(3)消防联动模式系统采用的火灾报警控制器(联动型)是一种火灾报警及消防联动控制一体化系统。正常情况下,系统可完成对火灾探测器、手动报警按钮、联动设备运行状态等信号的监测工作。当监控区域发生火灾时,本系统可通过自动模式或利用手动消防控制盘通过手动模式,控制联动设备启停,并接收各种联动设备的动作反馈信号,监视它们的运行状态。
结束语
本文设计并实现了基于CAN总线的智能楼宇火灾报警系统，重点讨论了基于CAN总线设计的简单应用层通信协议和节点设计方案。该系统可实现独立节点每5秒采集并发送一次数据，测量数据越限报警联动，故障诊断，掉电保护等功能，该系统的应用和推广可实现楼宇火灾报警和联动功能，大大增加楼宇的智能化和安全性。
参考文献
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论文作者:李炳坚
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第26期
论文发表时间:2018/12/18
标签：火灾论文; 总线论文; 控制器论文; 节点论文; 报警系统论文; 系统论文; 信号论文; 《建筑学研究前沿》2018年第26期论文;