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：無源觸點(diǎn)輸出；觸點(diǎn)容量24V/1A，可通過溫感探測(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%； 無煙火災(zāi)； 有大量粉塵； 在正常情

2、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?；馂?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，其管路的一端或兩端與一個(gè)氣室連接。氣室的頂部裝有

3、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束光量來判定火災(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

4、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：無環(huán)境溫度：-3585相對(duì)濕度：98%RH(452)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。

5、（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、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

6、各別特殊不易察覺的區(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)角度來說,由于太陽光中這一頻帶的輻射能(無臭氧層空洞)被空氣中的某些物質(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

7、量的紫外線。像閃電、電弧、電焊光和透過臭氧層空洞的太陽光等,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CRH380AL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、

8、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來的數(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)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

9、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?；馂?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

10、)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?？刂破骺煞譃槲鍌€(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.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)傳輸過程的信噪比大大提高。各種噪聲干擾，使信號(hào)傳輸過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

11、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?！靶畔⑷诤稀本褪菍?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 對(duì)各種傳感器及觀測(cè)信息的合理支配與使用

12、，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，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、CO 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)模過大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生控 制器負(fù)擔(dān)過大、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

13、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 ZigBee 無線網(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 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 Zi

14、gBee 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)接收復(fù)合探測(cè)節(jié)點(diǎn)的 信息，通過時(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 STM32F10

15、3RBT6 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 用來判斷是否有火災(zāi)發(fā)生?；馂?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