远程 灾害报警系统设计
摘 ：火灾发报警系统智建筑中着非常非常重命保护效果伴着传感器技术线通信技术集成电路微电子技术前发展越越火灾发报警系统拥抱着发展机会千载难逢机会文目弱化火灾发报警系统错误通报率遗漏通报率强化系统智化技第方介绍火灾优点火灾探测原理建筑火灾模型架起方法线网络方设计线通信节点组成线通信网络起初火警系统需设计火灾报警控装置火灾动检测节点节点两层架构做设计种架起嵌入式系统火灾报警控制系统做成火灾智判断算法查验节点全方位控治理单片机核芯片设计复合检测节点电路采取收集烟气量温度CO量数值信息分析智建筑中火灾特征数值信息值模糊神网络火灾着手初控制检出查验乱序非线物理实体架构着手初处置取非常结果全方位行业验模糊控制推理技神网络学技适应技等方面专家早获知识火灾实验查测出数值信息训练测试样集完美化模糊神网络模块东西网络模型非常泛化技附加动量项东西适应学速率极强化网络收敛速度第三利NRF905通线通信节点根弄线网络利智建筑动火灾报警系统完成火灾报警系统里面线信息互换控装置检测节点传送完成火灾报警系统集成改线通信网络足文弄火灾报警系统全方位设计关键技术研发结果阐述模糊神网络会强化火灾探测精度弱化火警系统错误通报率强化系统智化档次填国智火灾探测算法里面空白线网络利强化系统设计集成灵活技线网络广阔垠发展方极研发涵说智建筑火灾报警系统前景方出需进步研发探讨东西
关键词火灾发报警系统嵌入式系统模糊神网络线通信网络
Design of Remote Disaster Alarm System
Abstract：The automatic fire alarm system (FAS) is vital to the modern intelligent buildings (IB) for fire safety As technology of the sensor the wireless communication the integration circuit and the microelectronics gradually progresses the FAS meets an excel lent opportunity The purpose of this study was to reduce the distortion alarm rate and failure alarm rate and improve the system intelligence level of FAS The characteristics of the fire process the fire modeling design approach and the principle of fire detection are presented The fuzzy neural network (FNN) algorithm is introduced to complexity fire detection Furthermore the wireless communication node is designed and a wireless communications network (WCN) is set up to fill up the deficiency of wire network According to the requirement of FAS a twolevel architecture system composed of a FAS 氧化碳ntroller and detection node is designed The FAS controller is designed based on embedded system for achieving the fire detection algorithm and managing the detection nodes designed based on MCU for collecting and transforming the smoke concentration signal temperature signal and co concentration signal Analysis of the fire signal characteristic of IB is described The FNN intelligent algorithm is applied to fire detection which is a complex nonlinear structure system The expertise reasoning ability of fuzzy system and learning selfadaptability ability of neural networks are utilized to deal with fire detection The FNN training and testing are accomplished based on the sample set supplied by expert knowledge and fire tests The result indicates the FNN model has a satisfactory generalization ability Furthermore the accessional momentum and the adaptive learning rate method which can accelerate the convergence rate of the FNN are presented The universal communication node is designed based on nRF905 and the WCN is set up and applied to FAS of IB to realize the communication between the FAS controller and the detection nodes system integration of the FAS and fill up the defect of wire communication networks The FAS design and some key technologies have been completed Research proves that FNN can improve the accuracy of fire detection reduce distortion alarm rate and failure alarm rate improve the intelligent level of FAS and fill up the deficiency of domestic fire detection The flexibility of FAS design and integration is further enhanced by utilizing the WCN which is of great value to further research and has enormous room for growth In conclusion the prospect of FAS in IB and the further study and issue are proposed respectively
Key words Automatic fire alarm systems Embedded system Fuzzy neural network Wireless communications network
目录
第章：绪 4
第2章火警系统总体方案设计 5
21系统设计原 5
22系统总体方案设计 5
221系统硬件总体构架 5
222系统软件总体构架 6
23系统设计部分器件选型 6
231嵌入式处置器选型 6
232单片机选型 7
233传感器选型 7
234线收发芯片选型 8
24嵌入式操作系统选择 8
25章结 8
第3章火警系统硬件设计 8
31火灾报警控装置设计 8
311火灾报警控装置硬件架构 9
312存储器电路 9
313时钟复位电路 9
314电源电路 9
315液晶显示电路 10
316键盘电路 10
32火灾复合探测节点设计 10
321探测节点硬件架构 10
322探测节点关键电路 10
323前端信息调理电路 10
33线通信网络 11
331线通信节点设计 11
332电路抗干扰措施 11
34报警联动模块 11
35章结 12
第4章总结 12
致谢 13
参考文献 13
第章：绪
国智建筑越越厉害消防系统越越火警设备利研发路程越越国颁布设计标准着手初智建筑说成建筑物基台拥信息设施信息化利建筑设备公安全等系统系统架构理服务优化系统合成整体安全系数高建筑环境新标准里程碑变化国建筑智化进程推新高度促进新发展年高科技成绩现利智建筑物中种样智化设备相关火警系统智建筑动化系统里面非常重方惯说：预防重火预防没完全避免火灾见火灾见时知道应措施着手初处置财产损失生安全伤害会降伴济快速发展火警设备生产利发展天城市根设施火警系统利绝数发挥效遗憾现火警系统智化级优秀火灾探测精确程度坏等诸问题特值说消防安全问题理差商场里面火警设备更需改变完美火警系统部分予根设施利方称工业民建筑里面民住宅商业建筑工业厂房等建筑里面商建筑象着手初火警系统设计研发
现言国越越商场批发市场鉴里面员架构十分繁杂货物商品堆放十分密集火灾荷载非常易燃素特繁杂等诸干扰特容易引发火灾爆炸伴着国济发展越越快国现止已脱离物资匿乏食果腹年代现物资水丰沛富足日趋增长越越时面火灾总量持续增长压力群死群伤火灾发高风险火灾形势容乐观火警系统加强公安全保护群身财产安全拥特非常重社会潜价值公场设置火警系统十分关键
智建筑里火警系统拥迅速监测火情况技特发现群易发现火灾早期症状火灾伴生命财产损失降会承受程度火灾发生着手初阶段会燃烧物质分解引起出特体毒气体氧化碳知道火情况场景引起氧化碳中毒进没力气逃跑生存火警系统监测氧化碳量变化予氧化碳量超标报警信息通知时疏散
国火灾报警系统研发时间较晚20世纪70年代着手初研制生产种东西改革开放高层建筑甚超高层建筑越越火警系统需求水迅速增加时希火警系统技术创新进带动行业发展越越国火警系统研发生产利等方面持续吸引社会界力物力财力科技投入取非常棒非常成绩国利线通信火警系统越越受重视强调鉴拥安装意建筑物破坏作业灵活方便扩等处特方名胜古迹体育馆博物馆展览中心处施工阶段建筑物医院等根设施火警系统智部分表现火灾判决统筹理方面细分成分散式集中式分布式三种分散式系统非智型控装置智型探测节点绑扎形成探测节点结束火灾状态判断集中式系统智型控装置非智探测节点构成探测节点仅火灾考察量传送控装置控装置智判断火灾状态分布式系统控装置探测节点均智型火警系统发展方
第2章火警系统总体方案设计
21系统设计原
智建筑里面火警系统非常非常重子系统系统设计时应记系统设计首原保证系统会安全实易操作抗干扰扩需着手初硬件电路设计硬件设计应想零部件成货源状态实际操作技术水等应该保留里面硬件资源外部扩充接口系统续扩着手初软件设计时呢应抽象分治模块等设计思想利架构化设计方法次着手初软件总体设计详细设计软件正确健壮会高效易等属软件设计表征目
22系统总体方案设计
221系统硬件总体构架
火警系统里面火灾探测节点火灾报警控装置消防联动报警机器线通信节点等系统硬件总体设计构架火灾探测节点烟雾量温度氧化碳量探测器输出信息着手初想收纳火灾状态物理量变换成电信息线通信网络收集信息传送火警控装置火灾探测节点系统前端根方探测节点状况干扰系统整体
线通信网络数值信息传输根线通信节点线通信网络根通信单元线通信节点两者间通信便完成火灾探测节点火灾报警控装置两者间数值信息信息交互进行火灾报警系统数值信息传输控制信息传递探测节点统筹理等力
火警控装置数值信息处置防火区域理关键接收探测节点传送数值信息智火灾判算法元火灾考察量着手初信息结合作出智判断然决定否引起控制信息联动机器实施控制火警控装置理范围探测节点着手初综合理
火警控装置判断火灾发生时启动联动报警机器第呢启动火警扬声器说出区域员火情况见动启动位置消防联动机器现场员发现火情况见手报警键火灾报警控装置会立启动联动机器联动机器包括疏散警铃消防广播消防应急明灯排烟系统等系列联动机器
222系统软件总体构架
传统火灾报警系统信息处置利闭值判断方检测算法利传感器种种越越系统繁杂持续改善探测器探测节点会受旁边环境中干扰源干扰会系统错误通报率遗漏通报率陡增时利闽值判断方检测算法法应错误通报率遗漏通报率高问题火灾探测算法问题应问题关键降系统错误通报率遗漏通报率模糊神网络火灾探测算法利火灾报警系统中着手初元数值信息数值信息结合智处置进改善系统会稳定防火分区火灾报警控装置进行火灾智探测算法探测器收纳信息着手初智化信息处置
火灾报警控装置软件设计文关键方课题工作重点架起模糊神网络模型根着手初智算法研发进控装置进行智火灾判算法关键力软件设计着手初软件设计发展期间中应利逐步求精分治模块等根文容原利总体详细相结合架构化软件设计方法
达模糊神网络运算精度期利ARM7处置器浮点数运算技嵌入式软硬件处架起模糊神网络模型结合神网络模糊系统处利模糊神网络算法进行火灾智化判利高级语言编程进行模糊神网络技术火警系统软件力基础操作采线通信方法会通信协议进行线通信服务程序
探测节点程序部分包括信息收纳程序线通信服务程序前者部分完成烟雾量温度氧化碳量信息收纳物理量转化数值信息收纳数值信息发送火灾报警控装置
23系统设计部分器件选型
231嵌入式处置器选型
火灾报警控装置特殊期嵌入式系统作设计处部分然附嵌入式系统处第呢直接面利户火灾报警系统具体利需求着手初定制第二呢浮点数运算技适应模糊神网络数值信息运算第三呢目处置技会火灾报警控装置予目操作处扩Flash ROM存储软件代码种非常重数值信息(模糊神网络数值信息综合理模块数值信息等)拥断电保护功耗等处现嵌入式系统利工业控制仪器仪表通信家电等方利火警系统迎新发展机遇现世界Atmel Philips Intel SamsungSharp等芯片制造商获ARM技术授权分开发种样ARM处置器ARM微处置器处体积更加微型化发展方功耗极成越越仅更具备特方拥护Thumb (16位)ARM (32位)双指令集寻址方法十分灵活记利量寄存器数值信息操作寄存器中着手初指令执行起速度更快效率更高强浮点数运算技适着手初繁杂数值信息运算需求
232单片机选型
火灾复合探测处置单元Philips公司开发P7LPC767单片机80C51核根改进产品扩门狗模拟较器DART IzC ADC电复位检测欠压复位检测等力利加速80C51处置器架构指令执行速度标准80C51 CPU2倍达方面需求许期高集成度成方拥片代码存储方犯字节户代码方存储代码复合探测单元编码P87LPC767操作电压范围较宽( 27V6OV )
233传感器选型
火灾发展期间数阴燃明火两发展期间阴燃发展期间中会引起直径00110um白色灰白色黑色烟雾粒子明火发展期间中会引起明亮火焰量热量电磁辐射旁边环境辐射燃烧发展期间中燃烧物质会分解引起量氧化碳烟雾量温度氧化碳量非常重火灾考察量选择相应探测器系统设计关键1烟雾传感器：部分离子式光电式两种光电式烟雾传感器新型传感器现利散射型白色烟雾响应效果黑色烟雾响应效果较差智建筑烟雾传感器力需求文容利NIS09C型离子式烟雾传感器里面微量放射物质媚(Am)241传感器金属电极覆盖放射会泄露白色灰白黑色烟雾良响应受环境湿度干扰NIS09C拥功耗普适传感器适高灵敏度烟雾探测器火灾报警系统2氧化碳气体量传感器：火灾发生时氧化碳量温度烟雾量等考察量中氧化碳引起早生命安全构成威胁防止吸入量氧化碳中毒力逃生选择高效氧化碳气体传感器十分非常重文利NAP505型电化学氧化碳气体传感器3：温度传感器 ：物质燃烧时会释放出量热量环境温度会明显陡增温度火灾探测中非常重考察量文容HN37型温度传感器体积重量轻灵敏度高
234线收发芯片选型
线通信网络火灾报警控装置探测器数值信息收纳单元两者间着手初数值信息交互通信根某特殊方线网络拥完美线通信网络作火灾报警系统通信手段较理想选择着微电子技术发展越越快高频芯片研发跳跃信息处置电路集成芯片解决线信道稳定改善线信道质量线通信设备体积变重量变价格变集成线收发芯片作收发设备信息处置关键已成流选择
24嵌入式操作系统选择
众周知Linux拥非常强稳定性网络力会通处置器会移植许嵌入式芯片没里面MMU(存理单元)ARM处置器没办法GNU组织开发种种似Linux操作系统专门片MMU微处置器适应MMU处置器优点外方面Linux没差现片MMU微处置器中端嵌入式产品中CLinux拥系统稳定开放源码网络力强等特处越越受系统S3C44BOX处置器里面没MMUCLinux作嵌入式操作系统
25章结
章说系统设计根原出硬件总体方案设计结合硬件处出软件总体方案设计系统设计需求出发出部分器件选型嵌入式系统选型
第3章火警系统硬件设计
31火灾报警控装置设计
火灾报警控装置(简称控装置)火警系统中关键方防火区域火灾信息处置报警控制关键完成区域火情况辨识联动报警机器控制机交互探测器两者间交互通信目控装置整系统稳定起非常重作完美完成控装置设计工作分模块化设计方法系统细分成关键模块时钟复位电路电源电路液晶显示电路键盘电路等
311火灾报警控装置硬件架构
控装置含联动控制动报警机界面数值信息存储等根力外含智型火灾判技会通信网络系统控装置Samsung公司ARM7处置器S3C44BOX关键含功耗成高等优点控制关键根扩线通信力机界面SDRAM Flash ROM 串行口通信太网控装置力
312存储器电路
Flash ROMSDRAM嵌入式操作系统CLinux运行关键部件S3C44BOX构成控装置关键模块Flash ROM存储Boot Loader CLinux系统程序代码文件系统SDRAM步动态机存储器保证CLinux系统正常运行非常重方Flash ROMSST公司SST39VF160Q款1 M x 16bitFlash存储器十分嵌入式系统程序烧写电压期必须27V含20址输入端16数值信息输入输出端CE# OE# WE#分片选端输出端写端中#表示该端电效端口S3C44BOX着手初控制操作SDRAMHynix公司HY57V641620HG4Banks x 1 M x 16bitSDRAMCPU频率步时钟周期BAOBA1BANK址输入端AO}A 11址输入端DQO}DQ1 S数值信息输入输出端RAS# CAS#分BANK行列控制端WE#写端CE#片选端CLK时钟输入端CKE时钟端
313时钟复位电路
S3C44BOX核工作频率达66MHz系统核工作频率60MHz外部1 OMHz晶体振荡器S3C44BOX里面PLL单元倍频60MHz核工作频率时钟信息系统实时时钟RTC32768KHz晶振ABS07予 S3C44BOX期nRESET引脚保持少4频时钟周期电复位信息保证系统够会复位文会极高专复位芯片MAX811需外部部件会电掉电节电状态微处置器予复位信息会抗电源瞬间干扰电源电压11V时引起复位信息功耗典型电流值17 ACA尤适期功耗系统产品
314电源电路
电源模块控装置予种高效稳定电源保障系统正常工作控装置中S3C44BOX微处置器GPIO口工作电压33V核RTC模块ADC模块工作电压均25V方外设工作电压SV需设计够予电压电源电路达控装置需求系统爱立信公司予开关电源予262 V电压LM7815 LM7805 LM111733LM111725等集成芯片组成电源电路予+15V+5V+33V+25V直流电压
315液晶显示电路
液晶显示电路英文名称LCD 含体积重量轻功耗寿命长闪烁接口控制方便等诸处LCD液晶显示器发展非常快逐渐渗透行业现已成显示器中流发展方
LCD控装置机交互力非常重组成方报警信息障信息时间信息状态信息等非常重数值信息良方法呈现户进户会轻松着手初数值信息设定操作S3C44BOX嵌LCD控装置寄存器操作会LCD发出控制信息需外加LCD控装置文vishay公司LCD320D240A液晶显示模块显示电路够稳定工作控制信息两片74HC245收发器送LCD
316键盘电路
键盘述液晶显示电路样机交互力关键方现较常键盘行列式键盘(时称矩阵式键盘)文容4X4行列式键盘4条GPIO线作行线4条GPIO线作列线组成键分布行线列线交叉点列线均拉电阻连接33 V直流电源文排列电阻连接33 V电源
32火灾复合探测节点设计
321探测节点硬件架构
型商场批发市场等商业建筑种易引发火灾素着手初分析研发遵智建筑设计标准GBT503142006火警系统设计规范GB50116相关规定设计种集烟雾温度氧化碳监测体复合探测节点单片机控制关键通线通信节点火灾报警控装置着手初信息交互
322探测节点关键电路
火灾复合探测节点电路P87LPC767单片机关键P87LPC767完成信息收纳P87LPC767单片机操作电压范围较宽系统想兼容33V操作电压
323前端信息调理电路
复合探测单元需传感器收纳微弱模拟信息着手初放转换成数值量包括传感器调理电路AD转换器等方P87LPC767单片机里面集成4通道8bitAD转换器复合探测单元需信息调理送单片机ADC输入端文容3路传感器信息收纳通道分烟雾量温度氧化碳量信息调理方接入AD转换器调理电路MAX407款单电源供电集成运算放器
33线通信网络
331线通信节点设计
射频收发芯片nRF905P87LPC767 S3C44BOX工作电压兼容需着手初电转换直接连接线路会设计通线通信节点予通接口P87LPC767 S3C44BOX预留接口直接连接nRF905外部电路部分V氧化碳外部晶振电路天线接口驱动电路等三方组成线通信模块设计中应充分想现实中诸素线网络节点两者间传输距离线传输路径中障碍物线信息衰减作等方nRF905芯片会种型天线作线传输途径保证传输距离会足够远含T型匹配网络差分环状天线工作频率设置868MHz传输距离较远应高增益天线进线网络覆盖更范围
332电路抗干扰措施
电路设计中包括模拟电路数值电路射频电路数值电路中数值信息着手初频繁幅度快速高电转换引起量高频谐波射频(RF)电路中射频接收器天线接收信息电压极微弱数值信息强度达120dB微弱RF信息受电磁噪声干扰引起畸变甚噪声淹没射频电路变差甚失效需研发电路电磁耐受技着手初电磁兼容(ElectroMagnetic 氧化碳mpatibility简称EMC)方面设计改善电路抗干扰技
射频电路电源噪声敏感电路设计时尤PCB设计中应措施电源线量短集成电路电源引脚处应电容藕nRF905直流供电脚应该容值贴片电容容值电容着手初联着手初电容祸数值信息线控制信息线应该远离晶体电源供电线孔应量焊盘等
34报警联动模块
声光报警电路系统火灾报警扬声器发光二极引起声光报警信息光报警电路控装置引脚控制发光二极进反映系统状态声音报警电路蜂鸣器扬声器线广播语音报警喇叭等提醒火灾发生会户需求选择语音芯片引起语音报警信息火灾报警系统需联动设备着手初效控制联动设备控制目标包括疏散诱导明非消防电源电梯回降室消火栓系统动灭火系统常开防火门防火卷帘防烟排烟系统空调通风系统等系统继电器控制进行联动设备控制
35章结
章火灾动报警系统力需求设计火灾报警控装置火灾探测节点组成二层架构嵌入式系统开发处设计火灾报警控装置进行火灾判决智算法探测节点统筹理单片机关键设计复合探测节点电路烟雾量温度氧化碳量等信息着手初收纳
第4章总结
智建筑火灾动报警系统作智建筑设备动化系统非常重子系统消防安全保障方面起着十分非常重作尤员密集公方火灾动报警系统更体现非常重优越然火灾报警系统国起步较晚发达国家存差距着建筑业蓬勃发展火灾报警系统需求量逐年越越系统智化网络化集成化提出更高期文提出种智化火灾报警系统设计方案部分研发工作总结
(1)火灾动报警系统方设计火灾报警控装置火灾探测节点组成二层架构嵌入式系统开发处设计火灾报警控装置进行火灾判决智算法探测节点统筹理单片机关键设计复合探测节点电路烟雾量温度氧化碳量等信息着手初收纳完成前端探测节点信息收纳目
(2)着重应火灾报警系统错误通报遗漏通报问题改善系统灵敏度第呢源头着手初选择精度高灵敏度高稳定传感器抗噪稳定放电路调理电路传感器输出信息着手初预处置保证系统整体I胜关键智建筑中火灾信息特分析模糊神网络火灾探测繁杂非线架构象着手初处置结合模糊控制专家验推理技神网络学技适应技等处专家先验知识火灾试验数值信息予训练测试样集模糊神网络模型着手初训练测试训练测试结果令满意网络模型含较泛化技附加动量项法适应学率改善网络收敛速度
(3)传统火灾动报警系统线通信网络存足提出线通信网络设计种基nRF905通线通信节点构建线网络进行火灾报警控装置探测节点两者间信息线传输进完成火灾动报警系统集成达需求效扩火灾监测范围利传统火灾报警系统升级改造重新布线根消防监控盲区着手初效补偿
参考文献
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[2]中华民国建设部中华民国国家质量监督检验检疫总局GBT503142006智建筑设计标准[S]北京中国计划出版社2007OSO1
[3]SM Lo CM Zhao M Liu A 氧化碳ping A simulation model for sterdying the implementation of performancebased fire safety design in buildings[J] Automation in 氧化碳nstruction 199817(7) 852863
[4]J K W Wong H Li S W Wang Intelligent building research a review[J] Automation in 氧化碳nstruction 2005 14( I ) 143159
[5]Ghennady Korotchenkov Vladimir Brynzari Serghei Dmitriev Sn02 thinfilm gas sensors for firealarm systems[J] Sensors and Actuators B 1999 54 191196
[6]雍静李北海杨岳建筑智化技术〔M]北京科学出版社2008
[7]Vaughn Bradshaw The Building Environment Active and Passive 氧化碳ntrol Systems[M] John Wiley&Sons 2006
[8]智洋浅析智建筑中火灾动报警系统设计[[J]潜江江汉石油科技2008 26264
[9]Daniel TGottuk Michelle JPeatross Richard JRoby et al Advanced fire detection using muftisignature alarm algorithms[J] Fire Safety Journal 2002 37 381394
[10]国家质量技术监督局中华民国建设部GB5011698火灾动报警系统设计规范S]北京中国计划出版社1999OSO1
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摘 ：火灾发报警系统智建筑中着非常非常重命保护效果伴着传感器技术线通信技术集成电路微电子技术前发展越越火灾发报警系统拥抱着发展机会千载难逢机会文目弱化火灾发报警系统错误通报率遗漏通报率强化系统智化技第方介绍火灾优点火灾探测原理建筑火灾模型架起方法线网络方设计线通信节点组成线通信网络起初火警系统需设计火灾报警控装置火灾动检测节点节点两层架构做设计种架起嵌入式系统火灾报警控制系统做成火灾智判断算法查验节点全方位控治理单片机核芯片设计复合检测节点电路采取收集烟气量温度CO量数值信息分析智建筑中火灾特征数值信息值模糊神网络火灾着手初控制检出查验乱序非线物理实体架构着手初处置取非常结果全方位行业验模糊控制推理技神网络学技适应技等方面专家早获知识火灾实验查测出数值信息训练测试样集完美化模糊神网络模块东西网络模型非常泛化技附加动量项东西适应学速率极强化网络收敛速度第三利NRF905通线通信节点根弄线网络利智建筑动火灾报警系统完成火灾报警系统里面线信息互换控装置检测节点传送完成火灾报警系统集成改线通信网络足文弄火灾报警系统全方位设计关键技术研发结果阐述模糊神网络会强化火灾探测精度弱化火警系统错误通报率强化系统智化档次填国智火灾探测算法里面空白线网络利强化系统设计集成灵活技线网络广阔垠发展方极研发涵说智建筑火灾报警系统前景方出需进步研发探讨东西
关键词火灾发报警系统嵌入式系统模糊神网络线通信网络
Design of Remote Disaster Alarm System
Abstract：The automatic fire alarm system (FAS) is vital to the modern intelligent buildings (IB) for fire safety As technology of the sensor the wireless communication the integration circuit and the microelectronics gradually progresses the FAS meets an excel lent opportunity The purpose of this study was to reduce the distortion alarm rate and failure alarm rate and improve the system intelligence level of FAS The characteristics of the fire process the fire modeling design approach and the principle of fire detection are presented The fuzzy neural network (FNN) algorithm is introduced to complexity fire detection Furthermore the wireless communication node is designed and a wireless communications network (WCN) is set up to fill up the deficiency of wire network According to the requirement of FAS a twolevel architecture system composed of a FAS 氧化碳ntroller and detection node is designed The FAS controller is designed based on embedded system for achieving the fire detection algorithm and managing the detection nodes designed based on MCU for collecting and transforming the smoke concentration signal temperature signal and co concentration signal Analysis of the fire signal characteristic of IB is described The FNN intelligent algorithm is applied to fire detection which is a complex nonlinear structure system The expertise reasoning ability of fuzzy system and learning selfadaptability ability of neural networks are utilized to deal with fire detection The FNN training and testing are accomplished based on the sample set supplied by expert knowledge and fire tests The result indicates the FNN model has a satisfactory generalization ability Furthermore the accessional momentum and the adaptive learning rate method which can accelerate the convergence rate of the FNN are presented The universal communication node is designed based on nRF905 and the WCN is set up and applied to FAS of IB to realize the communication between the FAS controller and the detection nodes system integration of the FAS and fill up the defect of wire communication networks The FAS design and some key technologies have been completed Research proves that FNN can improve the accuracy of fire detection reduce distortion alarm rate and failure alarm rate improve the intelligent level of FAS and fill up the deficiency of domestic fire detection The flexibility of FAS design and integration is further enhanced by utilizing the WCN which is of great value to further research and has enormous room for growth In conclusion the prospect of FAS in IB and the further study and issue are proposed respectively
Key words Automatic fire alarm systems Embedded system Fuzzy neural network Wireless communications network
目录
第章：绪 4
第2章火警系统总体方案设计 5
21系统设计原 5
22系统总体方案设计 5
221系统硬件总体构架 5
222系统软件总体构架 6
23系统设计部分器件选型 6
231嵌入式处置器选型 6
232单片机选型 7
233传感器选型 7
234线收发芯片选型 8
24嵌入式操作系统选择 8
25章结 8
第3章火警系统硬件设计 8
31火灾报警控装置设计 8
311火灾报警控装置硬件架构 9
312存储器电路 9
313时钟复位电路 9
314电源电路 9
315液晶显示电路 10
316键盘电路 10
32火灾复合探测节点设计 10
321探测节点硬件架构 10
322探测节点关键电路 10
323前端信息调理电路 10
33线通信网络 11
331线通信节点设计 11
332电路抗干扰措施 11
34报警联动模块 11
35章结 12
第4章总结 12
致谢 13
参考文献 13
第章：绪
国智建筑越越厉害消防系统越越火警设备利研发路程越越国颁布设计标准着手初智建筑说成建筑物基台拥信息设施信息化利建筑设备公安全等系统系统架构理服务优化系统合成整体安全系数高建筑环境新标准里程碑变化国建筑智化进程推新高度促进新发展年高科技成绩现利智建筑物中种样智化设备相关火警系统智建筑动化系统里面非常重方惯说：预防重火预防没完全避免火灾见火灾见时知道应措施着手初处置财产损失生安全伤害会降伴济快速发展火警设备生产利发展天城市根设施火警系统利绝数发挥效遗憾现火警系统智化级优秀火灾探测精确程度坏等诸问题特值说消防安全问题理差商场里面火警设备更需改变完美火警系统部分予根设施利方称工业民建筑里面民住宅商业建筑工业厂房等建筑里面商建筑象着手初火警系统设计研发
现言国越越商场批发市场鉴里面员架构十分繁杂货物商品堆放十分密集火灾荷载非常易燃素特繁杂等诸干扰特容易引发火灾爆炸伴着国济发展越越快国现止已脱离物资匿乏食果腹年代现物资水丰沛富足日趋增长越越时面火灾总量持续增长压力群死群伤火灾发高风险火灾形势容乐观火警系统加强公安全保护群身财产安全拥特非常重社会潜价值公场设置火警系统十分关键
智建筑里火警系统拥迅速监测火情况技特发现群易发现火灾早期症状火灾伴生命财产损失降会承受程度火灾发生着手初阶段会燃烧物质分解引起出特体毒气体氧化碳知道火情况场景引起氧化碳中毒进没力气逃跑生存火警系统监测氧化碳量变化予氧化碳量超标报警信息通知时疏散
国火灾报警系统研发时间较晚20世纪70年代着手初研制生产种东西改革开放高层建筑甚超高层建筑越越火警系统需求水迅速增加时希火警系统技术创新进带动行业发展越越国火警系统研发生产利等方面持续吸引社会界力物力财力科技投入取非常棒非常成绩国利线通信火警系统越越受重视强调鉴拥安装意建筑物破坏作业灵活方便扩等处特方名胜古迹体育馆博物馆展览中心处施工阶段建筑物医院等根设施火警系统智部分表现火灾判决统筹理方面细分成分散式集中式分布式三种分散式系统非智型控装置智型探测节点绑扎形成探测节点结束火灾状态判断集中式系统智型控装置非智探测节点构成探测节点仅火灾考察量传送控装置控装置智判断火灾状态分布式系统控装置探测节点均智型火警系统发展方
第2章火警系统总体方案设计
21系统设计原
智建筑里面火警系统非常非常重子系统系统设计时应记系统设计首原保证系统会安全实易操作抗干扰扩需着手初硬件电路设计硬件设计应想零部件成货源状态实际操作技术水等应该保留里面硬件资源外部扩充接口系统续扩着手初软件设计时呢应抽象分治模块等设计思想利架构化设计方法次着手初软件总体设计详细设计软件正确健壮会高效易等属软件设计表征目
22系统总体方案设计
221系统硬件总体构架
火警系统里面火灾探测节点火灾报警控装置消防联动报警机器线通信节点等系统硬件总体设计构架火灾探测节点烟雾量温度氧化碳量探测器输出信息着手初想收纳火灾状态物理量变换成电信息线通信网络收集信息传送火警控装置火灾探测节点系统前端根方探测节点状况干扰系统整体
线通信网络数值信息传输根线通信节点线通信网络根通信单元线通信节点两者间通信便完成火灾探测节点火灾报警控装置两者间数值信息信息交互进行火灾报警系统数值信息传输控制信息传递探测节点统筹理等力
火警控装置数值信息处置防火区域理关键接收探测节点传送数值信息智火灾判算法元火灾考察量着手初信息结合作出智判断然决定否引起控制信息联动机器实施控制火警控装置理范围探测节点着手初综合理
火警控装置判断火灾发生时启动联动报警机器第呢启动火警扬声器说出区域员火情况见动启动位置消防联动机器现场员发现火情况见手报警键火灾报警控装置会立启动联动机器联动机器包括疏散警铃消防广播消防应急明灯排烟系统等系列联动机器
222系统软件总体构架
传统火灾报警系统信息处置利闭值判断方检测算法利传感器种种越越系统繁杂持续改善探测器探测节点会受旁边环境中干扰源干扰会系统错误通报率遗漏通报率陡增时利闽值判断方检测算法法应错误通报率遗漏通报率高问题火灾探测算法问题应问题关键降系统错误通报率遗漏通报率模糊神网络火灾探测算法利火灾报警系统中着手初元数值信息数值信息结合智处置进改善系统会稳定防火分区火灾报警控装置进行火灾智探测算法探测器收纳信息着手初智化信息处置
火灾报警控装置软件设计文关键方课题工作重点架起模糊神网络模型根着手初智算法研发进控装置进行智火灾判算法关键力软件设计着手初软件设计发展期间中应利逐步求精分治模块等根文容原利总体详细相结合架构化软件设计方法
达模糊神网络运算精度期利ARM7处置器浮点数运算技嵌入式软硬件处架起模糊神网络模型结合神网络模糊系统处利模糊神网络算法进行火灾智化判利高级语言编程进行模糊神网络技术火警系统软件力基础操作采线通信方法会通信协议进行线通信服务程序
探测节点程序部分包括信息收纳程序线通信服务程序前者部分完成烟雾量温度氧化碳量信息收纳物理量转化数值信息收纳数值信息发送火灾报警控装置
23系统设计部分器件选型
231嵌入式处置器选型
火灾报警控装置特殊期嵌入式系统作设计处部分然附嵌入式系统处第呢直接面利户火灾报警系统具体利需求着手初定制第二呢浮点数运算技适应模糊神网络数值信息运算第三呢目处置技会火灾报警控装置予目操作处扩Flash ROM存储软件代码种非常重数值信息(模糊神网络数值信息综合理模块数值信息等)拥断电保护功耗等处现嵌入式系统利工业控制仪器仪表通信家电等方利火警系统迎新发展机遇现世界Atmel Philips Intel SamsungSharp等芯片制造商获ARM技术授权分开发种样ARM处置器ARM微处置器处体积更加微型化发展方功耗极成越越仅更具备特方拥护Thumb (16位)ARM (32位)双指令集寻址方法十分灵活记利量寄存器数值信息操作寄存器中着手初指令执行起速度更快效率更高强浮点数运算技适着手初繁杂数值信息运算需求
232单片机选型
火灾复合探测处置单元Philips公司开发P7LPC767单片机80C51核根改进产品扩门狗模拟较器DART IzC ADC电复位检测欠压复位检测等力利加速80C51处置器架构指令执行速度标准80C51 CPU2倍达方面需求许期高集成度成方拥片代码存储方犯字节户代码方存储代码复合探测单元编码P87LPC767操作电压范围较宽( 27V6OV )
233传感器选型
火灾发展期间数阴燃明火两发展期间阴燃发展期间中会引起直径00110um白色灰白色黑色烟雾粒子明火发展期间中会引起明亮火焰量热量电磁辐射旁边环境辐射燃烧发展期间中燃烧物质会分解引起量氧化碳烟雾量温度氧化碳量非常重火灾考察量选择相应探测器系统设计关键1烟雾传感器：部分离子式光电式两种光电式烟雾传感器新型传感器现利散射型白色烟雾响应效果黑色烟雾响应效果较差智建筑烟雾传感器力需求文容利NIS09C型离子式烟雾传感器里面微量放射物质媚(Am)241传感器金属电极覆盖放射会泄露白色灰白黑色烟雾良响应受环境湿度干扰NIS09C拥功耗普适传感器适高灵敏度烟雾探测器火灾报警系统2氧化碳气体量传感器：火灾发生时氧化碳量温度烟雾量等考察量中氧化碳引起早生命安全构成威胁防止吸入量氧化碳中毒力逃生选择高效氧化碳气体传感器十分非常重文利NAP505型电化学氧化碳气体传感器3：温度传感器 ：物质燃烧时会释放出量热量环境温度会明显陡增温度火灾探测中非常重考察量文容HN37型温度传感器体积重量轻灵敏度高
234线收发芯片选型
线通信网络火灾报警控装置探测器数值信息收纳单元两者间着手初数值信息交互通信根某特殊方线网络拥完美线通信网络作火灾报警系统通信手段较理想选择着微电子技术发展越越快高频芯片研发跳跃信息处置电路集成芯片解决线信道稳定改善线信道质量线通信设备体积变重量变价格变集成线收发芯片作收发设备信息处置关键已成流选择
24嵌入式操作系统选择
众周知Linux拥非常强稳定性网络力会通处置器会移植许嵌入式芯片没里面MMU(存理单元)ARM处置器没办法GNU组织开发种种似Linux操作系统专门片MMU微处置器适应MMU处置器优点外方面Linux没差现片MMU微处置器中端嵌入式产品中CLinux拥系统稳定开放源码网络力强等特处越越受系统S3C44BOX处置器里面没MMUCLinux作嵌入式操作系统
25章结
章说系统设计根原出硬件总体方案设计结合硬件处出软件总体方案设计系统设计需求出发出部分器件选型嵌入式系统选型
第3章火警系统硬件设计
31火灾报警控装置设计
火灾报警控装置(简称控装置)火警系统中关键方防火区域火灾信息处置报警控制关键完成区域火情况辨识联动报警机器控制机交互探测器两者间交互通信目控装置整系统稳定起非常重作完美完成控装置设计工作分模块化设计方法系统细分成关键模块时钟复位电路电源电路液晶显示电路键盘电路等
311火灾报警控装置硬件架构
控装置含联动控制动报警机界面数值信息存储等根力外含智型火灾判技会通信网络系统控装置Samsung公司ARM7处置器S3C44BOX关键含功耗成高等优点控制关键根扩线通信力机界面SDRAM Flash ROM 串行口通信太网控装置力
312存储器电路
Flash ROMSDRAM嵌入式操作系统CLinux运行关键部件S3C44BOX构成控装置关键模块Flash ROM存储Boot Loader CLinux系统程序代码文件系统SDRAM步动态机存储器保证CLinux系统正常运行非常重方Flash ROMSST公司SST39VF160Q款1 M x 16bitFlash存储器十分嵌入式系统程序烧写电压期必须27V含20址输入端16数值信息输入输出端CE# OE# WE#分片选端输出端写端中#表示该端电效端口S3C44BOX着手初控制操作SDRAMHynix公司HY57V641620HG4Banks x 1 M x 16bitSDRAMCPU频率步时钟周期BAOBA1BANK址输入端AO}A 11址输入端DQO}DQ1 S数值信息输入输出端RAS# CAS#分BANK行列控制端WE#写端CE#片选端CLK时钟输入端CKE时钟端
313时钟复位电路
S3C44BOX核工作频率达66MHz系统核工作频率60MHz外部1 OMHz晶体振荡器S3C44BOX里面PLL单元倍频60MHz核工作频率时钟信息系统实时时钟RTC32768KHz晶振ABS07予 S3C44BOX期nRESET引脚保持少4频时钟周期电复位信息保证系统够会复位文会极高专复位芯片MAX811需外部部件会电掉电节电状态微处置器予复位信息会抗电源瞬间干扰电源电压11V时引起复位信息功耗典型电流值17 ACA尤适期功耗系统产品
314电源电路
电源模块控装置予种高效稳定电源保障系统正常工作控装置中S3C44BOX微处置器GPIO口工作电压33V核RTC模块ADC模块工作电压均25V方外设工作电压SV需设计够予电压电源电路达控装置需求系统爱立信公司予开关电源予262 V电压LM7815 LM7805 LM111733LM111725等集成芯片组成电源电路予+15V+5V+33V+25V直流电压
315液晶显示电路
液晶显示电路英文名称LCD 含体积重量轻功耗寿命长闪烁接口控制方便等诸处LCD液晶显示器发展非常快逐渐渗透行业现已成显示器中流发展方
LCD控装置机交互力非常重组成方报警信息障信息时间信息状态信息等非常重数值信息良方法呈现户进户会轻松着手初数值信息设定操作S3C44BOX嵌LCD控装置寄存器操作会LCD发出控制信息需外加LCD控装置文vishay公司LCD320D240A液晶显示模块显示电路够稳定工作控制信息两片74HC245收发器送LCD
316键盘电路
键盘述液晶显示电路样机交互力关键方现较常键盘行列式键盘(时称矩阵式键盘)文容4X4行列式键盘4条GPIO线作行线4条GPIO线作列线组成键分布行线列线交叉点列线均拉电阻连接33 V直流电源文排列电阻连接33 V电源
32火灾复合探测节点设计
321探测节点硬件架构
型商场批发市场等商业建筑种易引发火灾素着手初分析研发遵智建筑设计标准GBT503142006火警系统设计规范GB50116相关规定设计种集烟雾温度氧化碳监测体复合探测节点单片机控制关键通线通信节点火灾报警控装置着手初信息交互
322探测节点关键电路
火灾复合探测节点电路P87LPC767单片机关键P87LPC767完成信息收纳P87LPC767单片机操作电压范围较宽系统想兼容33V操作电压
323前端信息调理电路
复合探测单元需传感器收纳微弱模拟信息着手初放转换成数值量包括传感器调理电路AD转换器等方P87LPC767单片机里面集成4通道8bitAD转换器复合探测单元需信息调理送单片机ADC输入端文容3路传感器信息收纳通道分烟雾量温度氧化碳量信息调理方接入AD转换器调理电路MAX407款单电源供电集成运算放器
33线通信网络
331线通信节点设计
射频收发芯片nRF905P87LPC767 S3C44BOX工作电压兼容需着手初电转换直接连接线路会设计通线通信节点予通接口P87LPC767 S3C44BOX预留接口直接连接nRF905外部电路部分V氧化碳外部晶振电路天线接口驱动电路等三方组成线通信模块设计中应充分想现实中诸素线网络节点两者间传输距离线传输路径中障碍物线信息衰减作等方nRF905芯片会种型天线作线传输途径保证传输距离会足够远含T型匹配网络差分环状天线工作频率设置868MHz传输距离较远应高增益天线进线网络覆盖更范围
332电路抗干扰措施
电路设计中包括模拟电路数值电路射频电路数值电路中数值信息着手初频繁幅度快速高电转换引起量高频谐波射频(RF)电路中射频接收器天线接收信息电压极微弱数值信息强度达120dB微弱RF信息受电磁噪声干扰引起畸变甚噪声淹没射频电路变差甚失效需研发电路电磁耐受技着手初电磁兼容(ElectroMagnetic 氧化碳mpatibility简称EMC)方面设计改善电路抗干扰技
射频电路电源噪声敏感电路设计时尤PCB设计中应措施电源线量短集成电路电源引脚处应电容藕nRF905直流供电脚应该容值贴片电容容值电容着手初联着手初电容祸数值信息线控制信息线应该远离晶体电源供电线孔应量焊盘等
34报警联动模块
声光报警电路系统火灾报警扬声器发光二极引起声光报警信息光报警电路控装置引脚控制发光二极进反映系统状态声音报警电路蜂鸣器扬声器线广播语音报警喇叭等提醒火灾发生会户需求选择语音芯片引起语音报警信息火灾报警系统需联动设备着手初效控制联动设备控制目标包括疏散诱导明非消防电源电梯回降室消火栓系统动灭火系统常开防火门防火卷帘防烟排烟系统空调通风系统等系统继电器控制进行联动设备控制
35章结
章火灾动报警系统力需求设计火灾报警控装置火灾探测节点组成二层架构嵌入式系统开发处设计火灾报警控装置进行火灾判决智算法探测节点统筹理单片机关键设计复合探测节点电路烟雾量温度氧化碳量等信息着手初收纳
第4章总结
智建筑火灾动报警系统作智建筑设备动化系统非常重子系统消防安全保障方面起着十分非常重作尤员密集公方火灾动报警系统更体现非常重优越然火灾报警系统国起步较晚发达国家存差距着建筑业蓬勃发展火灾报警系统需求量逐年越越系统智化网络化集成化提出更高期文提出种智化火灾报警系统设计方案部分研发工作总结
(1)火灾动报警系统方设计火灾报警控装置火灾探测节点组成二层架构嵌入式系统开发处设计火灾报警控装置进行火灾判决智算法探测节点统筹理单片机关键设计复合探测节点电路烟雾量温度氧化碳量等信息着手初收纳完成前端探测节点信息收纳目
(2)着重应火灾报警系统错误通报遗漏通报问题改善系统灵敏度第呢源头着手初选择精度高灵敏度高稳定传感器抗噪稳定放电路调理电路传感器输出信息着手初预处置保证系统整体I胜关键智建筑中火灾信息特分析模糊神网络火灾探测繁杂非线架构象着手初处置结合模糊控制专家验推理技神网络学技适应技等处专家先验知识火灾试验数值信息予训练测试样集模糊神网络模型着手初训练测试训练测试结果令满意网络模型含较泛化技附加动量项法适应学率改善网络收敛速度
(3)传统火灾动报警系统线通信网络存足提出线通信网络设计种基nRF905通线通信节点构建线网络进行火灾报警控装置探测节点两者间信息线传输进完成火灾动报警系统集成达需求效扩火灾监测范围利传统火灾报警系统升级改造重新布线根消防监控盲区着手初效补偿
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