基于單片機(jī)技術(shù)的火災(zāi)自動報警器設(shè)計研究

何莉

（江蘇省新沂中等專業(yè)學(xué)校，江蘇徐州，221400）

1 智能建筑火災(zāi)報警器硬件系統(tǒng)設(shè)計

1.1 控制設(shè)備的基本組成

控制設(shè)備是火災(zāi)報警主要硬件組成部分，其主要功能是將所有探測設(shè)備所反饋的數(shù)據(jù)收集起來，對火災(zāi)隱患以及火災(zāi)存在的可能性進(jìn)行判斷，對火災(zāi)隱患級別進(jìn)行評估，同時發(fā)出相應(yīng)指令予以聯(lián)動防控。因此，控制設(shè)備在火災(zāi)發(fā)生時可進(jìn)行邏輯判斷，完成探測數(shù)據(jù)的收集、針對警報指令進(jìn)行反饋和輸出，是火災(zāi)報警系統(tǒng)信息處理的核心。該系統(tǒng)的控制設(shè)備硬件主要包括CPU、電源、輸入/輸出、通信等模塊，實現(xiàn)了信息數(shù)據(jù)的高效收集、處理與傳輸。

CPU構(gòu)件。其功能是針對報警裝置、探測設(shè)備等所探測監(jiān)控的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理和邏輯運(yùn)算，并對火災(zāi)報警生成的可能性進(jìn)行研判，評估火災(zāi)的風(fēng)險級別，針對外圍的聯(lián)動裝置進(jìn)行調(diào)用，比如消防報警廣播、電話、應(yīng)急燈等?，F(xiàn)如今我國用于規(guī)模較小的單棟樓房火災(zāi)報警系統(tǒng)中的處理設(shè)備多為51型單片機(jī)，來收集、處理、存儲、傳輸數(shù)據(jù)。

電源構(gòu)件。由于火災(zāi)報警設(shè)備主要在電壓為220V交流電的環(huán)境中應(yīng)用，該系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)報警控制設(shè)備的電力供應(yīng)，需要將電流的電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?V。同時通過UPS技術(shù)，滿足報警系統(tǒng)在特殊環(huán)境下仍然能夠繼續(xù)工作的需求，整個報警系統(tǒng)的可靠性得到提高，電力正常供應(yīng)過程中，可進(jìn)行電量儲存以備電源損毀、停電等緊急情況下使用。

輸入構(gòu)件。該系統(tǒng)中，報警按鈕以及火災(zāi)探測設(shè)備是輸入構(gòu)件的主要組成部分，其主要功能是針對空氣的溫度、煙霧的濃度以及空氣中所含可燃?xì)怏w的多少等數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、量化，并在探測設(shè)備的IP地址上進(jìn)行綁定，然后通過無線設(shè)備將這些數(shù)據(jù)向CPU傳輸。

輸出構(gòu)件。該系統(tǒng)中，由聯(lián)動、報警設(shè)備生成的指令數(shù)據(jù)經(jīng)CPU處理變?yōu)殡娦盘柡螅?jīng)傳輸構(gòu)件將其向外圍的聯(lián)動設(shè)備傳輸，繼而實現(xiàn)對應(yīng)急通道、應(yīng)急廣播、應(yīng)急燈的控制以及完成聲光報警等。

通訊構(gòu)件。數(shù)據(jù)信息在CPU、輸入/輸出系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行傳輸，通信方式應(yīng)當(dāng)可靠穩(wěn)定。但是高層建筑的環(huán)境比較復(fù)雜，會對無線以及有線通信的穩(wěn)定性造成一定的干擾，因此該系統(tǒng)中，所采用的通信方式為CDMA/GSM。

1.2 探測設(shè)備的硬件構(gòu)成

在進(jìn)行高層建筑火災(zāi)報警的系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)當(dāng)充分考慮建筑結(jié)構(gòu)以及安裝成本等因素，其輸入構(gòu)件主要由感溫探測、火焰探測等設(shè)備。其中火焰探測設(shè)備的外端設(shè)置有保護(hù)鏡，在火焰感光構(gòu)件的檢測下將火焰信號變?yōu)殡娦盘?，通過放大濾波將其傳輸給負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和判斷的電路進(jìn)行判斷，然后將所得數(shù)據(jù)向控制設(shè)備傳輸。

2 火災(zāi)報警系統(tǒng)的軟件設(shè)計

2.1 火災(zāi)報警系統(tǒng)軟件設(shè)計需求

高層建筑的消防系統(tǒng)作為對整個系統(tǒng)火災(zāi)安全的保障，如果能實時監(jiān)控及時發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行處理，將火災(zāi)消滅在早期的萌芽階段，并能及早控制火勢的蔓延發(fā)展，就可以將損失控制到最小。其監(jiān)控必須達(dá)到以下要求：

（1）整個監(jiān)控軟件系統(tǒng)應(yīng)具有開放性、結(jié)構(gòu)化的標(biāo)準(zhǔn)，同時體現(xiàn)先進(jìn)技術(shù)、具備完善功能、穩(wěn)定運(yùn)行模式、開放系統(tǒng)、可以進(jìn)行方便擴(kuò)展、便于升級和二次開發(fā)、無用戶數(shù)限制和監(jiān)控點數(shù)限制等要求。（2）具有交叉尋址的軟件包，可在很短的時間內(nèi)進(jìn)行各種邏輯運(yùn)算和尋址編程，能很快接受探測器的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并及時反映出控制中心對現(xiàn)場的判斷結(jié)果，準(zhǔn)確發(fā)送報警信號，報到火災(zāi)來源地方。（3）系統(tǒng)的安裝調(diào)試、軟件編程和操作使用應(yīng)簡便易行，容易掌握。（4）反應(yīng)迅速，能在盡量短的時間內(nèi)做出反應(yīng)，無延時。（5）接到后再報警消息后優(yōu)先執(zhí)行噴淋、排煙、應(yīng)急照明模式，并監(jiān)控對應(yīng)部位的逃生指示系統(tǒng)。（6）要有很強(qiáng)的抗干擾能力，高的靈敏度。（7）系統(tǒng)的技術(shù)性能、功能和質(zhì)量達(dá)到較高的水平。（8）提供重要消防負(fù)荷的運(yùn)行情況記錄，以便對重要設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)。（9）保留適當(dāng)?shù)財U(kuò)展余量，以備今后監(jiān)控點數(shù)及區(qū)域的增加。

2.2 火災(zāi)報警系統(tǒng)軟件設(shè)計基本思路

消防監(jiān)控系統(tǒng)軟件部分由程序部分和數(shù)據(jù)存儲部分組成。其中程序部分采用VisualStudio2005中的VisualC++語言，數(shù)據(jù)存儲部分采用MySQL數(shù)據(jù)庫。VisualStudio2005是MicroSoft公司推出的一款企業(yè)級軟件開發(fā)集成平臺。其包括VisualC++、VisualBasic、VisualC#、VisualJ#四種編程語言。由于C++語言開發(fā)出的軟件具有較好的實時性，故軟件程序部分采用VisualC++開發(fā)。MySQL是一個關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，采用C/C++編寫，是開源軟件，有較好的可移植性。同時該數(shù)據(jù)庫支持多線程功能，適用于多CPU系統(tǒng)。該數(shù)據(jù)庫還提供了TCP/IP、ODBC和JDBC等多種數(shù)據(jù)庫連接途徑。具體監(jiān)控軟件程序運(yùn)行流程圖如圖1所示。

圖1 火災(zāi)監(jiān)測程序流程圖

軟件開發(fā)過程則主要包括前端顯示界面開發(fā)、后端數(shù)據(jù)邏輯處理程序開發(fā)、數(shù)據(jù)庫設(shè)計三個方面。

其中，軟件的前端現(xiàn)實界面可以細(xì)分為用戶登錄界面、監(jiān)控主界面、消防設(shè)備參數(shù)設(shè)置界面、監(jiān)控區(qū)域圖像信息展示界面。

用戶登錄界面用于實現(xiàn)系統(tǒng)用戶的登錄、登出、注冊等操作。

監(jiān)控主界面則用于實現(xiàn)用戶對火災(zāi)報警系統(tǒng)的一系列日常管理活動。如直觀調(diào)取各樓層監(jiān)控錄像，查看各樓層設(shè)備運(yùn)作狀態(tài)。顯示當(dāng)前整棟樓的火災(zāi)隱患探測結(jié)果，并調(diào)用具體樓層的具體探測器探測數(shù)據(jù)。實時顯示并調(diào)整火災(zāi)報警系統(tǒng)的系統(tǒng)時間與實際時間匹配。

消防設(shè)備參數(shù)設(shè)置界面則主要用于聯(lián)動消防設(shè)備的運(yùn)作狀態(tài)調(diào)整，控制消防照明、廣播、水泵、噴淋裝置以及排風(fēng)機(jī)、消防電梯的運(yùn)行邏輯?；蛘哂糜谑謩娱_啟部分設(shè)備的消防功能。

監(jiān)控區(qū)域圖像信息展示界面則主要用戶多個屏幕同步顯示各樓層具體監(jiān)控錄像信息。

建筑消防控制中心工作人員可以借助用戶登錄界面，完成注冊，然后輸入個人用戶名、密碼進(jìn)入監(jiān)控主界面。在監(jiān)控主界面，可以跳轉(zhuǎn)用戶管理（密碼修改、權(quán)限管理）、圖像操作、數(shù)據(jù)顯示處理、設(shè)備參數(shù)設(shè)置、窗口排列模式設(shè)置、幫助系統(tǒng)、監(jiān)控視頻、當(dāng)前監(jiān)控區(qū)域詳細(xì)狀態(tài)等顯示界面。

建筑消防控制中心工作人員可以借助用戶登錄界面，完成注冊，然后輸入個人用戶名、密碼進(jìn)入監(jiān)控主界面。在監(jiān)控主界面，可以跳轉(zhuǎn)用戶管理（密碼修改、權(quán)限管理）、圖像操作、數(shù)據(jù)顯示處理、設(shè)備參數(shù)設(shè)置、窗口排列模式設(shè)置、幫助系統(tǒng)、監(jiān)控視頻、當(dāng)前監(jiān)控區(qū)域詳細(xì)狀態(tài)等顯示界面。

具體可以借助監(jiān)控主界面實現(xiàn)的用戶操作功能如下：

（1）監(jiān)控圖像的放大縮小、旋轉(zhuǎn)、截圖、錄像文件另存為等功能。

（2）能夠保存數(shù)據(jù)處理歷史記錄，保存原有數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理操作能夠撤回或數(shù)據(jù)修改結(jié)果另存為。

（3）系統(tǒng)聯(lián)動設(shè)備參數(shù)設(shè)置界面要實現(xiàn)保存設(shè)置，還原默認(rèn)設(shè)置等操作功能。

（4）窗口排列設(shè)置則可以改變層疊式窗口或平鋪是窗口兩種類型。

（5）幫助功能則提供對軟件操作功能的解釋說明。

（6）監(jiān)控視頻及詳細(xì)狀態(tài)，則分為四個分屏，用戶可以查看各個分屏的詳細(xì)監(jiān)控狀態(tài)，也可以同時動態(tài)瀏覽四個監(jiān)控設(shè)備的視頻狀態(tài)。

后端邏輯運(yùn)算程序的開發(fā)主要通過編寫運(yùn)算代碼，調(diào)用數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進(jìn)行增刪改查常規(guī)操作，然后實現(xiàn)前端界面上的用戶操作功能。如用戶登錄界面就是比對檢索數(shù)據(jù)庫用戶數(shù)據(jù)表中是否有對應(yīng)的輸入用戶名和密碼，用戶名和密碼是否匹配，然后向前端界面返回邏輯判斷結(jié)果。

數(shù)據(jù)庫的建庫主要依托于MySQL數(shù)據(jù)庫自帶的操作指令，設(shè)計各個火災(zāi)探測器的具體數(shù)據(jù)表單，并設(shè)置對應(yīng)每個探測器的IP地址，作為數(shù)據(jù)表達(dá)主鍵數(shù)據(jù)，用于識別、存儲、調(diào)用各個探測器的運(yùn)行數(shù)據(jù)，同時在每個探測器表單中同步賦予一個時間屬性，在調(diào)用表單數(shù)據(jù)時，都附帶當(dāng)時的時間屬性，以區(qū)分不同時間探測器的數(shù)據(jù)變化，確保探測器數(shù)據(jù)存儲和調(diào)用操作的時效性。消防中心監(jiān)控人員也可以通過輸入時間篩選條件，查詢一定時間段內(nèi)，各個IP地址探測設(shè)備的詳細(xì)歷史數(shù)據(jù)。

3 建筑火災(zāi)報警器與消防系統(tǒng)的聯(lián)動布置

3.1 報警器探測傳感裝置的選擇與布置

火災(zāi)探測器主要選用感煙探測器和感溫探測器兩類。為了確保探測結(jié)果的準(zhǔn)確性應(yīng)該嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定選擇探測器型號和布局方式。

一方面，在探測器型號的選擇上，也盡可能的選擇與CPU通訊接口相匹配的型號，同時也要確保探測器探測精確率符合實際需求，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)。這里可以依據(jù)《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》以及《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)施工、驗收規(guī)范》等國家相關(guān)規(guī)定文件中對于探測器型號和性能的相關(guān)要求進(jìn)行選擇。探測器的供應(yīng)商也應(yīng)該選擇一些有經(jīng)營資質(zhì)，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)標(biāo)，產(chǎn)品質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格的大品牌廠家。另一方面，要根據(jù)火災(zāi)探測區(qū)域的具體環(huán)境特點，確定各區(qū)域、樓層、房間需要配置的探測器類型。這里可以綜合考慮分析的建筑功用以及房間樓層環(huán)境的常見火災(zāi)誘因及撲救難度，綜合考慮探測器的投放密度和投放類型。

3.2 應(yīng)急照明裝置的聯(lián)動

火災(zāi)應(yīng)急照明裝置不僅能在重大火災(zāi)中幫助人群找到疏散方向，同時也能穩(wěn)定人們面對突然困境時的情緒。因此有必要在走道、步行樓梯出入口、緊急通道、緊急出口等關(guān)鍵位置布置明顯的火災(zāi)應(yīng)急照明裝置，并配備明顯的火災(zāi)緊急疏散方向指示燈。同時考慮到火災(zāi)很有可能造成電氣線路的損害，因此火災(zāi)應(yīng)急照明裝置的供電不應(yīng)該依賴于大樓原有電網(wǎng)，而應(yīng)該設(shè)計配備專門的備用電源，當(dāng)大樓原有電網(wǎng)停止供電以后，能夠自動激活備用電源，強(qiáng)制點亮大樓中的應(yīng)急照明裝置。

3.3 火災(zāi)應(yīng)急廣播

（1）項目公共廣播可以在平時完成一些音樂、引導(dǎo)播報、演習(xí)通知播報的工作任務(wù)。

（2）消防應(yīng)急廣播的揚(yáng)聲器線路應(yīng)該與醫(yī)院的日常通報廣播線路區(qū)分開，以英國配置USP應(yīng)急備用電源。同時也可以配備有線電路，在電線上采用A類阻燃材料敷設(shè)，確保消防應(yīng)急廣播系統(tǒng)在火災(zāi)狀況下也能穩(wěn)定供電。

（3）火災(zāi)發(fā)生時，應(yīng)急廣播應(yīng)該自動將揚(yáng)聲器音量調(diào)到最大，充分發(fā)揮應(yīng)急廣播的播報清晰度和聲音穿透力。確保在環(huán)境嘈雜的火災(zāi)現(xiàn)場，也能準(zhǔn)確清晰的播報火災(zāi)疏散通知。

（4）公共廣播的揚(yáng)聲器設(shè)置在公共走道，地下車庫，大空間的會議室等場所。揚(yáng)聲器在有吊頂處嵌入安裝，在無吊頂?shù)牡胤轿敯惭b.如變配電室，車庫等。

3.4 其他聯(lián)動設(shè)備聯(lián)動配置

其他需要聯(lián)動控制的設(shè)備還很多，本小節(jié)就只介紹防火卷簾門和防排煙設(shè)備的聯(lián)動控制。當(dāng)有火災(zāi)信號傳入火災(zāi)自動報警控制器時，一級卷簾門控制信號根據(jù)所得的火災(zāi)信號將卷簾門下降至1.8m（距離地面），當(dāng)確認(rèn)火災(zāi)發(fā)生時，二級卷簾門控制信號將再次控制卷簾門下降至地面。完成防火分區(qū)的隔離，從而使人員緊急疏散，隔煙、隔水、隔火、控制其進(jìn)一步蔓延。卷簾門在本項目中的工作狀態(tài)是：正常狀況下，卷簾門處于收卷（開啟）狀態(tài)，火災(zāi)時根據(jù)以上兩種狀況采取2級控制使其關(guān)閉，關(guān)閉后人員仍可通行。并且它有兩種工作方式：1平時不通電開啟，火災(zāi)時通電關(guān)閉；2平時不通電開啟，火災(zāi)時通電關(guān)閉。本醫(yī)院綜合采取的工作方式為第一種。

送風(fēng)機(jī)、排煙機(jī)和正壓風(fēng)機(jī)的聯(lián)動控制，由于這些風(fēng)機(jī)一般由三相異步電機(jī)作為驅(qū)動。在本醫(yī)院綜合樓工程中，在地下車庫、風(fēng)機(jī)房、屋面設(shè)備間等處共設(shè)有7臺排煙風(fēng)機(jī)和正壓風(fēng)機(jī)，供平時的送風(fēng)及火災(zāi)時排煙。送風(fēng)機(jī)、排煙機(jī)的控制方式分模塊和中心控制兩種，本項目采取中心電氣控制。