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基于区域控制网络(CAN)的智能家居自动化火灾报警系统Kyung Chang Lee, Hong-Hee Lee摘　要：本文提出一个应用区域控制网络(CAN)的火灾报警系统并评估其应用于智能家庭自动化控制的可能性。通常，传统的火灾报警系统有一些不足，例如由于其使用4~20mA的模拟电流信号，噪声对其干扰很大。因此，本文为替代原有系统，提出了一个基于CAN的火灾报警系统，阐述了CAN通信网络的设计方法并进行试验评估该系统的性能。这个网络有以下几个优点，如比其他底层BACNet(如以太网、ARCNET)有更低的成本且更容易实现。因此，如果CAN被选为底层BACNet，家庭自动化系统将会更有效。关键词：网络型火灾报警系统；区域控制网络(CAN);家庭自动化系统；家庭网络系统；智能建筑引言当前，建筑的智能化为人们带来更多的方便与安全1-2。因此，家庭网络自动化系统的要求随着智能家居要求的增长而日益增长3。为了满足使用者的需求、家电(如冰箱和微波炉)、多媒体设备(如电视和音响系统)和网络设备(如电脑)已被包括在智能建筑，如图1。在智能家居，我们可以在房内或是户外用一个手机或PDA监控连接到家庭网络的电器。为了实现家庭网络系统，一些标准组织、企业正在开发Echonet,Konnex,LnCP和LonWorks等网络标准4。图1　家庭网络系统原理图另外，为了提高人们生活的舒适与安全正在完善如强电控制、照明、防盗、火灾报警等家庭自动化系统。通常，在传统的家庭自动化系统中，开关、阀门或者火灾探测器都直接与空调设备或火灾报警系统相连。传统火灾告警系统采用4~20mA电流的模拟传输方式，当从火灾探测器接受的电流信号超过阈值，判定发生火灾。因此，该系统存在一些不足，它容易受到包括尖脉冲等不同形式的干扰，同时它不能判断实际的燃火点。为了解决这些问题，业界已经开始研究用数字、无线传输技术的系统替代以往模拟传输的系统5-6。同时也在BACNet、LonWorks等方案中研究确定本系统所要使用的通信协议7。最近，研究人员提出使用日益被自动化领域重视的区域控制网络(CAN) 8-10应用到家庭网络中来9。由于半导体制造公司以完成了CAN微控制器片上产品的开发，大量低成本的CAN开发工具涌入市场。同时在汽车、机械、工业自动化系统等各种领域中，开发了许多的应用程序。在家庭自动化系统使用面向传感器与控制器层的网络比使用底层BACNet的以太网更加直接，所以这种方案使得家庭网络系统更易实现。本文介绍了一种基于CAN的火灾报警网络，并评估了其可行性。本文包括本段引言，一共有五个部分。在第二部分，文章给出了本系统的网络架构。第三部分提出本系统的设计方法并证明了本系统可以满足家庭自动化系统的实时性需求。第四部分介绍了本系统的可行性验证试验。火灾报警系统结构传统的火灾报警系统图2(a) 展示了传统火灾报警系统的结构。如图所示，火灾传感器（例如烟雾探测器、温度传感器等）和驱动器（例如指示灯、防火墙、灭火喷头、通风系统等）以4~20mA的电流信号通过专门的模拟信号线连接到接收器。在特殊情况下，负责同一地区的多个火灾探测器可以作为同一个信号连接到同一根信号线上。图2(b) 展示了传统火灾报警系统的探测器与接收器的连接方法。当火灾发生时，探测器发现相关火灾信息后，将信号线短路，使得电流增大；接收器发现相应的电流信号变大，从而得知发生火灾，通过响铃或者信号灯等方式进行报警。(a)传统火灾报警系统的基本结构(b)传统火灾报警系统连接方法图2　传统火灾报警系统的基本结构通常，在传统火灾报警系统中，连接在同一信号线上的任意一个传感器当发现火灾时，都会使得此线的信号电流变大，因此接收器无法判断这条线路上的哪一个传感器就行了告警，也就无法判断具体那里发生了火灾。此外，因为接收器只是根据信号电流超过阈值断定发生火灾，所以它不能通过火灾探测器探测现场的烟雾浓度或是温度。如果由于老化或者腐蚀使得信号线路发生故障，接收器就不能进行火灾报警，也不能判断检测出线路的故障。所以传统的火灾报警系统有很大的几率会失效。网络型火灾报警系统图3展示了网络型火灾报警系统的网络架构，它可以克服传统火灾报警系统的缺点。如图所示，火灾探测器、灭火器、响铃、显示设备连接到同一传输总线，以数字交换的方式传输信息。通过这种连接方式，由于每一个火灾探测器都有属于自己的唯一地址，接收器就可以识别是哪个探测器进行告警。此外，由于接收器定期检测各个火灾探测器的状态，它可以发现诸如探测器故障或是传输总线开路等系统故障。另外，因为各个探测器将烟雾与热度的定量数据发送给接收器，所以错误警报要少于传统火灾报警系统。在同一区域安装多个火灾探测器，接收器可以到各位置直观的烟雾、热度数据，因此本系统可以直接应用于智能火灾报警系统并能使用推理算法。同时