1、火灾报警系统设计的具体方案第一章绪论1.1 本课题研究背景随着我们社会的不断发展，人们的生活、工作以及我们居住的环境愈来愈相对的集中， 火灾发生的可能性也变得日益突出，火灾给人们所造成的损失和危害也越来越不可忽视，对广大人民群众的生命财产安全造成了很大的威胁。世界上很多国家都致力于各种各样的火灾报警系统的研究和实验，人们更加重视对火灾发生的及时发现与报警。2011 年，我国公安部消防局公布了当年的全国火灾情况，全国共接到报火灾一共 125402 起，死亡人数一共1106人，受伤人数有572 人，直接造成的财产经济损失有18.8 亿元。其中，尤其是在节日期间， 燃放烟花原因所造成的火灾有所增多，还有建设施工的工地、以及小作坊和小商店等场所火灾发生的数量较多，同时由于用电用火所引起的火灾，在火灾发生总量上仍然占据了比较大的比 重。统计数据显示，全国较大火灾共接报76 起，死亡281 人，受伤54 人，直接财产损失8468.2万元，与2010 年相比，死亡人数增加3.3% 。全国公司厂房所发生的火灾6779 起；居民住宅一共发生了火灾有48548 起；而用作仓储场所引起的火灾一共5463 起， 人

  2、口比较集中的场所所发生火灾12471 起，因为交通工具事故所造成的火灾13049起；易燃易爆地方事故所发生的火灾407 起；城乡火灾总量下降。全国农村一共发生了火灾38469 起，死亡349人，受伤154 人，造成直接财产损失有39301.3万元。而城市已共引发火灾有43171 起，死亡 331 人，受伤196 人，造成的直接财产损失有55330 万元；从以上统计数据可以看出，我国火灾情况不容乐观，因此，传统的火灾报警系统已经越来越不适应当今火灾发生的复杂情况 了，而传统的火灾报警系统多采用 RS-485 总线作为通信方式，通信可靠性比较差。所以现在各国更加注重，更加智能、高效、可靠的型、火灾报警控制系统的开发。现代智能高效的火灾报警系统是一个将信号的检测、传输以及控制集于一体的控制系统, 指引了当今智能火灾报警系 统的发展方向1 。随着我国科学技术的迅速发展和经济的快速增长, 市场上迫切需要一种容量更大、性能更加优越、可靠性更高，更加便于安装、使用以及维修的更加智能高效的火灾报警系统。1.2 火灾报警系统的国外发展现状在国外，火灾自动报警系统从发展过程来看，大体可分为3 个阶段：第一

  3、阶段是用一些简单的分立元件构成的火灾自动报警系统，从19 世纪四十年代一直延续到20 世纪四十年代。第二阶段从20 世纪五十年代至七十年代，这期间感烟探测器得到了大力发展，感温火灾探测器处于次要地位。第三阶段为总线型火灾传到自动报警系统。从八十年代开始至今，总线型火灾自动报警系统蓬勃兴起，它同以前的产品相比有了很大的飞跃。此外，国外还有许多比较发达的国家，已经具有了火灾的预防和报警、扑救以及善后处理等等相当完善的消防体系。每年政府都要拨出很大一笔专项资金，主要应用于消防设备的更新、人员方面的培训以及消防设施的定期维护和升级。比如美国，日 本以及德国等比较发达的国家，就已经采用了计算机与用户的终端传感器，抑或是和用户使用的终端信号采集器 进行连接。除此之外，他们还对火灾自动报警设备进行实时的监控，还有故障的远距离传输2 。比如美国、日本、加拿大、澳大利亚以及英国等一些国家就在建设和使用城市的火灾自动报 警监控系统技术方面，均有我们可以利用的成功经验的地方。这些国家已经将他们的自动火 灾报警作为了公共报警的手段成功地嵌入了监控系统，并且有效的运行了很多年。使得他们的消防指挥中心可以快速而又

  4、准确地判断火灾发生的地点以及火灾发生的类型，这样使得消防部队能够在第一时间到达火灾发生的现场，在这其中，自动火灾报警监控系统起到了相当大的作用。除此之外，这些国家在火灾监控系统的管理方面已经相当的规，而且还专门成立了监控服务机构，该机构的主要责任就是保证火灾报警数据进行通畅的通信，对用户全面负责， 为用户进行服务。与此同时消防部队也可以收到可靠的火灾报警信号，从而此类服务机构也受到了消防部门是他们资质的审查和监督管理。这种管理模式已经取得了很好的效果。我们国家的火灾报警系统的出现和发达国家相比晚了有几十年的时间, 我国从上世纪的七十年代，才开始真正的对火灾报警系统产品的生产和研制。进入上世纪八十年代以来，国主要的生产厂家也大都是对国外产品进行模仿，或者是引进国外先进的技术进行生 产，而且我们并没有什么核心技术，与此同时中国的市场也刚刚萌芽。在 九十年代以后， 火灾报警的相关产品才真正的得到发展。随着改革开放的春风吹遍祖国，国外越来越多的企业开始大规模的进军我国的消防市场，这些企业带来先进技术，与此同时也大大促进了中国市场 走向成熟。这一时期，我们国家的火灾报警产品科技含量得到了极提升，

  5、同时企业也得到了 快速发展，其中部分企业还和外资进行了合作，共同生产，取得了很大的成绩，从而造就了现今一大批市场上有实力的企业和商家，部分技术已经达到了国际领先水平3 。1.3 本文的研究意义本文研究是基于CAN 总线的火灾报警系统，现在我们传统的火灾报警系统大都采用 RS- 485 总线。本系统是使用温度传感器和气体烟雾传感器对现场环境相关的信息进行检测。而为了能够得到更加可靠、稳定的通信，本文所研究的系统选用CAN 总线。我们现在使用的传统火灾报警，灭火执行装置很多情况下是采用物理控制方法，即当火灾现场的温度达到所设置的 阀值后（火灾现场温度到达玻璃球封头的启动温度）， 玻璃球就会受热爆裂，然后洒水喷头开始工作喷水；本文所研究的火灾报警系统，是 当某从节点处的气体烟雾浓度达到系统所设置的阈值，而火灾现场的温度还没有升高到使玻璃球炸裂的温度的时候，火灾报警系统执行装置的喷头，即开始工作喷水。从 而大大降低了因为系统执行装置运作不及时而造成的损失。除此之外，本文所研究的系统所采集的信息是温度和气体烟雾浓度的数据，作为 判断是否发生火灾的依据，从而避免了传统的单一采集温度信息处理而造成的

  6、误判。第二章灾报警系统的总体设计2.1 系统模块设计容随着人们防火意识的增强，火灾探测报警技术越来越受到人们的重视。传统的火灾报警系统多采用RS-485 总线通信方式，与之相比，CAN 总线具有突出的可靠性、实时性和灵活 性，本文主要研究基于CAN 总线的火灾报警系统的设计的具体方案及实现方法。2.2 系统设计要求本系统设计要求， 选择合适的温度及烟雾传感器进行相关信息的采集， 主节点和 从节点之间通过 CAN 总线进行通信；系统可以对数据进行处理、显示、存储等功能， 并且根据测量值可驱动灭火装置。2.3 课题总体方案设计本课题是基于 CAN 总线的火灾报警系统，系统的总体方案设计采用主从式的结构， 根据设计的要求，设计的主节点和从节点功能如下：（1） 主节点：接收通过CAN 通信传输过来的从节点采集到的相关信息，并通过液晶显示屏显示接收到的相应信息。主节点主要包括以下功能模块： LCD 显示屏：显示从节点反馈的相关信息。 时钟电路：记录火灾发生的时间。 报警电路：当探测到的现场环境数据超过系统的阈值时触发报警电路。（2） 从节点：实时的采集现场环境的相关数据，实时的通过CAN 通信反馈现场环境

  7、的温度和气体烟雾浓度，若发生火灾则控制执行装置（电机）的工作。从节点主要包括以下功能模块： 温度传感器：采集从节点现场环境的温度信号。 可燃气体及烟雾传感器：采集从节点现场环境可燃气体浓度和烟雾浓度信号。 执行装置：当环境可燃气体浓度和烟雾浓度、温度升高或超过阈值时，主节点发出报警的同时，执行装置受到从节点的控制而带动电机，进行灭火的模拟驱动。（3） 主从节点之间用CAN 莫块进行通信。（ 4）根据各模块需要完成的功能以及实现的需要，设计系统的整体结构框图如下图所示:图 2-1 系统整体设计框图如上图所示，系统整体设计框图是由三大主体部分组成的，分别是：第一部分：主节点部分；第二部分： CAN 总线部分；第三部分：从节点部分。主节点和从节点之间是通过 CAN 总线进行通信的，也就是说，系统主节点和从节点是挂在CAN 总线的两端的。主节点以及从节点功能框图如下:图 2-2 主节点功能框图如上图所示，主节点是由单片机，LCD1602显示器，时钟电路，报警电路，以及CAN ! 信电路组成的。单片机负责从节点传输过来的数据来进行处理；LCD1602显示屏显示相关的数据，比如温度，气体和烟雾浓度等

  8、等；时钟电路负责火灾报警系统报警的时间， 以备事后查询； CAN ! 信电路负责把从节点采集到的数据传输到主节点，它是主节点和从节点之间信息传递的桥梁。灭火装置电路图从节点功能框擁框图如上图所示，从节点是由单片机， CAN ! 信电路，灭火装置电路， 可燃气体及烟雾 传感器电路，温度传感器电路等五大部分组成的。 其中，单片机负责处理采集到的数 据； CAN 总线负责将从节点采集到的数据信息传输给主节点；灭火装置，负责火灾发 生的时候， 及时的进行灭火工作；可燃气体及烟雾传感器电路，负责现场环境可燃气体及烟雾浓度的收集；温度传感电路，负责现场环境的温度。综上可知，当从节点反馈的现场环境数据超过系统设定的阈值的时候，触发报警电路， 并且这个从节点控制灭火装置的执行，开始工作即电机带动进行灭火模拟。在 实际的应用中，主节点设置在值班室，工作人员对其进行控制；而各个从节点则设置于楼房的走道及 各房间处，与主节点一起挂接在CAN 总线上，以便随时向主节点发送信息。各从节点控制它 上面的传感器和执行装置。各传感器收集到现场的环境数据，及时的将信息传送给主节点，主节点将各从节点的信息显示在显示屏上，以便工作人员进行观测和控制。第三章火灾报警系统的硬件设计本章任务是对火灾报警系统的硬件进行设计，主要阐述了主节点和从节点的硬件设计。在从节点的设计中，根据系统模块设计要求的分析，即通过传感器采集到现场环境的数据，实时的实现 CAN ! 信传输到主节点上，设计出相应模块的实际功能，主要包括从节点上信息采集模块、CAN 电路模块以及其他功能模块的设计。3.1 主节点硬件设计主节点的功能模块由微控制器MCU （单片机）、 CAN 通信电路以及时钟电路、报警电路、液晶显示屏等外围电路组成。各模块具体的硬件电路设计如下一一作出详细的阐述主节点和从节点，都用80C51 单片机作为微处理器。80C51 单片机是 MCS-51的系列其中一种单片机，由英特尔公司开发，其结构是8048 的一个延伸，更加优化8048 的性能，改善了它的缺点，除此之外，还增加了一系列的指令，比如比较（CMP 、乘（MUL

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