摘要：為有效預測電氣火災的發(fā)生趨勢，減少人們生命和財產(chǎn)損失，提出一種基于SoPC系統(tǒng)和CAN總線的電氣火災預警系統(tǒng)方案，該系統(tǒng)利用SoPC技術減小了火災報警系統(tǒng)監(jiān)控節(jié)點的設計復雜程度，同時結(jié)合現(xiàn)場總線通信距離遠，抗干擾能力強，實時性好的優(yōu)點，有效地保證了該系統(tǒng)的預警監(jiān)測范圍。與傳統(tǒng)的火災報警系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)的主要優(yōu)點有2個，一是該系統(tǒng)側(cè)重對電氣火災的預測與預報，在火災發(fā)生之前報警以減小損失；二是每個監(jiān)控節(jié)點都帶有高性能嵌入式軟核處理器，使單個節(jié)點具備火災預測信息處理的功能，大大增加了對電氣火災預測的準確率，同時減少了上位計算機的負擔。
關鍵詞：CAN總線；電氣火災；預測；SoPC

0 引言
如何有效地預防火災事故一直是全社會關注的問題。近年來，全國居民用電設備逐年增加，由此引發(fā)的火災事故有不斷上長的趨勢。據(jù)公安部調(diào)查統(tǒng)計，2009-01-09，全國共發(fā)生火災106 191起(不含森林、草原、軍隊、礦井地下部分火災)，死亡831人，受傷509人，直接財產(chǎn)損失10．6億元。其中，電氣引發(fā)火災31731起，造成死亡265人，受傷114人，損失41514．6萬元，分別占總數(shù)的29．9％，31．9％，22．4％和39．1％；居各類火災事故之首。這類火災事故不僅僅造成人員傷亡和經(jīng)濟財產(chǎn)損失，還有可能引發(fā)火災發(fā)生地及附近區(qū)域電力系統(tǒng)的大面積癱瘓，給社會生產(chǎn)和人們的生活帶來極大的不便。
火災預警系統(tǒng)在早期預測、及時發(fā)現(xiàn)與報警以及消防聯(lián)動等方面都起著重要的作用，早期的火災預警系統(tǒng)存在線路繁雜、檢修不便、有效范圍小、實時性低、誤報與漏報率高等諸多缺陷。本文提出的火災預警系統(tǒng)充分發(fā)揮CAN總線與SoPC系統(tǒng)的優(yōu)點，有效克服了上述缺點，能對智能樓宇小區(qū)、賓館、醫(yī)院、娛樂場所等人員密集的區(qū)域的用電情況進行實時監(jiān)控，并預測火災發(fā)生的趨勢，將檢測結(jié)果通過CAN網(wǎng)絡系統(tǒng)送至監(jiān)控室，以便及時提醒值班人員采取有效措施防止火災事故的發(fā)生。

1 系統(tǒng)工作原理與結(jié)構
1．1 火災預警系統(tǒng)的工作原理
電氣火災預警系統(tǒng)一般是通過多種傳感器采集電流、電壓、溫度相關數(shù)據(jù)，送至監(jiān)控智能節(jié)點中進行分析處理，通過數(shù)據(jù)異常變化的趨勢預測火災發(fā)生的機率。同時，將這種預測結(jié)果在主監(jiān)控室的上位機中顯示出來，以便讓值班人員圾時了解火災發(fā)生的可能性，采取有效措施制止火災事故的發(fā)生，如果無法控制險情，則及時向特定區(qū)域發(fā)出警報信號，有序組織相關人員撤離以避免人員傷亡。并且，火災預警系統(tǒng)還應該具有在火災事故發(fā)生后正確啟動消防聯(lián)動系統(tǒng)和保護周邊區(qū)域電力系統(tǒng)不受事故影響、保持正常工作的功能。
火災預警系統(tǒng)設計的關鍵有2個，一是要實現(xiàn)大范圍的實時監(jiān)控，同時要保證監(jiān)控地點的設備與值班室上位機之間快速、可靠的通信，及時讓值班人員了解信息，CAN總線與一般的通信總線相比，它的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性，另外，CAN網(wǎng)絡的有效節(jié)點高達110個，能很好地保證CAN總線監(jiān)控系統(tǒng)的有效覆蓋范圍。CAN總線具有廣泛的應用領域，目前已經(jīng)成為國際標準；二是對于火災趨勢預測的準確性與可靠性，盡可能的減少因誤報和漏報而帶來的人員恐慌。
1．2 火災預警系統(tǒng)的結(jié)構
本次設計的系統(tǒng)為分散式控制系統(tǒng)，采用三級級聯(lián)結(jié)構，由上位機，USB-CAN轉(zhuǎn)接口和CAN總線監(jiān)控節(jié)點3個部分組成。其中，上位機的主要作用是讓值班人員通過上位機了解目前系統(tǒng)的監(jiān)控情況，并對整個系統(tǒng)進行控制；USB-CAN轉(zhuǎn)接口負責上位機與CAN網(wǎng)絡的連接；CAN總線監(jiān)控節(jié)點用于完成數(shù)據(jù)采集和部分數(shù)據(jù)分析功能，CAN網(wǎng)絡負責上位機與CAN總線節(jié)點間信息的傳遞。CAN總線網(wǎng)絡結(jié)構的有效節(jié)點可達110個，并且還可以通過中繼進行擴展，有效保證了系統(tǒng)的監(jiān)控范圍。系統(tǒng)的具體結(jié)構如圖1所示。

2 系統(tǒng)設計中的關鍵問題
2．1 硬件設計中的關鍵問題
系統(tǒng)硬件設計的關鍵問題有2個，一是監(jiān)控數(shù)據(jù)的采集與信息處理；二是CAN總線網(wǎng)絡接口的設計。本系統(tǒng)監(jiān)測的對象為電力低壓線路，主要監(jiān)測電流、電壓、溫度和漏電流等參數(shù)。監(jiān)測節(jié)點包括FPGA、互感器及信號調(diào)理電路、模／數(shù)轉(zhuǎn)換電路、存儲電路、顯示電路、語音報警電路、CAN總線控制器及其收發(fā)模塊、鍵盤接口和脫扣裝置與保護電路等模塊，其中FPGA選用Altera公司生產(chǎn)的EPC28Q208C8N芯片，主要作用為負責各參數(shù)的數(shù)據(jù)采集和分析相關數(shù)據(jù)并進行火災預測；存儲電路用于存儲監(jiān)測結(jié)果和相關參數(shù)；互感器及信號調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路模塊用于采集相關數(shù)據(jù)，并在液晶顯示模塊中顯示出來；CAN總線控制器及其收發(fā)模塊模塊負責上位機與監(jiān)控節(jié)點間的通信；語音報警模塊
用于報警并通知人員撤離；鍵盤電路用于設置參數(shù)和查詢；脫扣裝置與保護電路則是在線路出現(xiàn)嚴重故障情況下隔離火災地點與周圍區(qū)域的電力線路，保證其他用電設備不受其影響，其具體結(jié)構如圖2所示。