动车组火灾检测(报警)系统

1、动车组火灾检测（报警）系统动车组火灾检测（报警）系统 1）传感器的选型、信号输出形式、安装位置 及每节车厢内的安装数量； （2）系统的构成； （3）信号调理技术； （4）多传感器数据融合技术、总线技术； （5）报警方式的选择（声、光、总线传输至 TCMS）、误报警后的复位。 感温探测器： 输出：无源触点输出；触点容量24V/1A，可通过温感探测器内部的跳线， 设置为常开或常闭触点输出。出厂时跳线默认设置触点为常闭。 感温探测器主要是利用感温元件接受被监测环境或物体对流、传导、辐射 传递的热量，并根据测量、分析的结果判定是否发生火灾。适合这种探测 的场所如下； 相对湿度经常大于95%； 无烟火灾

2、； 有大量粉尘； 在正 常情况下有烟和蒸气滞留； 厨房、锅炉房、发电机房、烘干车间等； 吸 烟室等； 其它不宜安装感烟探测器的厅堂和公共场所。 火灾时物质的燃烧产生大量的热量，使周围温度发生变化。感温探测器是 对警戒范围中某一点或某一线路周围温度变化时响应的火灾探测器。它是 将温度的变化转换为电信号以达到报警目的。 感温火灾探测器品种繁复依据其感温作用和布局型式可分为定温式、差温 式及差定温组合式三类。感温火灾探测器与感烟火灾探测器相同分为点型 和线型两大类。 差定温式探测器一般多是膜盒式或热敏半导体电 阻式等点型组合式探测器的一种线型差温探测器。 在保护区的天花板或墙上装有环状小口径的铜管，

3、 其管路的一端或两端与一个气室连接。气室的顶 部装有控制电接点的柔性膜片。气室上设有泄气 孔，以允许管路进出空气。如围绕管路的气温小 有变化，管内的气压也随之小有变化时，此种压 力变化可由泄气孔处置，而不会造成膜片移动。 如环境气温迅速升高，每分钟温升超过78， 气室内空气膨胀很快，以致泄气孔不能泄掉气室 内压力，造成膜片移动，接点闭合而发出警报。 红外光束感烟探测器 线型光束感烟探测器，利用红外线组成探测源，利用烟雾的扩散性可以探测红外线周围固定范围之内的火灾，线 型光束感烟探测器通常是由分开安装的、经调准的红外发光器和收光器配对组成的； 其工作原理是利用烟减少红外发光器发射到红外收光器的光

4、束光量来判定火灾，这种火灾探测方法通常被称做烟 减光法，红外光束感烟探测器又分为对射型和反射型两种。 一是成本低，调试时间少；二是布线费比前二种型式减少一半，主要是因为其探测单元和反光板之间没有电气连 接线。 具有较高的抗干扰能力，不受风雨、高温、高湿及自然人工光源等影响，可良好工作于室内环境。 主要技术参数： 工作电压：2035V 静态工作电流：18mA5mA 报警状态电流：32mA5mA 响应时间：0.510秒 火灾灵敏度：1m40m处能响应。（火焰高：0.1m1.3m火焰） 探测角：100 旋转角：360 俯仰角：90 防爆标志：无 环境温度：-3585 相对湿度：98%RH(452)

5、状态指示：绿色工作指示灯、红色报警指示灯 输出方式：火警继电器：报警时闭合。故障继电器：正常闭合故障断开。（脉冲输出选装） 执行标准：GB 12791-91、GB3836.1-2000、3836.2-2000 防爆接线：（）螺母防爆软管与出线管螺丝连接（防爆探测器图） 其它：CPU监控探测管，延长了探测管的使用寿命 气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。 输出模拟电压！ 它们同样要根据现场气体的种类和浓度加以选择，同时还要注意将 它们安装在特定气体最可能泄漏的部位，比如要根据气体的比重选 择传感器安装的最有效的高度等等 气体传感器”包括：半导体气体传感器、电化学气体传感器

6、、催化 燃烧式气体传感器、热导式气体传感器、红外线气体传感器、固体 电解质气体传感器等。 选用：红外气体传感器（由于价格昂贵，用于各别特殊不易察觉的 区域）及仪器应用广泛， 优点：适用于监测近乎各种易气体。具有精度高、选择性好、可靠 性高、不中毒、不依赖于氧气、受环境干扰因素较小、寿命长等显 著优点。并在未来逐步成为市场主流。 UV紫外线火焰探测器 由于紫外线频带的波长比较短,因此易被周围的物质, 如烟尘、有机物蒸气和其他一些气体吸收, m的辐射 (太阳光中也有这尤其是波长小于0.3种频段的辐射), 更易被环境中的气体吸收。但从这个角度来说,由于太 阳光中这一频带的辐射能(无臭氧层空洞)被空气

7、中的 某些物质吸收,反倒不容易使探测器误报警。UV紫外线 探测器探检火焰的原理,是在可燃物质燃烧或爆炸刚点 燃的瞬间,会以极快的速度(34毫秒)辐射出较强能量 的紫外线。像闪电、电弧、电焊光和透过臭氧层空洞 的太阳光等,很容易引起UV紫外线型火焰探测器的误报 警。 火灾探测与红外视频图像技术相结合 可视化程度高 响应速度快 实时自诊断功能 探测距离远、保护面积大 具有存储、回放图像功能 宽温度运行范围 技术指标: 工作电压：DC18DC26V 额定功率：6W 环境温度：-1055 环境湿度：95RH（40 + 2） 安装方式：壁装、吊挂 信号输出：视频信号75 最大探测距离：100m 一列CR

8、H380AL型动车组列车上有探测器117个，安装在 车厢客室顶板、配电柜、卫生间、餐车操作间等动车 组列车易发生火灾的各个关键、重点处所，实时监控 安全。 动车组列车烟雾报警系统主要由探测器、回路模 块、中央控制单元（主机）组成。在日常运行中，每 节车厢内的回路模块负责对本车厢各探测器电子数据 进行统一收集，并实时传输至监控室内的主机。主机 对各车厢回路模块传送过来的数据进行整理、分析、 判断后，在显示屏上用汉字直观反映探测器状态。同 时，主机将烟感监测结果发送至司机室内的故障诊断 屏上，达到全方位监控动车组列车消防安全的目的。 将火灾报警系统设计成两个部分组成：火灾探测器 和火灾控制器。火灾

9、探测器采用烟雾和温度复合探 测技术，控制器上设有报警蜂鸣装置和探测器状态 指示灯。烟火控制器则主要负责处理由探测器发送 的火警警报，系统有火警时，报警蜂鸣蜂鸣，状态 灯变为红色，以提醒列车工作人员和乘客，并向列 车控制单元(VCU)发出报警信号，列车控制与监测 系统(TCMS)通过列车总线(WTB)获得整车火灾报警 系统的状 态，其系统结构如图31所示。 火灾探测器模块组成： (1)处理器在线编程模块 为方便系统升级，处理器设计有ICSP编程接口电路，处理器设计有ICSP编程接口 电路，考虑PICl6F873A的编程电压VPP和主复位MCLR引脚复用，因此ICSP接口电 路设计要综合考虑复位电

10、路的基本功能。 (2)烟雾、温度数据采集模块 本设计采用烟雾、温度复合传感器，其中烟雾传感器选用当前主流的光电传感器 和 散射烟雾检测室，并设计了红外发光管驱动电路和光电检测电路。温度传感器则 使用集 成温度传感器芯片直接采样得到环境温度信息。 (3)输入输出模块 (4)串行通信模块 (5)电源变换模块 火灾报警控制器主要功能是控制六路探测器的状态 显示、蜂鸣器、向探测器发送故 障诊断信号和向VCU发送报警信号等。控制器可分为 五个功能模块，如图33所示。 传感器信号调理电路框图传感器信号调理电路框图 调理电路中的信号隔离技术调理电路中的信号隔离技术 电磁电磁 谐波谐波 尖峰尖峰 脉冲脉冲 1

11、.光电耦合的主要优点是能有效地抑制尖峰脉冲及光电耦合的主要优点是能有效地抑制尖峰脉冲及 各种噪声干扰，使信号传输过程的信噪比大大提高。各种噪声干扰，使信号传输过程的信噪比大大提高。 2.光电耦合器输入部分的发光二极管是在电流状态下工作的光电耦合器输入部分的发光二极管是在电流状态下工作的 ，（一般导通电流为，（一般导通电流为10mA15mA）即使有很大幅度的干扰）即使有很大幅度的干扰 ，这种干扰也会由于不能提供足够的电流而被抑制掉。，这种干扰也会由于不能提供足够的电流而被抑制掉。 信号隔离：信号隔离： 其他其他 硬件框图及软件流程图设计硬件框图及软件流程图设计 传感器 信号采 集部分 信号调理

12、电路 A / D 转 换 数据处理中 心 监控系统 响应系统 调理电路 多传感器的融合方法主要有加权平均、卡而曼滤波、 贝叶斯估计、统计决策理论、证据推理、模糊逻辑、 模糊神经网络法等。 “信息融合”就是对多传感器的数据进行多级别、多参次、多方面 的处理。充分利用多个传感器资源 ，通过 对各种传感器及观测信 息的合理支配与使用，将各种传感器在空间和时间上的互补与冗余 信息依据某种优化 准则组合起来，包括对多源数据进行检测、相 关、组合和估计，产生对观测环境的一致性解释和描述 从理论上讲，系统采用的火灾参量越多，系统智能化水 平越 高，误报率、漏报率将会越低。因此，文中选择 烟雾浓度、 温度、C

13、O 浓度作为火灾参量进行复合探测。 早期的系 统多 采用集中控制方式，探测器只是一个纯粹的传感 器，它随时 将采集到的信号传递给控制器，由控制器对 这些信号进行处 理、判断得出结果。这样系统成本低、 信号处理算法简单， 但是当系统规模过大时，会产生控 制器负担过大、响应速度 慢、系统可靠性降低等不利因素。为了克服这些缺点，逐渐采 用分布式控制方式代 替集中式控制方式。于是我们采用的是 火灾探测报警系统 采用分布智能式控制方式。 我们研究的火灾探测报警系统，由 STM32 作为处 理器，分别 设计了火灾报警控制器和复合火灾探测器， 形成分布式控制的 火灾报警系统。复合探测节点实现 对烟雾浓度、温

14、度和 CO 浓 度信号的采集，在探测节点 实现了火灾信息的处理和判断，减 轻控制器的负担; 通 过 ZigBee 无线网络将信息传输给火灾报 警控制器; 由 火灾报警控制器进行火灾数据的存储和显示以及 对探 测节点的统筹管理。系统的整体结构框图如图 1 所示 ( 1) 复合探测节点，通过 3 种传感器采集现场的 环境信号，利用智 能算法对火灾信息进行处理，利用 ZigBee 通信模块将信息传输给火 灾报警控制器。若发 生火灾则启动报警装置，同时向火灾报警控制器 发送 火警信息，若无火灾，则定时向火灾报警控制器发送验 证信号 供火灾报警控制器处理，如图 2 所示。 ( 2) 火灾报警控制器，负责

15、接收复合探测节点的 信息，通过时 钟芯片记录火灾的时间以备事后查询，利 用 SD 卡存储历史信息， 在液晶屏上实时显示相关检测节点信息，在检测到报警信息时能 够启动报警并开 启执行装置，同时能定时检测各复合探测节点， 判定其 是否正常工作，如图 3 所示 目前各类型的火灾探测器 MCU 都是利用单片机 技术，系统选用和 8 位单片机价格相当的 32 位处理芯 片的 STM32F103RBT6 作为火 灾报警控制器和复合探 测节点的主控芯。STM32F103RBT6 是 ST 公 司推出的32 位微控制器，使用了先进架构的 ARM Cortex M3 内 核，其灵活的静态存储器控制器能方便地与许

16、多存 储器和外设连接， 同时由于其具有丰富的片上外设，从 而简化外围电路设计。2. 1 微控制器电路设计 微控制器 STM32F103C6 最小系统电路包括电源 电路、时钟电路、复位电路。电源和复位电路如图 4 所示。 把采集到的温度、烟雾和 CO 数据转化为实际的 温度值、烟雾浓度 值和 CO 浓度值，并提取相关数字量 用来判断是否有火灾发生。火 灾判断根据以下 6 个变 量: 温度值 T、烟雾值 S、CO 值 C、温度 上升量 T、烟雾 上升量 S 和 CO 上升量 C。当温度、烟雾或 者 CO 值达到阈值时，进行火灾预警，接着关注 T/、 S 或者 C 是否达到阈值，如果是则判断火灾发生，发出报警 并将信息传 送给火灾报警控制器，否则返回预警状 态。火灾判断流程如图所示。 主程序主要包括对 STM32 芯片的通信程序、SD 卡存储程序、LCD 显示程序 等。当火灾报警控制器接 收到探测节点发送的信息后，存储在一个循环队 列中， 在主界面上显示出相关的探测节点信息。当判断有异 常情况发生时， 显示出异常情况并