基于CAN总线的分布式智能火灾监控系统的设计与实现.pdf
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1、消防设备研究基于!#总线的分布式智能火灾监控系统的设计与实现李权威$秦俊%中国科学技术大学 火灾科学国家重点实验室$安徽 合肥&(&)*摘要+介绍了一种以!#总线为基础的分布式智能火灾监控系统的设计与实现方案$包括系统总体方案,系统硬件与软件设计-该监控系统可以方便地集成多种传感器和联动设备$在信息传输的安全性,准确性,实时性方面达到了较高要求$并且可以很方便地在此硬件平台的基础上实现分布式的智能火灾探测与控制$能满足大部分的监控需要$具有良好的应用前景-关键词+总线.!#总线.分布式火灾监控系统中图分类号+/#&0$/12 3$4 3&文献标识码+文章编号+0(3 5(&3%&(6*(0 5
2、()(5(7引言随着我国城市建设的发展$出现了大量的商业中心,公共娱乐场所与高层建筑-这些区域人员密集,地形复杂$一旦发生火灾$后果不堪设想-为实现对这类场所火灾的有效监控$人们在监控系统方面做了大量研究-火灾监控系统的发展可分为如下阶段+多线型火灾自动报警系统,总线型火灾自动报警系统,集中式智能火灾自动报警系统和分布式智能火灾自动报警系统-在集中式智能火灾自动报警系统中$当建筑规模庞大,探测器和控制设备较多时$单一主机可能出现系统应用软件复杂庞大,火灾探测器巡检周期过长,系统可靠性降低和维护不便等缺点-此外$目前的火灾自动报警系统还仅仅是一个测量系统$其结构相当封闭-而分布式智能火灾自动报警
3、系统则可以有效地弥补这些不足-目前$研究人员正致力于一种基于!#现场总线的分布式智能,全分散,全数字,全开放的新型火灾监控系统的研究$笔者就其方案设计与实现作些阐述-8火灾监控系统的总体方案设计火灾监控系统的总体结构$如图0所示-在该系统中$上位通用微机%9!*通过9!5!#适配器接入!#总线$各种类型的火灾探测器和监控现场的联动设备通过智能通用节点接入!#总线$然后联合主控制器构成整个监控网络-由于网络的最高波特率为0:$故传输介质可采用网络双绞线$其在较小的波特率下有着较高的性能价格比-图7火灾监控系统总体结构系统中各模块的任务分配如下+%0*上位机负责对整个!#总线系统的监视管理$监视状
4、态的设置$系统信息维护$监控数据采集,分析和备份-%&*主控制器主要负责执行上位机的各种命令%如节点列表信息请求,节点状态信息请求等*$自身命令的发送%由键盘激活*$命令队列的维护和调度$网络中设备信息的维护-%*智能通用节点的主要任务是采集并本地分析现场的数据$响应上位机和主控制器的数据请求$执行上位机和主控制器的命令驱动联动设备%如管路电磁阀,排风扇继电器,变频设备等*-%;*9!5!#适配器节点的主要任务是完成!#协议和系统硬件设计基金项目+国家重点基础研究专项资金资助项目%&(0!?(3 6(*.国家自然科学基金资助项目%(6(&;*()A B C DE F B D G F DH G
5、IJ D F K G L M L N O$P Q R S Q T U&(6$VW X&$#W Y 0 万方数据!#主控制器节点围绕主控制器在系统中的任务$笔者所设计的主控 制器的硬 件 结 构$如 图%所示&主 要 包 括()*+,-./%0内含,12%3 4 5和%/6字节4 78 9独立的(7:控制器;(?显示模块以及功率放大输出模块七个部分$其中$前三部分称为(7:通讯接口模块&从图%中可以清楚地看出各模块之间的相互关系&图主控制器节点硬件结构图!%通用智能节点通用智能节点是本系统的一个重要组成部分$它在系统中位于网络拓扑的底层$通常分布于监控现场&这里设计通用智能节点的目标是A通过在通
6、用智能节点上挂接不同的外部设备来完成不同的单一任务或者多种任务$从而实现这些节点的通用性&围绕这一目标$所设计的通用智能节点的硬件结构$如图!所示&从图中可以看出$该节点除含有由(7:收发器9(7:控制器和()组成的(7:通讯接口外$还有信号输入接口0可同时采集开关量和模拟量信号8和功率放大输出接口&各模块之间的关系也可从图中清晰地看出&图B通用智能节点硬件结构图!3(C(7:适配器节点3(C(7:适配器是系统重要的组成部分$它的性能直接影响着系统的效率&适配器节点的硬件结构$如图D所示&它主要可分为微处理器0()8 9外部扩展;4 79(7:通讯接口模块以及4;%!%通讯模块四大部分&其中$
7、()主要负责完成在(7:协议和4;%!%串口协议之间进行数据转换&由于采用大容量的外部扩展;4 7作为数据缓冲器$使大量的数据交换变得较为便捷$大大提高了数据交换的速度&图E F G CG H I适配器节点硬件结构图E系统软件设计D#系统软件结构在该系统中所有的客户节点都受其所在子网中主控制器节点的管理$且系统中的所有主控制器节点都只负责自己所在子网的节点$主要是通过维护各自所在子网的节点信息列表完成的&上位机负责维护整个网络中所有节点的信息&因此$该系统的网络拓扑结构$即A上位机J3(C(7:适配器节点J主控制器节点J通用智能节点J网络设备&为了将以上各模块有机地结合起来$对系统软件的结构作
8、了总体规划$如图/所示&其中$围绕可视化模块又分为系统信息采集模块9探测信号处理模块9现场设备管理模块和历史数据备份模块四个部分&图K系统软件结构图在该系统软件总体思想的指导下$系统总体的数据流程$如图6所示&D%上位机软件采用*L MN O P图形编程开发平台$实现虚拟仪器界面&主要可分为以下两个大的部分A低层通讯模块和高层系统模块&前者主要实现3(机与3(C(7:适配器节点间的通讯$后者则实现系统的可视化管理&D !主控制器节点软件根据主控制器节点的功能$其软件整体结构可分为用户应用程序9用户协议层9(7:协议层三个层次&其中$用户应用程序主要又分为网络管理模块和其它#Q消防科学与技术%=
9、6年#月第%/卷第#期 万方数据用户软件!如查询模块数据请求模块命令发送模块决策处理分析模块和实时报警模块等#两个部分$主控制器节点软件结构分层%如图&所示$图系统数据流程图图(主控制器节点软件分层结构图)*)通用智能节点软件通用智能节点的软件可分为+,-总线驱动模块数据采集模块数据分析模块和驱动外设模块四个主要部分$其中%+,-总线通讯模块负责对+,-接口控制器的配置%实现与网络中其它节点在+,-协议下的通讯.数据采集模块负责现场各种数据!包括开关量和模拟量#的采集.数据分析模块负责对所采集的各种数据进行分析并给出分析结果%从而为主控制器的决策提供有力的依据.驱动外设模块负责执行来自上位机或
10、主控制器的命令%及时驱动外部联动设备从而控制监控现场$)*/0+1+,-适配器节点软件由于0+1+,-适配器在系统中的任务是实现+,-协议和2 3 4 5 4串口协议的转换%因此%它的软件结构主要可分为+,-总线通讯模块和串口通讯模块两个部分%其数据流程%如图6所示$图7 8 9 19:;适配器节点数据流程图?白卓文*火灾监控系统在智能建筑中的应用现状和发展趋势 A *安防科技%4 B B 5%!4#=4)14 C*4 薛凌飞%周新志%刘冀成%等*基于互联网的隧道火灾监测报警系统 A *现代计算机%4 B B 4%!4#=/6 1C B*5 李宏文%张向阳*建筑物火灾监控系统的智能化发展 A
11、*工程设计+,D与智能建筑%4 B B 4%!4#=4?14 5*)阳宪惠*现场总线技术及其应用 E*北京=清华大学出版社%?F F F*/邬宽明*+,-总线原理和应用系统设计 E*北京=北京航空航天大学出版社%?F F C*C 余永权*,G EH I 6 F系列J K L M N单片机原理及应用 E*北京=电子工业出版社%?F F&*O P Q R S TU T VR WX Y P WP T Z U Z R T V R Q Z R _ Z P VR T Z P Y Y R S P T Z R PW T R Z Q Q Z P W U Q P V T9:;_ QI a bc L d e fg
12、h%ba-A c d!3 i L i gjg kI L l m n L i m n km oJ h n g3 p h g d p g%qd h r g n M h i k m o3 p h g d p gsG g p N d m K m t km o+N h d L%ug o g h 4 5 B B 4&%+N h d L#:Q Z U v Z=,w g r g K m x yg d ix K L dm oo h n gym d h i m nl L M g wm d+,-l c Mh Mw g M p n h l g wh d p K c w h d ti m i L K w g M h t
13、 dL d wN L n w fL n g z M m o i fL n gw g M h t d m oi N g M k M i g y*L n h m c M M g d M m n M L d w yL d h x c K L i h r gg|c h x yg d i Mp m c K wl gh d p m n x m n L i g wh d i mi N gM k M i g y i mL p N h g r gN h t N g nn g|c h n g yg d i h dM L o g i k%L p p c n L p kL d wn g L K e i h ygm x
14、 g n L i h m dh d yg M M L t g i n L d M yh M M h m d*,d w w h M i n h l c i g w h d i g K K h t g d i o h n gw g i g p i h m dL d wp m d i n m K p m c K wl gh yx K g yg d i g wg x g w h g d i K kl L M g wm di N g N L n w fL n g m o i N g M k M i g y*G N g M k M i g yp m c K wyg g i ym M i m oi N gy
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- 基于 CAN 总线 分布式 智能 火灾 监控 系统 设计 实现
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