動(dòng)車組火災(zāi)檢測(cè)(報(bào)警)系統(tǒng)

1、動(dòng)車組火災(zāi)檢測(cè)（報(bào)警）系統(tǒng)動(dòng)車組火災(zāi)檢測(cè)（報(bào)警）系統(tǒng) 1）傳感器的選型、信號(hào)輸出形式、安裝位置 及每節(jié)車廂內(nèi)的安裝數(shù)量； （2）系統(tǒng)的構(gòu)成； （3）信號(hào)調(diào)理技術(shù)； （4）多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)、總線技術(shù)； （5）報(bào)警方式的選擇（聲、光、總線傳輸至 TCMS）、誤報(bào)警后的復(fù)位。 感溫探測(cè)器： 輸出：無(wú)源觸點(diǎn)輸出；觸點(diǎn)容量24V/1A，可通過(guò)溫感探測(cè)器內(nèi)部的跳線， 設(shè)置為常開或常閉觸點(diǎn)輸出。出廠時(shí)跳線默認(rèn)設(shè)置觸點(diǎn)為常閉。 感溫探測(cè)器主要是利用感溫元件接受被監(jiān)測(cè)環(huán)境或物體對(duì)流、傳導(dǎo)、輻射 傳遞的熱量，并根據(jù)測(cè)量、分析的結(jié)果判定是否發(fā)生火災(zāi)。適合這種探測(cè) 的場(chǎng)所如下； 相對(duì)濕度經(jīng)常大于95%； 無(wú)煙火災(zāi)

2、； 有大量粉塵； 在正 常情況下有煙和蒸氣滯留； 廚房、鍋爐房、發(fā)電機(jī)房、烘干車間等； 吸 煙室等； 其它不宜安裝感煙探測(cè)器的廳堂和公共場(chǎng)所。 火災(zāi)時(shí)物質(zhì)的燃燒產(chǎn)生大量的熱量，使周圍溫度發(fā)生變化。感溫探測(cè)器是 對(duì)警戒范圍中某一點(diǎn)或某一線路周圍溫度變化時(shí)響應(yīng)的火災(zāi)探測(cè)器。它是 將溫度的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以達(dá)到報(bào)警目的。 感溫火災(zāi)探測(cè)器品種繁復(fù)依據(jù)其感溫作用和布局型式可分為定溫式、差溫 式及差定溫組合式三類。感溫火災(zāi)探測(cè)器與感煙火災(zāi)探測(cè)器相同分為點(diǎn)型 和線型兩大類。 差定溫式探測(cè)器一般多是膜盒式或熱敏半導(dǎo)體電 阻式等點(diǎn)型組合式探測(cè)器的一種線型差溫探測(cè)器。 在保護(hù)區(qū)的天花板或墻上裝有環(huán)狀小口徑的銅管，

3、 其管路的一端或兩端與一個(gè)氣室連接。氣室的頂 部裝有控制電接點(diǎn)的柔性膜片。氣室上設(shè)有泄氣 孔，以允許管路進(jìn)出空氣。如圍繞管路的氣溫小 有變化，管內(nèi)的氣壓也隨之小有變化時(shí)，此種壓 力變化可由泄氣孔處置，而不會(huì)造成膜片移動(dòng)。 如環(huán)境氣溫迅速升高，每分鐘溫升超過(guò)78， 氣室內(nèi)空氣膨脹很快，以致泄氣孔不能泄掉氣室 內(nèi)壓力，造成膜片移動(dòng)，接點(diǎn)閉合而發(fā)出警報(bào)。 紅外光束感煙探測(cè)器 線型光束感煙探測(cè)器，利用紅外線組成探測(cè)源，利用煙霧的擴(kuò)散性可以探測(cè)紅外線周圍固定范圍之內(nèi)的火災(zāi)，線 型光束感煙探測(cè)器通常是由分開安裝的、經(jīng)調(diào)準(zhǔn)的紅外發(fā)光器和收光器配對(duì)組成的； 其工作原理是利用煙減少紅外發(fā)光器發(fā)射到紅外收光器的光

4、束光量來(lái)判定火災(zāi)，這種火災(zāi)探測(cè)方法通常被稱做煙 減光法，紅外光束感煙探測(cè)器又分為對(duì)射型和反射型兩種。 一是成本低，調(diào)試時(shí)間少；二是布線費(fèi)比前二種型式減少一半，主要是因?yàn)槠涮綔y(cè)單元和反光板之間沒(méi)有電氣連 接線。 具有較高的抗干擾能力，不受風(fēng)雨、高溫、高濕及自然人工光源等影響，可良好工作于室內(nèi)環(huán)境。 主要技術(shù)參數(shù)： 工作電壓：2035V 靜態(tài)工作電流：18mA5mA 報(bào)警狀態(tài)電流：32mA5mA 響應(yīng)時(shí)間：0.510秒 火災(zāi)靈敏度：1m40m處能響應(yīng)。（火焰高：0.1m1.3m火焰） 探測(cè)角：100 旋轉(zhuǎn)角：360 俯仰角：90 防爆標(biāo)志：無(wú) 環(huán)境溫度：-3585 相對(duì)濕度：98%RH(452)

5、狀態(tài)指示：綠色工作指示燈、紅色報(bào)警指示燈 輸出方式：火警繼電器：報(bào)警時(shí)閉合。故障繼電器：正常閉合故障斷開。（脈沖輸出選裝） 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：GB 12791-91、GB3836.1-2000、3836.2-2000 防爆接線：（）螺母防爆軟管與出線管螺絲連接（防爆探測(cè)器圖） 其它：CPU監(jiān)控探測(cè)管，延長(zhǎng)了探測(cè)管的使用壽命 氣體傳感器是一種將某種氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)電信號(hào)的轉(zhuǎn)換器。 輸出模擬電壓！ 它們同樣要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)氣體的種類和濃度加以選擇，同時(shí)還要注意將 它們安裝在特定氣體最可能泄漏的部位，比如要根據(jù)氣體的比重選 擇傳感器安裝的最有效的高度等等 氣體傳感器”包括：半導(dǎo)體氣體傳感器、電化學(xué)氣體傳感器

6、、催化 燃燒式氣體傳感器、熱導(dǎo)式氣體傳感器、紅外線氣體傳感器、固體 電解質(zhì)氣體傳感器等。 選用：紅外氣體傳感器（由于價(jià)格昂貴，用于各別特殊不易察覺(jué)的 區(qū)域）及儀器應(yīng)用廣泛， 優(yōu)點(diǎn)：適用于監(jiān)測(cè)近乎各種易氣體。具有精度高、選擇性好、可靠 性高、不中毒、不依賴于氧氣、受環(huán)境干擾因素較小、壽命長(zhǎng)等顯 著優(yōu)點(diǎn)。并在未來(lái)逐步成為市場(chǎng)主流。 UV紫外線火焰探測(cè)器 由于紫外線頻帶的波長(zhǎng)比較短,因此易被周圍的物質(zhì), 如煙塵、有機(jī)物蒸氣和其他一些氣體吸收, m的輻射 (太陽(yáng)光中也有這尤其是波長(zhǎng)小于0.3種頻段的輻射), 更易被環(huán)境中的氣體吸收。但從這個(gè)角度來(lái)說(shuō),由于太 陽(yáng)光中這一頻帶的輻射能(無(wú)臭氧層空洞)被空氣

7、中的 某些物質(zhì)吸收,反倒不容易使探測(cè)器誤報(bào)警。UV紫外線 探測(cè)器探檢火焰的原理,是在可燃物質(zhì)燃燒或爆炸剛點(diǎn) 燃的瞬間,會(huì)以極快的速度(34毫秒)輻射出較強(qiáng)能量 的紫外線。像閃電、電弧、電焊光和透過(guò)臭氧層空洞 的太陽(yáng)光等,很容易引起UV紫外線型火焰探測(cè)器的誤報(bào) 警。 火災(zāi)探測(cè)與紅外視頻圖像技術(shù)相結(jié)合 可視化程度高 響應(yīng)速度快 實(shí)時(shí)自診斷功能 探測(cè)距離遠(yuǎn)、保護(hù)面積大 具有存儲(chǔ)、回放圖像功能 寬溫度運(yùn)行范圍 技術(shù)指標(biāo): 工作電壓：DC18DC26V 額定功率：6W 環(huán)境溫度：-1055 環(huán)境濕度：95RH（40 + 2） 安裝方式：壁裝、吊掛 信號(hào)輸出：視頻信號(hào)75 最大探測(cè)距離：100m 一列CR

8、H380AL型動(dòng)車組列車上有探測(cè)器117個(gè)，安裝在 車廂客室頂板、配電柜、衛(wèi)生間、餐車操作間等動(dòng)車 組列車易發(fā)生火災(zāi)的各個(gè)關(guān)鍵、重點(diǎn)處所，實(shí)時(shí)監(jiān)控 安全。 動(dòng)車組列車煙霧報(bào)警系統(tǒng)主要由探測(cè)器、回路模 塊、中央控制單元（主機(jī)）組成。在日常運(yùn)行中，每 節(jié)車廂內(nèi)的回路模塊負(fù)責(zé)對(duì)本車廂各探測(cè)器電子數(shù)據(jù) 進(jìn)行統(tǒng)一收集，并實(shí)時(shí)傳輸至監(jiān)控室內(nèi)的主機(jī)。主機(jī) 對(duì)各車廂回路模塊傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析、 判斷后，在顯示屏上用漢字直觀反映探測(cè)器狀態(tài)。同 時(shí)，主機(jī)將煙感監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)送至司機(jī)室內(nèi)的故障診斷 屏上，達(dá)到全方位監(jiān)控動(dòng)車組列車消防安全的目的。 將火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)成兩個(gè)部分組成：火災(zāi)探測(cè)器 和火災(zāi)控制器?；馂?zāi)

9、探測(cè)器采用煙霧和溫度復(fù)合探 測(cè)技術(shù)，控制器上設(shè)有報(bào)警蜂鳴裝置和探測(cè)器狀態(tài) 指示燈。煙火控制器則主要負(fù)責(zé)處理由探測(cè)器發(fā)送 的火警警報(bào)，系統(tǒng)有火警時(shí)，報(bào)警蜂鳴蜂鳴，狀態(tài) 燈變?yōu)榧t色，以提醒列車工作人員和乘客，并向列 車控制單元(VCU)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，列車控制與監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)(TCMS)通過(guò)列車總線(WTB)獲得整車火災(zāi)報(bào)警 系統(tǒng)的狀 態(tài)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖31所示。 火災(zāi)探測(cè)器模塊組成： (1)處理器在線編程模塊 為方便系統(tǒng)升級(jí)，處理器設(shè)計(jì)有ICSP編程接口電路，處理器設(shè)計(jì)有ICSP編程接口 電路，考慮PICl6F873A的編程電壓VPP和主復(fù)位MCLR引腳復(fù)用，因此ICSP接口電 路設(shè)計(jì)要綜合考慮復(fù)位電

10、路的基本功能。 (2)煙霧、溫度數(shù)據(jù)采集模塊 本設(shè)計(jì)采用煙霧、溫度復(fù)合傳感器，其中煙霧傳感器選用當(dāng)前主流的光電傳感器 和 散射煙霧檢測(cè)室，并設(shè)計(jì)了紅外發(fā)光管驅(qū)動(dòng)電路和光電檢測(cè)電路。溫度傳感器則 使用集 成溫度傳感器芯片直接采樣得到環(huán)境溫度信息。 (3)輸入輸出模塊 (4)串行通信模塊 (5)電源變換模塊 火災(zāi)報(bào)警控制器主要功能是控制六路探測(cè)器的狀態(tài) 顯示、蜂鳴器、向探測(cè)器發(fā)送故 障診斷信號(hào)和向VCU發(fā)送報(bào)警信號(hào)等?？刂破骺煞譃?五個(gè)功能模塊，如圖33所示。 傳感器信號(hào)調(diào)理電路框圖傳感器信號(hào)調(diào)理電路框圖 調(diào)理電路中的信號(hào)隔離技術(shù)調(diào)理電路中的信號(hào)隔離技術(shù) 電磁電磁 諧波諧波 尖峰尖峰 脈沖脈沖 1

11、.光電耦合的主要優(yōu)點(diǎn)是能有效地抑制尖峰脈沖及光電耦合的主要優(yōu)點(diǎn)是能有效地抑制尖峰脈沖及 各種噪聲干擾，使信號(hào)傳輸過(guò)程的信噪比大大提高。各種噪聲干擾，使信號(hào)傳輸過(guò)程的信噪比大大提高。 2.光電耦合器輸入部分的發(fā)光二極管是在電流狀態(tài)下工作的光電耦合器輸入部分的發(fā)光二極管是在電流狀態(tài)下工作的 ，（一般導(dǎo)通電流為，（一般導(dǎo)通電流為10mA15mA）即使有很大幅度的干擾）即使有很大幅度的干擾 ，這種干擾也會(huì)由于不能提供足夠的電流而被抑制掉。，這種干擾也會(huì)由于不能提供足夠的電流而被抑制掉。 信號(hào)隔離：信號(hào)隔離： 其他其他 硬件框圖及軟件流程圖設(shè)計(jì)硬件框圖及軟件流程圖設(shè)計(jì) 傳感器 信號(hào)采 集部分 信號(hào)調(diào)理

12、電路 A / D 轉(zhuǎn) 換 數(shù)據(jù)處理中 心 監(jiān)控系統(tǒng) 響應(yīng)系統(tǒng) 調(diào)理電路 多傳感器的融合方法主要有加權(quán)平均、卡而曼濾波、 貝葉斯估計(jì)、統(tǒng)計(jì)決策理論、證據(jù)推理、模糊邏輯、 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。 “信息融合”就是對(duì)多傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行多級(jí)別、多參次、多方面 的處理。充分利用多個(gè)傳感器資源 ，通過(guò) 對(duì)各種傳感器及觀測(cè)信 息的合理支配與使用，將各種傳感器在空間和時(shí)間上的互補(bǔ)與冗余 信息依據(jù)某種優(yōu)化 準(zhǔn)則組合起來(lái)，包括對(duì)多源數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)、相 關(guān)、組合和估計(jì)，產(chǎn)生對(duì)觀測(cè)環(huán)境的一致性解釋和描述 從理論上講，系統(tǒng)采用的火災(zāi)參量越多，系統(tǒng)智能化水 平越 高，誤報(bào)率、漏報(bào)率將會(huì)越低。因此，文中選擇 煙霧濃度、 溫度、C

13、O 濃度作為火災(zāi)參量進(jìn)行復(fù)合探測(cè)。 早期的系 統(tǒng)多 采用集中控制方式，探測(cè)器只是一個(gè)純粹的傳感 器，它隨時(shí) 將采集到的信號(hào)傳遞給控制器，由控制器對(duì) 這些信號(hào)進(jìn)行處 理、判斷得出結(jié)果。這樣系統(tǒng)成本低、 信號(hào)處理算法簡(jiǎn)單， 但是當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模過(guò)大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生控 制器負(fù)擔(dān)過(guò)大、響應(yīng)速度 慢、系統(tǒng)可靠性降低等不利因素。為了克服這些缺點(diǎn)，逐漸采 用分布式控制方式代 替集中式控制方式。于是我們采用的是 火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng) 采用分布智能式控制方式。 我們研究的火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，由 STM32 作為處 理器，分別 設(shè)計(jì)了火災(zāi)報(bào)警控制器和復(fù)合火災(zāi)探測(cè)器， 形成分布式控制的 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。復(fù)合探測(cè)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn) 對(duì)煙霧濃度、溫

14、度和 CO 濃 度信號(hào)的采集，在探測(cè)節(jié)點(diǎn) 實(shí)現(xiàn)了火災(zāi)信息的處理和判斷，減 輕控制器的負(fù)擔(dān); 通 過(guò) ZigBee 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將信息傳輸給火災(zāi)報(bào) 警控制器; 由 火災(zāi)報(bào)警控制器進(jìn)行火災(zāi)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和顯示以及 對(duì)探 測(cè)節(jié)點(diǎn)的統(tǒng)籌管理。系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖如圖 1 所示 ( 1) 復(fù)合探測(cè)節(jié)點(diǎn)，通過(guò) 3 種傳感器采集現(xiàn)場(chǎng)的 環(huán)境信號(hào)，利用智 能算法對(duì)火災(zāi)信息進(jìn)行處理，利用 ZigBee 通信模塊將信息傳輸給火 災(zāi)報(bào)警控制器。若發(fā) 生火災(zāi)則啟動(dòng)報(bào)警裝置，同時(shí)向火災(zāi)報(bào)警控制器 發(fā)送 火警信息，若無(wú)火災(zāi)，則定時(shí)向火災(zāi)報(bào)警控制器發(fā)送驗(yàn) 證信號(hào) 供火災(zāi)報(bào)警控制器處理，如圖 2 所示。 ( 2) 火災(zāi)報(bào)警控制器，負(fù)責(zé)

15、接收復(fù)合探測(cè)節(jié)點(diǎn)的 信息，通過(guò)時(shí) 鐘芯片記錄火災(zāi)的時(shí)間以備事后查詢，利 用 SD 卡存儲(chǔ)歷史信息， 在液晶屏上實(shí)時(shí)顯示相關(guān)檢測(cè)節(jié)點(diǎn)信息，在檢測(cè)到報(bào)警信息時(shí)能 夠啟動(dòng)報(bào)警并開 啟執(zhí)行裝置，同時(shí)能定時(shí)檢測(cè)各復(fù)合探測(cè)節(jié)點(diǎn)， 判定其 是否正常工作，如圖 3 所示 目前各類型的火災(zāi)探測(cè)器 MCU 都是利用單片機(jī) 技術(shù)，系統(tǒng)選用和 8 位單片機(jī)價(jià)格相當(dāng)?shù)?32 位處理芯 片的 STM32F103RBT6 作為火 災(zāi)報(bào)警控制器和復(fù)合探 測(cè)節(jié)點(diǎn)的主控芯。STM32F103RBT6 是 ST 公 司推出的32 位微控制器，使用了先進(jìn)架構(gòu)的 ARM Cortex M3 內(nèi) 核，其靈活的靜態(tài)存儲(chǔ)器控制器能方便地與許

16、多存 儲(chǔ)器和外設(shè)連接， 同時(shí)由于其具有豐富的片上外設(shè)，從 而簡(jiǎn)化外圍電路設(shè)計(jì)。2. 1 微控制器電路設(shè)計(jì) 微控制器 STM32F103C6 最小系統(tǒng)電路包括電源 電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路。電源和復(fù)位電路如圖 4 所示。 把采集到的溫度、煙霧和 CO 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為實(shí)際的 溫度值、煙霧濃度 值和 CO 濃度值，并提取相關(guān)數(shù)字量 用來(lái)判斷是否有火災(zāi)發(fā)生?；?災(zāi)判斷根據(jù)以下 6 個(gè)變 量: 溫度值 T、煙霧值 S、CO 值 C、溫度 上升量 T、煙霧 上升量 S 和 CO 上升量 C。當(dāng)溫度、煙霧或 者 CO 值達(dá)到閾值時(shí)，進(jìn)行火災(zāi)預(yù)警，接著關(guān)注 T/、 S 或者 C 是否達(dá)到閾值，如果是則判斷火災(zāi)發(fā)生，發(fā)出報(bào)警 并將信息傳 送給火災(zāi)報(bào)警控制器，否則返回預(yù)警狀 態(tài)?；馂?zāi)判斷流程如圖所示。 主程序主要包括對(duì) STM32 芯片的通信程序、SD 卡存儲(chǔ)程序、LCD 顯示程序 等。當(dāng)火災(zāi)報(bào)警控制器接 收到探測(cè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息后，存儲(chǔ)在一個(gè)循環(huán)隊(duì) 列中， 在主界面上顯示出相關(guān)的探測(cè)節(jié)點(diǎn)信息。當(dāng)判斷有異 常情況發(fā)生時(shí)， 顯示出異常情況并