船舶火灾智能监控系统

船舶火灾智能监控系统（共10篇）

船舶火灾智能监控系统 篇1

0 引言

智能监控系统通过实时监控和录象能及时、准确地反映和记录被监控现场的实时状态,满足了人们对安全性的要求,因此智能监控系统得以广泛的应用。随着网络技术的飞速发展,通过网络可对监控现场实现远程、集中监控,从而进一步节省人力、物力,实现恶劣场所的无人值守。将先进的智能监控技术应用到船舶机舱远程监控系统,借助于数据传输、电子邮件等各种通信手段,执行船与岸,船与船之间对话,进行各种信息交流、咨询、设备维护、故障诊断、资料查阅、备件查询、船舶管理等业务活动,从而最大程度地提高船舶航行的安全性、可行性和经济性。

1 船舶机舱智能监控系统

船舶机舱智能监控系统提供了一个综合视频、音频、多种数据交互的多角度、多业务、多层面的多维船舶监、控、管一体化平台。它提供船舶内部视频资源的采集、压缩、存储等功能。能将捕获的视频流经压缩单元(H.264/MPEG4)处理后经船内常规网络和卫星无线网络实时传输到岸地,同时将采集的各种机舱状态信号实时的传输到各个船舶监管人员房间的PC机,用以实时监控显示、数据分析等,监控系统框架结构图如图1所示。

网络视频技术的介入为船舶提供了一个更为多元化的工作环境,利用这样的特点和优势,相关工作人员可以根据需要,在日常的工作中开展多种多样的视讯应用,如开展船岸办公会议、船岸远程管理、船舶远程故障诊断,触发报警(利用移动侦测技术)等,提高船舶的安全性、协同性和运输效率。

2 机舱实时数据分析

由图1可知,智能监控系统除了实时监控之外,另一个主要功能就是它采集来的数据信息可以供机舱管理人员来进行分析和比较。图2是软件的组成结构图,可以看出显示软件主要完成机舱内各种数据及警报的实时显示和历史数据的查询功能。主要由三部分组成:主机及辅助系统显示、电站及相关系统显示、航海数据显示。主机及辅助系统显示又分为燃油系统、滑油系统、冷却水系统、增压系统、压缩空气系统等。每个部分设计成友好的人机界面,方便机舱管理人员的操作,对于主机及辅助系统的重要参数设有实时图形显示系统方便机舱管理人员比较分析,同时对于这些重要的参数设有实时的曲线绘制,方便机舱管理人员对不同气缸不同时间的参数值进行比较,给船舶机舱管理人员的工作带来很多的便利,例如图3所示为某时主机各参数的数字量显示,我们可以清楚地看到个参数的值。

服务器端软件主要由数据备存,机舱巡检系统数据模块组成。机舱巡检系统模块负责采集来自机舱巡检系统的RS485总线MODBUS协议的数据,以组播的UDP方式送到各个Web页面显示。数据备存系统负责存储采集到的数据到中央SQL-Server数据库。热备冗余切换模块负责主备两台工控机的热备切换,并且两个计算机间的模块也可以实现热备切换。

3 系统开发过程中的技术难点

3.1 云台控制

云台及解码器(解码器是监控系统中的前端控制设备,通过解码器可实现对万向云台、变焦镜头、辅助开关等设备的控制)装在摄像机端(即服务器端),如果想在控件端(即网页客户端)控制云台的动作,则必须通过网络向服务器端发送动作控制命令,而且要在服务器端集成串口通信功能,根据解码器设定的地址及协议向解码器发出动作指令,然后由解码器来驱动云台完成要求的动作。

本系统采用的解码器协议为PELCO-D,该协议的具体格式如表1和表2所示:

例如,想让云台向左转,则可通过串口向解码器发送字串FF 00 00 04 01 00 05。

3.2 串口通信设计

为避免直接用Windows API函数来编写串口通信程序的烦琐。本文提出了另一种封装性很好的使用VC++6.0自带的"Microsoft Communications Control"控件的编程方法,通过对该控件的正确使用,我们可以比较轻松地编写出所需的串行通信程序。

当我们在服务器端建立了串口通信模块后,我们就可以在客户端“设置及参数调节”对话框按钮的响应函数中利用UDP协议向服务器端发送对应的字串命今来控制云台的动作了。

按照上文的思路将我们需要的功能控件一一开发完毕,再将它们打包嵌入网页中,然后我们就可以把嵌入控件的网页挂在服务器上为我们的客户端浏览器提供基于Web的相关服务了,其实时监控效果如图4所示。

4 结束语

船舶机舱智能监控系统易于实现,成本低,扩展性好,每个单独的功能模块都可应用于各种类型的船舶上以及相关的岸地部门。该系统的应用不仅可以提高船舶机舱监控的效率和精度,而且还能把船舶管理人员从繁重的值班巡检劳作中解脱出来,进而提高了船舶生产营运过程中的安全性和船舶运输生产效率。

摘要：本文旨在将先进的智能监控技术应用到船舶机舱管理领域,设计了出机舱智能监控系统。该监控系统将采集到的实时视频信号、各种机舱设备实时状态信号集成到网页中,使船舶机舱监管人员一目了然。

关键词：船舶机舱,监控,数据采集

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智能火灾探测系统设计与实现 篇2

关键词: 火灾探测;神经网络;模糊规则

DOI:10.3969/j.issn.1672-8289.2010.10.057

引言

火灾自动报警系统领域中网络化、自动化技术虽已日臻完善,但火灾探测器还存在着误报和漏报等问题。火灾探测器探测火灾的准确性将直接影响整个自动报警系统的性能。因此,火灾探测器技术已成为该领域的主要发展方向。

针对烟火探测非线性复杂系统,本课题利用模糊神经网络的自适应性对不同环境进行学习,自动生成适应与现场的隶属度函数和模糊规则,从而提高探测器灵敏度、减少误报率。

1.智能火灾探测系统结构

火灾探测系统硬件主要由单片机,A/D转换,烟雾传感器,CO气体传感器,温度传感器,输出显示电路,报警电路以及稳压电路组成。

图1 火灾探测系统结构

探测系统是一种复合式火灾探测系统。烟雾传感器和CO气体传感器输出模拟信号经过放大器放大信号再由A/D转换器为单片机提供数字信号。DS18B20数字温度传感器在与单片机连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯,测量结果以9~12位数字量方式串行传送,自带高速暂存器RAM和可电擦除RAM。采用液晶显示屏显示当前环境的烟雾,CO气体和温度值,并且在传感器发生故障,单片机检测不到输入信号时会及时显示故障和报警。探测系统检测或预测到火灾发生立即驱动蜂鸣器报警和输出信号驱动灭火装置并显示当前情况。

1.1 温度传感器模块

采用DALLAS公司生产的单线数字温度传感器DSI8B20为感温模块,它具有经济性好、抗干扰能力强和使用方便,测温范围宽,精度高等优点,而且它是数字式温度值,可以直接读取数值不需要再进行AD转换,这样就大大简化了外接电路。

1.2 烟雾传感器模块

采用国产型号HQ22 型气敏元件,其结构如图3 所示。HQ22 气敏管A～B 之间的电阻,在无烟环境下为几十千欧,在有烟环境

图2 烟雾探测电路图

中阻值可下降到几千欧,一旦气敏管检测到周围环境中有烟雾存在,A～B 间电阻迅速减小。

1.3CO 探测电路

采用TGS813 型旁热式SnO2 气敏元件,它对co 有很高的灵敏度,有较好的选择性、且稳定性好。

图3 CO探测电路图

由于SnO2 气敏元件易受环境湿度的影响,因此在使用时,为了提高仪器和设备的可靠性,在电路中要加湿度补偿,并选用温湿度性能好的元件,温湿度补偿电路由RT 和R2～R6 组成,热敏电阻RT 与气敏元件共接于运算放大器UI 的反相端,与Vr 、R7 、R8 构成差动放大电路,经二阶带通滤波后输入到AD7705 ,图中要求热敏电阻RT 的电阻温度系数与气敏元件温度系数相同或相近,当周围环境温度升高时,绝对温度升高,气敏器件阻值降低,其分压降低;此时热敏电阻阻值降低,则R3 分压增大,从而实现补偿,这样可以减少温度对CO 传感器输出的影响,提高了电路的检测精度。

2. 模糊神经网络算法

网络结构如图4所示

图4 模糊神经网络结构图

首先对信号进行归一到[ 0 ,1 ]之间任一值,利用神经网络学习和联想能力对输入的信号数据记忆、存储、比较、分析、统计处理,并输出相应的无火、阴燃火、明火的隶属度函数;然后利用模糊推理系统对神经网络的输出进一步推理判断、最后经过非模糊化得到火灾或非火灾的最终判别输出

2.1.2 BP神经网络算法

网络隐含层与输出层的神经元均采用正切函数作为传递函数,即

则隐层的输出为:

网络输出为:

以上各式中 为输入; 为输入节点与隐含层节点间的网络权值, 为隐含层节点与输出层节点间的网络权值; , 分别为隐含层和输出层节点阈值; 为网络的输出。

误差计算公式为

其中, t为网络期望输出值, 为网络实际输出值, 为平 方和误差。采用标准的BP学习算法,通过学习训练修改权值 和阀值 最终使误差达到最小,训练方法采用梯度下降法。

输出层权值修正公式为

式中 为迭代次数, 为输出层权值修正值的函数误差的梯度下降系数, 为输入节点误差, 为隐层节点输出。

输出层阈值修正公式为

隐层节点各权值修正为:

式中 为隐含层权值修正值的函数误差的梯度下降系数,

为输出节点误差。

隐层节点阀值修正公式为

本系统采用三个输入信号:CO浓度、烟雾浓度、温度作为神经网络输入层的神经元;输出为三个概率:明火的概率、火灾危险性、阴燃火的概率,隐层神经元个数根据经验与反复试验确定为15个。因此,神经网络结构为 3-15-3。

2.1.3.模糊推理

神经网络的输出时火灾和阴燃火发生的概率,它们只能表示火灾的可能性有多大。很容易看出,当明火概率大于0.8时,可以肯定发生了火灾,而当明火概率大于0.8时,可以肯定发生了火灾,而当明火概率大于0.2,且阴燃火概率也很小时,可以认为没有火出现。难于判决的是明火概率在0.5附近,特别是采用门限方法来判决时,若门限限定为0.5,而网络输出为0.49和0.51时则很难做出判断。为了更接近实际和模拟人得判断,这里采用模糊推理方法对神经网络输出作进一步处理。

首先对神经网络输出信号通过隶属函数进行模糊化,在模糊系统中,隶属度函数的确定是比较困难的,这里采用最常用的指派法。考虑到火灾概率最难判断的区间在0.5附近,隶属度函数应对输入值在0.5附近适当展宽,因此可以采用一种正态分布作为模糊化隶属度函数

式中 为明火或阴燃火概率;A(x)为其相应的隶属度的模糊量; 和 是用来调整隶属函数的形状( =0.2, =0.4)。

考虑到对火灾信号神经网络输出的火灾概率通常都会长时间出现较大值,而干扰信号即使会引起较大输出,一般也只是短时间的。为了增加系统的抗干扰能力,本文引入了火灾概率持续时间函数d(n)的概念

式中 为单位阶跃函数; 为判断门限,这里取为0.5。

当火灾概率 超过 ,则被累加,否则 =0, 为离散时间变量。模糊推理系统根据火灾模糊量和火灾概率持续时间进行推理,若用A(xf)表示明火模糊量,表示阴燃模糊量,设明火或阴燃火模糊量大于0.5为“大”小于0.5时为“小”,持续时间大于8s为“大”,小于8s为“小”,则推理规则可以确定如下;

if[A(xf)为“大”]“与”[ 为“小”]“与”[为“小”]then[输出为非火灾]。

“或”if[A(xf)为“小”]“与”[ 为“大”]“与”[ 为“小”]then[输出为非火灾]。

“或”if[A(xf)为“大”]“与”[ 为“大”]then[输出为火灾]

“或”if[A(xf)为“大”]“与”[ 为“大”]then[输出为火灾]

2.1.4软件设计

将烟雾、CO、温度各传感器在现场所采集的数据送入单片机内,通过神经网络计算出阴燃火和明火的概率,若能明显判断出发生火灾则立即驱动蜂鸣器报警,若不能够明显判断是否发生火灾,则通过模糊规则推理判断出是否报警。软件流程图如图所示:

图5 火灾探测软件程序流程图 图6 Matlab训练过程图

3.实验仿真

将样本值输入神经网络,采用软件Matlab对神经网络进行训练,训练过程如图6所示:

表1.训练结果输出与样本值对比

由结果可见,训练后所得到的实际值与期望值相当接近,因此训练效果良好,证明本系统可以采用神经网络予以应用。

4.结 语

本文设计的智能型火灾探测器,是现代智能控制理论在消防自动化系统中的应用,也是对目前消防自动化系统的一种智能化改进和完善。根据MATLAB软件仿真及实测数据,表明系统提出的模糊神经网络的算法基本达到了预期目标。归纳起来,该系统从理论和技术上具有以下优点:1、多传感器的信息融合

2、具有智能化判断能力

3、具有高的可靠性、安全性、可维护性

4、将持续时间、明火概率、阴燃火概率作为决策因子

5、具有良好的人机界面和网络通信功能

参考文献

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资助项目:成都大学首届创新性实验项目

作者简介: 于楗辉,男,本科生,专业方向:工业自动化;

船舶发电机智能故障诊断系统 篇3

1故障诊断系统的定义

在一定条件下通过某种手段查明是哪个系统出现了问题, 出现了什么问题, 问题严重性, 问题的解决方法, 以及预测某个问题的发展程度做好准备等, 即指通过表面想象去判断其本质, 用现在和过去的现象推测未来。在船舶发电机系统中, 可以通过船舶各项可测量的参数以及船舶各项部件的运行状况去判断设备的运行状况, 出现异常就需判断其故障的原因与位置, 做好预防措施。故障诊断就是通过检查各项部件的参数及征兆等信息对设备进行全面的识别, 完成设备诊断的过程。为了更方便的获取信息, 减少不必要的麻烦, 智能故障诊断技术很大程度上符合人们的要求, 更方便实施。

常见故障与智能故障诊断方法

发电机常见的故障

船舶发电机主要故障有:转子故障、轴承故障、气隙偏心故障和定子故障等。其多表现在机械类和电气类故障, 其中机械类主要有转子轴承的不转动、轴承异常噪声及振动、发电过热等故障。电气类主要包括正常操作、启动和空载运行三个方面, 在正常操作中可能会因电压的突变引起操作使电压的异常;在启动时可能出现电压值忽高忽低, 或无电压的现象;在空载运行中正常的电压由于加入负载导致电压的波动等。

智能诊断方法

1. 知识故障诊断法

知识故障诊断法包括专家系统的故障诊断法、人工神经网络故障诊断法和模糊逻辑推理诊断法。

专家系统故障诊断法是指由业内专家的经验所建立的, 当船舶发电机正常运行时发生故障时, 系统会自动检查出是那个部位出现了问题给出合理化建议。系统还可以记录不能识别的故障, 等待专家来处理, 记录处理方法, 完善系统资料。使系统智能化逐渐加强, 应用在各个系统中。

人工神经网络具有并行处理、自主学习和处理非线性的能力, 而且不用建立数学模型, 所以在非线性故障中非常适合。系统可以设置多种神经网络模式, 每种模式是根据特定的学习方法, 把收集的频率及信号设为神经网络的输入, 并设定输出的条件, 进行网络练习, 确定准确的权值。通过对网络模式的编辑, 把异常信号输入整理好的神经网络系统, 系统则可以自动对其进行网络处理, 明确指出故障部位以及处理方法。

模糊逻辑推理诊断法是把专家知识结构和基本出处理法结合在一起, 形成一个模糊逻辑的存储库, 充分利用已有的资源和经验, 找到更适合的处理方法, 在故障诊断中合理的运用。

2. 信号处理方法

信号处理方法中的典型是小波变换诊断法, 不需要精确的数学模型, 简单方便, 因此适用性是非常好的。

小波变换诊断方法是通过检测信号波动、异常来找出信号异常的位置, 也可以检测信号频率的波动。所以小波变化诊断法可以通过信号来处理设备的异常故障。

3.信号处理方法

是指利用外观估测器输出的估计值和实际测取的数值进行数据分析, 推测故障发生的原因与位置。

单纯使用一种方法很难起到很好的效果, 在船舶发电机现实应用中, 可以根据问题的情况结合使用各种故障诊断方法对故障进行处理, 把各自的优势结合起来方便处理故障。

2的发展现状船舶发电机智能故障诊断法

发展历程

故障诊断技术经过数年的发展, 已经成为世界各国关注以及研究的重点。初期时, 由于社会经济发展有限, 生产水平和科学技术的落后, 人们对故障诊断的认识还是比较浅薄。基本都是出现问题了, 才去解决, 这会浪费很多时间与精力, 而且导致停止运行, 会造成很大的经济损失。伴随着世界经济的发展, 科学技术的不断推进, 人们已经认识到了故障诊断的重要性。开始对其进行定期的检查与维修, 做好一系列的监控预防工作, 处于预知维修阶段。这样诊断工作有了很大的提高, 减少故障发生频率。

我国故障诊断技术同样也是随着社会经济的发展不断完善, 主要有两个进程阶段:在二十世纪七十年代末我国就开始对国外的先进思想开始学习, 对一些故障诊断方法有了初步的认识。在二十世纪八十年代初, 我国就开始全方位的学习研究故障诊断法, 以及从国外学习智能故障诊断法, 这使故障诊断的研究在我国有了新的里程碑, 推动了故障诊断的发展并取得了影响世界的新成果。如:刘彦呈教授对船舶发电机电闸间短路故障新的诊断识别方法与解决方式;党存裕教授对船舶发电机数学模型的仿真。获取了大量数据样本, 利用神经网络进行诊断识别取得了巨大成绩等。

故障诊断技术在这30多年中, 不断改进又有了翻天覆地的改变, 从最开始的简单化到技术化再到智能化不断地飞跃。简单化阶段主要是由人员进行维修, 设备简单, 只能通过个人的经验来进行推测诊断, 这种方法简单化, 但对维修人员的技术要求非常高, 局限性比较大, 还费时费力;技术化阶段是利用建立数据模型, 运用动态测试技术和传感技术处理信号的故障诊断方法, 但对数据模型的建立要求需要非常精确, 否则就会有误差, 效果不是特别的理想化;智能化是利用专家系统的故障诊断法、人工神经网络故障诊断法和模糊逻辑推理诊断法。各种方法的配合下已经有了很大改进, 但智能诊断法还需不断地完善。

未来的发展趋势

船舶发电机是一个非线性函数系统, 而且复杂多样, 致使其故障的诊断十分困难, 因此应该把先进的科学诊断法与传统的经验相结合起来, 把船舶发电机智能诊断技术沿着智能化, 通用化, 综合化方向发展。例如:

1.神经网络的完善。

2. 神经网络与信号处理的结合。

3. 神经网络与诊断理论的融合。

4. 智能化系统的通用化和微型化等。

3总结

船舶火灾智能监控系统 篇4

随着我国建筑业的高速发展，楼宇的自动化程度不断提高。智能建筑成为建筑群体的主流，符合传统建筑与现代电子等高新技术有机融合的发展趋势，是建筑业发展的重要里程碑。但受制于目前的技术水平，智能建筑要实现高度自控仍需解决众多技术难题。“智能”意味着建筑物可实现优越的自控功能，其内部必然安装有大量技术先进、价格高昂的电子仪器和机电设备，而且测控点多而分散，遍布建筑物的各个角落。同时，建筑规模大，装饰材料种类繁多，人员密集，必然存在不同程度的消防隐患。一旦发生火灾事故，智能建筑所遭受的经济损失远比一般建筑严重。系统高度智能化的同时，这些特点的普遍存在，对消防的保卫任务提出了更高的要求，其中的火灾自动报警系统是保护智能建筑的安全卫士。

2、智能建筑自动化系统概述

智能建筑是建筑技术与信息技术有机结合的产物，其核心技术方法是系统集成。智能建筑自动化系统是以智能型计算机作为控制核心，由各种功能子系统组成的综合性系统，其工作机制是终端传感器通过信息网络把现场采集的数据传输到管理中心，中央控制器对数据进行运算和趋势分析，再向现场设备发出调度指令，实现对子系统的监控和集中科学管理。

2.1 智能系统的子系统分类

目前，人们一般把现代智能建筑称作“3AS”，即由建筑自动化系统、办公自动化系统、通信自动化系统三大系统组成。而把火灾自动报警系统（FAS）仅作为智能建筑中的建筑自动化系统（BAS）的子系统进行归类。依笔者看，火灾自动报警系统的技术综合性很强，加上其在智能建筑中具有重要的防灾功能，鉴于其特殊性，应当把它视为智能建筑中的一个子系统进行研究。笔者较认同智能建筑的“5AS”构成，分别是：

⑴ BAS 建筑自动化系统（Building Automation System）

⑵ CAS 通信自动化系统（Communication Automation System）

⑶ FAS 消防自动化系统（Fire Automation System）

⑷ OAS 办公自动化系统（Office Automation System）

⑸ SAS 安全自动化系统（Security Automation System）

以上各子系统既相对独立，又相互联系，具有互操作性。通过建筑、微电子、现代通信、自动化和计算机等技术的有机结合进行智能系统设计，对暖通空调、给排水、供配电与照明、安全保卫、火灾自动报警与消防联动控制等系统实行综合管理、统一调度、全天监视、灵活操作，使各子系统有机的构成建筑物的智能化网络。其关键是采用高精度的传感技术，配合兼容性强的接口控制，达到信息资源的有效采集与可靠流通。要保证智能系统的高可靠性运行，除解决各子系统自身固有的稳定问题外，还要求各子系统之间进行合理的综合布线，采用统一的通信协议通过网络硬件进行连接，实现充分的协调互联。

2.2 智能建筑火灾自动报警系统概念

近年来，随着智能建筑的发展，火灾自动报警系统通过现代通讯、信息集成、软件操作、自动控制等技术与智能建筑的各项子系统实现网络集成。消防报警系统主要由传感器、控制器、联动设备及独立的网络结构和布线系统组成，其运行机制是当报警区域内发生情况时，系统依靠高效可靠的探测方法，通过火灾探测器收集报警区域内发生的火情信息，经消防控制中心的报警控制器准确判断灾区面积及险情级别后，根据预先编好的逻辑程序，发出相应的警报信号并联动相关的消防控制设备。譬如，通过消防联动系统启动声光报警、火灾应急广播、消防水泵、排烟风机等设备工作，控制电动防火门、防火卷帘动作分隔火灾区域，防止火灾蔓延等。除此之外，结合现代网络技术，进行互联网通讯连接，还可以向当地消防部门发出救灾请求，实现城市火灾自动报警系统远程监控功能。

3、智能型火灾探测器的信息采集及分类

3.1 探測器的工作原理

火灾探测器是火灾自动报警系统的重要组成部分，是系统的“感觉器官”。探测器对报警区域内的现场环境进行监视。出现火情时，空间内必然会产生烟雾、火焰和热量，探测器对这些火灾的特征物理量十分敏感，内部感应元件与它们接触后，引起电流、电压值变化或金属器件发生形变。将火灾参数转换成电信号后，把这些微弱电信号进行放大，并迅速向火灾报警控制器发送报警信号。对火灾早期产生的烟、温、光、火焰辐射、气体浓度等参数进行报警的探测器，其分类大致如下：

⑴按结构造型分为：点型探测器、线型探测器；⑵按响应参数分为：感烟探测器、感温探测器、火焰探测器、可燃气体探测器和复合探测器；⑶按工作原理分为：离子型探测器、光电型探测器、线性探测器；⑷按编码形式分为：编码式、非编码式；编码式分为电子编码和拨码开关编码。

这里就涉及到一个问题，类似火灾参数的干扰出现会使探测器误响应吗？答案是，非智能型探测器必然会发出误报，而智能型则能很好的解决这一问题。智能型探测器内部采用单片机作为信息处理芯片，内部有固化的逻辑程序，具备强大的分析判断能力，能存储环境参数变化的特征曲线，对采集收据进行比较，自动完成火警、故障的判断，并可根据不同场合修改探测器的报警灵敏阈值，使误报率大大降低。

3.2 探测器的正确选择及应用场所

由于探测器在整个消防报警系统中起到“先知先觉”的作用，因而能否以最快的速度，准确发现智能建筑内的早期火灾，合理选择探测器是关键。在选择火灾探测器种类时，确定探测区域内物体燃烧特性是第一步。其次，火灾的初期形态和发展趋势，室内高度、环境条件以及可能引起误报的原因都是重要考虑因素。在智能建筑内，要有针对性的根据不同场所选择合适的火灾探测器。

⑴在阴燃阶段，生成大量的烟和少量的热的场所，如饭店、旅馆、教学楼、办公室、电子计算机房、电梯机房、封闭楼梯间、防烟楼梯间前室、消防电梯前室、消防电梯与防烟楼梯间合用前室、走道、坡道等，宜选择感烟探测器；⑵在迅速燃烧阶段，产生大量热、烟的场所，如大型室内停车库、厨房、发电机房、吸烟室等，宜选择感温探测器；⑶在迅速燃烧阶段，有强烈的火焰辐射和少量的烟、热的场所，应选择火焰探测器；⑷使用管道煤气或天然气的建筑，要求探测器在浓度达到爆炸下限以前报警，这时宜选择可燃气体探测器；⑸用作防火分隔的防火卷帘，其两侧应分别设置感烟探测器和感温探测器；⑹无遮挡大空间的场所，如大型库房、博物馆等，宜选择红外光束感烟探测器；⑺电缆隧道、电缆竖井、电缆夹层、电缆桥架等部位，消防控制室、计算机室的闷顶内、地板下及重要设施隐蔽处等，宜选择缆式线型定温探测器；

总之，火灾探测器的设置应与智能建筑的保护对象相适应，才能发挥出最佳的探测效果。

4、智能建筑中火灾自动报警系统的分析

4.1 系统形式的选择和设计要求

火灾报警控制器是火灾自动报警系统的核心部分，相当于人的大脑，起着指挥所有消防设备的重要作用。设计过程中，既要严格执行规范的技术条文，又要考虑智能建筑的实际需求，所以选择何种形式的报警系统，是能否充分发挥其功能的关键。

4.2 报警控制器的容量

完成消防报警系统的初步设计后（即完成探测器、编码按钮、模块等电子设备的布置），下一步便要对火灾报警控制器的容量进行选择。为便于日后的系统扩容和管理维护，有必要留有一定余量。统计出火灾探测器、编码点、各种模块的数量后，与容量备用系数 K（一般取 0.8～0.85）进行比值，就可以得出火灾报警控制器的额定容量。这个操作看似简单，但只要考虑不慎，往往会为将来实际施工、系统的扩展等留下较棘手的困难。譬如，施工过程中遇到的室内布局改变而引起监测点增加而超出控制器容量的情况。

4.3 先进的智能化系统技术及改进意见

智能建筑的人性化设计理念，促使火灾自动报警系统由传统型向智能型发展。在组建智能型消防报警系统时，应运用最新的火灾智能算法，使得系统的可靠性和智能化大大提高。经过多年的技术积累，消防报警系统现以一个崭新的姿态展现在智能建筑中。

⑴ 增加屏幕显示内容。目前的智能型火灾报警控制器均配置有LCD屏幕显示，并能与火灾报警显示盘或彩色CRT连接进行外部显示扩展，使操作人员能直观地通过控制器了解报警区域内的情况。即便如此，仍局限在二维显示层面，操作人员只能得到某位置是否发生火情的单一报警内容，但物体燃烧情况，着火面积大小，是否有人员被困等其他信息便无法获知，因而降低了救灾效率。通过对报警区域进行全方位三维建模，在控制器存储模块内置火灾状态数据，由中央处理器分析现场采集数据并运行相关软件模拟现场环境，当某区域发生情况时，控制器通过高分辨率LCD或CRT屏幕把现场灾情立刻显示出来，让操作人员做好充分救灾准备。

⑵ 信息传输路径的变化。过去以“一点一线”方式进行连接的多线制传统型报警系统，不但线路敷设复杂，工程造价高，而且无法满足智能化要求。无极性信号二总线（或三总线）技术出现后，系统的布线大大简化，给工程的设计、安装和维护带来极大方便。与此同时，控制器通过总线与系统内的各种设备实现信息传输，并可根据环境特点随时调节探测器的灵敏度，监测探测器的運行情况，保证系统可靠工作。但在不适宜布线的建筑物内，总线制还是面临着考验。此时消防系统的无线技术便应运而生，以无线电波为传播媒体的火灾自动报警系统由发射设备、接收设备和控制器组成，此模式省去了大量的线路连接，使安装更便捷。随着技术的进一步提高，采用ZigBee技术组建的无线动态路由结合拓扑结构的网络，非常适合用于实现智能建筑内消防报警系统的无线连接和自动控制，增加RF发射功率后更可进行远程监控。ZigBee能嵌入各种设备，通过射频收发模块实现数据的传输，是介于无线标记和蓝牙之间的一种新兴技术，其良好的抗干扰能力，对数据的高级安全保护等众多优点，将会引领火灾自动报警系统迈向新的时代！

⑶ 采用抗干扰技术，降低误报率。来自外界的电磁辐射干扰，使得除有用信号外，必然会有一些与被测信号无关的电流或电压串入消防报警系统，造成系统程序混乱，跑飞或陷入死循环，导致整个系统陷入停滞状态。应用WatchDog技术，使控制器内的微处理器可以在无人状态下实现连续工作，倘若遭受电磁干扰也可自动恢复正常。另外，探测器内部电路也采用了噪声抑制技术去消除干扰，使误报率进一步降低。

⑷ 统一通讯协议标准。在同一建筑内使用同一品牌的智能型消防电子产品，可实现良好的互联。但不同厂家的设备却无法互换，在新、旧系统兼容或扩展时，往往要寻找原有匹配型号或甚至更换整套系统，造成资源的浪费，也为日后的区域智能集成制造了无法逾越的障碍。火灾自动报警系统要实现真正的智能化，必然要求形成国家强制标准，规范和统一系统的通讯协议，使不同系统之间可以进行理想衔接，实现资源共享。

⑸ 局域向广域发展。采用广域网技术将分布在不同地区的智能建筑的火灾自动报警系统以星型网络结构互联起来，使较大范围内（几十公里）的局域消防报警系统能与消防监督部门的控制指挥平台进行联网，实现城市火灾自动报警系统的远程监控。同时，操作人员可利用移动设备，通过网络接口远程登陆系统实施监视，了解控制器的工作状态和故障信息，使管理不再受到时间和空间的限制，变得更为灵活。此外，建立向工程技术人员开放的远程维护管理平台，当系统出现故障时，技术人员可以跨地域为消防报警系统提供强大的技术支持，为系统稳定运行提供有力的保障。

5、结束语

火灾救援智能系统研究 篇5

1 系统架构介绍

1.1 无线视频传输

系统采用的无线视频传输包括摄像头、专用视频编码芯片、AR 9331Wi Fi芯片、STM32最小系统、PC主机和显示器。AR 9331是ATHEROS推出的一种单500mW用于无线路由或WLAN设备的主芯片。Wi Fi模块采用的是AR 9331芯片,该核心板上运行的是基于Linux内核的OpenW RT系统。OpenW RT是一个高度模块化、高度自动化的嵌入式Linux系统,拥有强大的网络组件和扩展性。该Wi Fi模块采用IEEE 802.11n,1T1R最高可达150Mbps,具有1个USB 2.0,1个高速UART串口,多个GPIO接口。该模块本身就是Wi Fi的创建者,好比路由器,是网络的中心节点。视频编码部分采用专业的视频编码芯片。该芯片用USB口供电和传输数据,输出的视频码流可以是MPEG-1,MPEG-2,MPEG-4,MJPG或者H.263格式。PC主机通过安装监控软件可以实时地监视摄像头传输过来的画面。STM32最小系统主要就是配置视频编码芯片,STM32的内核是ARM 32位Cortex-M3 CPU,最高工作频率72 MHz,1.25DMIPS/MHz。无线视频传输的系统架构如图1所示。

工作过程为摄像头采集外界图像,视频编码芯片将视频信号转换为标准格式的码流,然后经过STM32最小系统,最终将信号送到Wi Fi模块实现视频信号的发送。接收端中安装了监控软件的PC主机连接Wi Fi信号,再进行存储和解码等处理就可以还原视频信号,得到视频图像。

1.2 无线温度传输

系统采用的无线温度传输包括DS18B20、n RF24L01、STM32最小系统、LCD显示屏。

DS18B20的温度范围-55~125℃,在-10~85℃时,精度为±0.5℃,可编程的分辨率为9~12位。n RF24L01是由NORDIC生产的工作在2.4~2.5GHz的ISM频段的单片无线收发器芯片。输出功率频道选择和协议的设置可以通过SPI接口进行设置。当工作在发送模式下发射功率为0d Bm时电流消耗为11.3m A,处于接收模式时为12.3m A,掉电模式和待机模式下电流消耗更低。STM32最小系统主要用来初始化、配置和驱动DS18B20,n RF24L01,LCD显示屏,在整个系统中起到中枢的作用。无线温度传输的系统架构如图2所示。

工作过程为ST M 32先配置和初始化DS18B20、n R F 2 4L 01和L C D。DS18B20采集温度,传送给ST M 32进行处理,处理完后放在存储器中等待n RF24L01的读,n RF24L01得到读取命令后,读取存储器中的温度数据,发送到接收端的n RF24L01,数据被存到接收端的STM32的存储器中,最终显示屏获取数据实时地显示温度。

1.3 智能车及车载救援工具

系统采用的载体是遥控智能车包括STM32最小系统、耐高温的车身、机械臂和灭火水泵、L298N驱动。STM32最小系统主要用来作为一个总的控制端。通过控制舵机的角度进而控制机械臂的夹持和移动的角度,实现精确地搬运指定的物体。灭火水泵和直流电机都采用L298N驱动。L298N驱动输入电压为12V,可以提供给外围电路5V的电压,可以驱动多路电机。智能车及车载救援工具的系统架构如图3所示。

工作过程为P C主机发送指令通过Wi Fi模块发送到STM32最小系统,STM32按照设定的程序来执行相应的操作,包括运动、喷水和夹持物体。

2 软件设计

2.1 无线视频传输

Wi Fi模块接收到触发设置信号后,将其设置为接入点(Access Point,AP)模式,然后启用用户数据报协议(User Datagram Protocol,UDP)服务监听指定的端口号,用户用PC主机先获取想要连接的网络设备用户名ssid,mac地址、加密方式和密码,通过Wi Fi连接系统并通过UDP将数据发给核心板。核心板在收到设置参数后,将Wi Fi设置为sta模式并连接到指定的网络设备。

UDP中文名是用户数据报协议,是开放系统互联(Open System Interconnection,OSI)参考模型中一种无连接的传输层协议,提供面向事务的简单不可靠信息传送服务,IETF RFC 768是UDP的正式规范,在网络中它与TCP协议一样用于处理数据包,是一种无连接的协议。在OSI模型中,在第四层—传输层,处于IP协议的上一层。

2.2 无线温度传输

2.2.1 DS18B20

DS18B20的软件设计需经过以下几个步骤:(1)初始化;(2)执行只读内存(Read-Only Memory,ROM)指令;(3)执行DS18B20的功能指令即随机存取存储器(Random Access Memory,RAM)指令。

2.2.2 n RF24L01

SCK口同步串行通信接口(Synchronous Clock String,SCK),最大传输速率可达10Mb/s,发送数据时,设置为发送模式,再把接收节点地址和有效数据位按照时序由SPI口写入缓存区,有效数据位必须在CSN为低时连续写入,接收节点地址在发射时写入一次即可。然后发射数据;若自动应答开启,那n RF24L01在发射数据后立即进入接收模式,如果收到应答信号,则通信成功,TX_DS置高,等待下一个待发送数据;未收到则自动重新发送数据,若重发次数达到上限,MAX_RT置高,缓存区中数据保留以便再次重发,MAX_RT或TX_DS置高时,使IRQ变低,产生中断。最后发射成功时,若CE为低则n RF24L01进入空闲模式;若发送堆栈中有数据且CE为高,则进入下一次发射;若发送堆栈中无数据且CE为高,则进入空闲模式。

接收数据时,先设置为接收模式,当检测到有效地址和CRC时,就将数据存在缓存区中,中断位置高,产生中断,通知MCU取数据,开启自动应答,最后接收成功,等待下一组数据。

2.3 智能车及车载救援工具

STM32初始化机械臂,利用外部中断读取Wi Fi模块传回来的指令,控制GPIO口不同电位条件,实现不同的功能。机械臂的主要驱动为舵机,STM32产生一串控制脉冲,并驱动电机转动;齿轮将电机的速度成大倍数缩小,并将电机的输出扭矩放大响应倍数,然后输出;电位器就会和齿轮组的末级一起转动,根据电位器判断舵机是否转动到目标角度。

3 测试与验证

该系统的测试环境为一个小型模拟火灾现场,根据测试结果可以知道,确保小车传回来的画面清晰且不失真的最大距离为100m,确保温度准确的最大距离为70m。增大传输芯片的功率可以提高最大有效距离,车身都采用耐高温的材料保护,内部元器件不易损伤,车子的运行速度可以灵活调控。因此该系统对于一般小型的火灾现场急救完全可以胜任。在PC主机终端的显示器上可以清楚地观察火灾现场的温度和画面,如果发现易爆的物体,在终端发送指令,该小车就可以对该物体实现搬移,而且精度高。

4 结语

本文研究了物联网、移动终端、STM32最小系统、车身载体等技术,利用Wi Fi模块实现智能车系统和终端PC主机之间的实时交互,利用n RF24L01实现温度采集装置和终端之间的交互,抗干扰能力强,性能稳定,可以很好地在火灾现场实现救援工作,设备成本低,易于大规模地推广应用,拓展性强。未来该系统将会极大地减少火灾带来的损失,造福人类。

摘要：随着社会的发展,如何减少火灾中人员的伤亡一直是个难题。文章提出了一套新型的火灾救援系统。该系统包含火灾现场画面的无线传输,温度的无线传输,基于WiFi的无线遥控智能车、机械臂和水泵的救援工具。文章重点论述了系统的组成成分、涉及的关键性问题并验证了系统的正确性和可行性。

关键词：WiFi,无线视频传输,无线温度传输,火灾救援,n RF24L01

参考文献

[1]刘小军.基于WiFi无线视频传输技术的研究[J].电子技术,2012(10):82-85.

[2]王英力,庄奕琪,汤华莲,等.无线视频传输系统的设计[J].现代电子技术,2008(1):18-20.

[3]孙作雷,张波,曾连荪.基于Arduino和Qt的低成本开源实验机器人平台设计[J].上海海事大学学报,2013(2):80-83.

[4]盛平,宋志敏.基于WiFi的远程视频测控系统设计与实现[J].软件导刊,2015(6):83-86.

船舶火灾智能监控系统 篇6

随着科学技术水平的不断提高, 船舶发电机组设备越来越大型化、精密化、集成化与高速化, 设备本身结构也越来越复杂, 功能越来越多, 工作负荷越来越强, 需要很长的工作时间, 进而增加了发电机故障发生的可能性。为此, 一定要加强对智能故障诊断系统进行分析, 保证系统结构设计的合理性, 充分发挥其作用, 进而确保发电机可以正常工作, 避免出现设备故障, 进一步保证船舶的正常运行。

1 船舶发电机智能故障诊断系统设计

1.1 硬件设计

船舶发电机智能故障诊断系统硬件设备主要包括:传感器、以太网、CAN总线、执行机构、监控节点、控制计算机、船舶发电机等。传感器主要就是对船舶发电机信号进行采集, 之后通过CAN总线和以太网将这些信号传输至控制计算机上, 进行相应的分析与处理, 得到故障结果。船舶网络结构示意图如图1所示。

1.2 软件设计

1.2.1 信号采集

利用传感器检测出体现船舶发电机运行状态的物理量, 将其转变成适合的电信号, 并且进行相应的预处理, 避免干扰, 之后予以A/D转换。发电机传感器的子系统作为发电机故障监测与诊断的重要信息来源, 采集的信息主要包括运行参数、动态参数、静态参数等。

1.2.2 信号分析及处理

信号分析及处理指的就是对收集的信号予以特征数据的分析, 并且提取有用的特征数据, 比如, 频谱分析、提取特征值、抑制干扰, 为故障诊断提供可靠数据。在完成数据采集之后, 将其传递至机舱的控制计算机的数据库中, 展开相应的分析与处理。针对船舶发电机而言, 因为数据处理单元和现场有着一定的距离, 主要就是利用CAN总线与以太网展开数据传输。

1.2.3 诊断单元

对于处理之后的数据与历史数据、规程、故障判定数据等展开一定的分析与比较, 进而判断船舶发电机的运行状态与故障部位, 为下一步维修工作提供可靠依据。在对发电机进行故障诊断的时候, 除了需要具备诊断策略之外, 还要对故障机理展开一定的深入研究。现阶段, 研究发电机故障机理的方式主要包括现场实验、计算机仿真、实验室模拟。其诊断策略主要指的就是怎样根据检测到的故障数据对船舶发电机故障进行诊断的方式。

2 船舶发电机智能故障诊断系统实现技术

2.1 VC++语言及MATLAB结构交互

VC++语言是面向对象概念的一种新的设计语言, 其设计更加符合程序人员软件研发的思维习惯, 其构成也比较适合进行软件移植与维护, 通过VC++语言的运用可以促进软件工程质量的提高。

MATLAB是一个功能比较完善的数据处理集成环境与自包容程序设计, 在数据处理、控制系统、科学运算、系统分析等领域中运用MATLAB具有很好的优势。在运用MATLAB的时候, 可以直接发挥其功能, 利用其内置函数与工具箱, 不需要借用外界帮助, 就可以完成相应的工作。在此环境中, 只需要很好的程序就可以完成非常复杂的工作, 具有易学易用、可读性、编程效率高、可移植性等特点, 针对编程而言, MATLAB要比其它编程语言强很多。

尽管MATLAB功能十分强大, 但是依然存在着一些不足, 主要包括以下几点:其一, 代码重用;其二, 执行效率低, MATLAB作为一种解释性语言, 其执行效率比较低, 尤其是在执行循环语句的时候, 执行效率特别低, 在仿真解算过程中, 需要设置高效率的执行代码;其三, 调试功能较弱。现阶段, 运用的MATLAB均是使用语言进行编写的, 所以, 两者之间存在着外部应用程序接口, 形成了优势互补, 实现了最佳运行效果。

2.2 配置编译器

要想在VC++语言中对MATLAB引擎程序进行成功的编译, 就一定要包括引擎头文件engine.h, 并且引入MATLAB对应库文件libeng.lib、libmat.lib。具体而言, 就是在打开一个设置之后, 进行如下操作:其一, 通过菜单选项, 打开设置属性页, 之后进入Directories页面, 之后选择Include files, 进行“C:MATLABexterninclude”路径的添加;其二, 选择Library files, 进行“C:MATLABexternlibwin32microsoftmsvc60”路径的添加;其三, 通过通过菜单选项打开设置属性页, 进入Link页面, 进行编辑, 并且进行libeng.lib、libmat.lib文件名的添加。通过相应的实践表明, 在进行编辑的时候, 可以直接选择libeng.lib、libmat.lib这些文件名, 进行选项设置。在实际设置中, 步骤一、二只需要设置一次, 步骤三需要对每一个选项都进行设置。

3 结束语

总而言之, 为了保证船舶的正常运行, 一定要对发电机运行状态进行检测, 保证其可以正常工作, 这样才可以达到预期的工作效果。进而需要加强对发电机智能故障诊断系统进行分析与研究, 明确其系统硬件与软件的设计, 采取有效技术, 保证系统功能的实现, 进而及时诊断出发电机的故障, 予以有效的排除, 保证其可以高效、正常的工作, 促进船舶的正常运行。

参考文献

[1]刘永建, 朱剑英, 曾捷.改进BP神经网络在发动机性能趋势分析和故障诊断中的应用[J].南京理工大学学报:自然科学版, 2010 (03) .

[2]刘俊华, 孟清正, 张聘亭, 等.船舶动力装置可组态智能故障诊断系统设计[J].中国舰船研究, 2011 (02) .

船舶火灾智能监控系统 篇7

关键词：船舶柴油机,智能检测,巡回测试技术

一、引言：

船舶柴油机的压力参数包括旋转机械设备在运行过程中需要测量的各处油压、汽压或水压。由于这些压力参数可以反映出旋转机械设备的运行状态，所以只有准确地加以测量，才能使船舶柴油机设备的正常运行有保障。目前船舶柴油机使用的各种压力测量仪，一般都采用现场安装的压力表，需要安装在要测量的压力现场附近，由轮机值班人员定时巡查记录。这样的测量方式，不但轮机值班人员劳动强度大，而且无法做到随时观察各处压力参数的变化，难以预防事故发生于未然。

新型船舶柴油机智能检测系统，是一种能够远距离测量压力参数的智能仪器。在单片机的管理下，检测系统的测量过程完全是自动进行的，工作状态的转换操作也非常简单，测量结果既可以用显示器显示或打印机打印，也可以送至上位计算机进行远距离集中监控，便于实现船舶机舱管理的自动化和现代化。

二、系统硬件与软件的构成

新型船舶柴油机智能检测系统有多路检测通道，各路通道的模拟放大电路及基准电源电路均相同，而压力传感器的输入则按实际需要选择不同量程的压力传感器。压力传感器分别为各路压力检测通道的测压元件，当压力作用于传感器时，芯片上的电桥在压力的作用下出现不平衡，输出正比于压力变化的电压信号，基准电源采用恒流源电路给电桥供电。从传感器输出的信号是比较小的，须经过模拟放大电路放大。为了消除放大电路的输出端的温漂，采用了基本差动运算放大电路。

由于检测系统具有对多路测试点进行自动巡回检测的功能，所以需用自动转换开关对多个压力传感器送出的信号进行选取。为此，采用了CMOS多路模拟开关，由它控制通道的通断状态。从多路转换开关输出的信号是模拟量，把它输入单片机运算处理之前，必须先转换成数字量，完成这一功能的电路交给A/D转换器。检测仪使用了MC1433双积分型A/D转换器，其工作原理是将输入电压变换成与其平均值成正比的时间间隔，然后用计数器记下此时间间隔内的时基脉冲的数目。

由于单片机本身提供的资源如I/O口、定时器/计数器、串行口等不能满足要求，因此需要在单片机上扩展其它外围接口芯片。由于MCS-51系列单片机的外部RAM和I/O是统一编址的，所以可以把单片机外部64 KB RAM空间的一部分作为扩展I/O的地址空间，这样单片机就可以象访问外部RAM一样访问外部接口芯片，对其口进行读写操作。检测仪采用具有I/O接口和计时器的静态RAM8155作为I/O并行接口电路。拨码盘分为始点值拨码盘和终点值拨码盘，其作用是根据实际需要设置当检测仪进行巡回检测时的输入通道始点值和终点值。

拨码开关的每一位数码开关对应一路输入通道，并用来设置该通道的测量范围。当一输入通道压力输入量程不大于2.000 MPa时，该通道的拨码开关设置为“OFF”；当一输入通道压力输入量程大于2.000 MPa时，该通道的拨码开关设置为“ON”。检测仪将根据拨码开关设置的量程进行运算，以提高低压力量程范围的数据精度。显示译码电路 (74LS247) 则将BCD码译成十进制数字，再由数码管显示压力检测通道的序号和各测压点的压力值。操作显示电路的作用是用来切换及显示检测系统的工作状态。打印/通信接口电路的作用是把测量结果用打印机打印出来，或把测量数据传至上位计算机进行远距离监控。

检测系统的原理是对每一路通道的压力传感器的输出信号经模拟放大电路进行线性放大，然后由多路转换器的模拟电子开关进行选择，并经滤波后，由A/D转换器转换成数字量，再经I/O并行接口输入到单片机进行运算，运算处理后的通道号和压力值最后经I/O并行接口送至显示译码器进行译码显示。

三、系统软、硬件抗干扰措施

在多路转换器输出线与A/D转换器的输入电压Ux引脚之间, 串接了一个二阶有源低通滤波器，它能够有效地抑制高频干扰信号。另外在检测系统采用的A/D转换器是双积分型，其转换结果与输入电压在采样阶段所经历的时间内的平均值成正比，故对对称交流干扰或尖峰脉冲干扰具有很强的抑制能力。

对于来自被测信号源本身、传感器或外界干扰等干扰源的不规则的随机干扰信号，可以用数字滤波方法予以削弱或消除。由于在测量和控制过程经常会遇到尖脉冲干扰的现象，这种干扰通常只会影响个别采样点的数据，使此数据与其它采样点的数据相差较大，所以采用了防脉冲干扰平均值法。既可滤去脉冲干扰，又可滤去小的随机干扰。

四、结语：

新型船舶柴油机智能检测系统经在“华兴轮”上长时间连续运行证明，与船舶柴油机普遍使用的压力检测装置相比，本检测系统有着显著的优越性。完全可实现对船舶柴油机各主要参数的全自动检测，方便进行远距离集中监控。系统采用了多路转换的电子模拟开关，使得检测系统能长期稳定和可靠地运行。系统结构简单，操作方便，抗干扰能力强，测量精确度高，性能稳定，易于维护保养。

参考文献

[1]卞根发等, 新颖的渔轮主机电脑智能检测系统, [J].武汉:船电技术, 2006.1 P26-28

[2]唐泳洪, 系统可靠性、故障诊断及容错, [M].重庆:重庆大学出版社, 2002.

[3]周慈航, 单片机应用程序设计技术, [M].北京:北京航空航天大学出版社, 2004.

船舶火灾智能监控系统 篇8

CAN总线是一种多主方式的串行通讯总线, 具有高通讯速率、高抗电磁干扰性的特点, 并且能够检测出可能产生的错误, 保证了实时通讯的可靠性。CAN总线在可靠性和实时性方面都有着RS485总线无法比拟的优点。

1、系统的总体设计

该系统采用温度传感器、烟雾传感器采集的两种信息参数, 作为火灾发生的早期信号复合判断标准。当产生烟雾但火势还不明显的时候, 温度传感器探测到现场的环境温度升高, 当烟雾浓度超过感烟探测器的阈值时, 控制器接收到信号, 并进行灭火动作执行, 即控制喷头喷水。

为了增强数据传输的可靠性和实时性, 本系统采用CAN总线作为通信方式, 设计以下主节点、从节点的系统模块。

主节点模块主要负责接收各个从节点的信息数据, 并发送各种对应的显示信息, 同时定时检测各从节点的工作情况。从节点模块主要负责监测现场的火灾信号, 若发现火灾早期信号就向主节点发送火警的信息并控制相应执行设备工作;若无火灾信号, 则定时向主节点发送从节点对应的验证信号。系统结构框图如图1所示。

其中, 主节点的控制器可以向液晶显示屏传输监控数据, 并进行报警, 由时钟芯片记录火灾时间信息, EEPROM存储历史信息数据。现场的各个传感器将信息采集到从节点的控制器, 通过CAN总线与主节点进行数据通信, 将各个从节点的采集信息发送给主节点控制器。当现场数据超过系统设定的阈值时, 控制器触发报警, 并由该从节点控制灭火执行装置开始火灾处理工作。

2、系统的硬件设计及实现

系统的硬件设计包括主节点部分和从节点部分。

2.1 主节点模块的设计实现

本系统主节点主节点模块由微控制器、CAN总线以及显示电路、报警电路等外围电路组成。微控制器采用AT89S52单片机, 这是美国ATMEL公司生产的一种低功耗、高性能的8位COMS微控制器。

CAN通信电路由电源、AT89S52、SJAl000、CAN总线驱动器82C250、光电耦合器6N137组成。CAN数据通过驱动器82C250传输到SJAl000, SJAl000负责将系统的并行的数据转换成CAN的格式进行相应的发送和接收。AT89S52处理后再传送出去。CAN电路的电源采用高性能交直流信号变换器, 能起到很好的稳定电压和隔离防干扰的作用。

外围电路主要有时钟电路、EEPROM、串口电路和液晶显示电路组成。本系统主节点采用的是DSl2887时钟芯片, AT24C16存储器芯片, 串口通信芯片采用MAX232, 显示屏采用市面上流行的FMl2232B液晶模块。

2.2 从节点硬件设计

根据主从接点的功能, 从图1中可以看到从节点与主节点不通的地方是多了温度传感器、烟雾传感器和联动灭火装置, 其它均与主节点相同, 故仅重点阐述不同之处。

温度传感器采用DSl8820, 其可编程的分辨率为9-12位, 温度转换为12位, 具有一线接口, 简化了分布式温度传感应用电路设计。

烟雾传感器采用MQ-2传感器。MQ-2传感器检测范围100-10000PPm, 使用电压:5V±0.2V, 使用电流≤180 mA.MQ-2传感器的特点:广泛的探测范围、高灵敏度和快响应恢复速度、优异的稳定性、简单的驱动电路, 应用于家庭和工厂的火灾烟雾检测。

灭火执行装置采用步进电机转动带动水阀喷水。通过比较选型, 选用YHBY-25-42型永磁式二相四拍步迸电机控制水阀喷水。发生火灾时, 该从节点控制器收到探测信号后, 控制步进电机开始运转。

3、结语

火灾自动报警控制系统是自动消防系统的核心, 在保障国家与人民生命财产的消防安全中起着十分重要的作用, 用CAN总线进行火灾报警系统的设计, 使得该火灾自动报警控制系统具备了模块化、网络化、实时性、可扩展、高可靠等诸多特点。

参考文献

[1]潘刚.火灾探测报警技术发展趋势.消防科学与技术, 2002年第1期.

[2]郭继峰, 刘晶.基于CAN总线的楼宇照明控制系统设计[J].黑龙江水利科技, 2006, 34 (5) .

试析船舶火灾的原因与预防 篇9

【关键词】船舶火灾；原因；预防

（1）严格管理是船舶消防安全的保证。事故调查中发现，各类船舶虽有较健全的安全组织和安全制度，船员也有一定的安全防范工作经验。但无视制度，有章不循、习以为常等问题较为严重，常常由于极个别船员职工消防安全意识差，违反有关消防安全规定，盲目审批、擅自违章动火，导致发生火灾爆炸事故。更有一些船舶由于管理不善，船上许多应急消防设备在关键时刻无一好用；许多船员不知道起火后自己该干什么，甚至缺乏起码的灭火常识。例如2002年6月7日，南通市港闸造船厂新建货轮“光伦号”发生火灾事故，在火灾现场上看见几个动用过的手提灭火器，有3个压柄插锁未拔出，可见船员职工不会使用。所以，要加强监督管理，完善管理制度，加强人员防火安全教育，使之掌握船舶防火、结构、灭火设施、逃生通道等性能和特点，不断提高法制观念和自我保护意识。不要看平时船员对严格管理不一定欢迎，组织消防演习也是敷衍了事，但是一旦出现重大火灾，对船员生命和船舶安全产生重大的影响时，船员和职工都会痛心不已，从而引起诸多不和谐因素的产生。

（2）指挥失误是火灾蔓延的主要原因。对于一般小火，只要船员职工充分发挥船舶各种自救手段，在初起阶段扑救是完全有可能的，至少也能将火灾控制在一定范围内，不至酿成火烧全船的后果。但是，有些船舶一旦失火，不知所措，甚至一片混乱，组织不起有效扑救，因现场指挥者一句轻率的外行话而导致严重后果的也屡有发生。例如，2004年5月3日，一艘福建籍散装货轮因主机故障机舱失火，机舱工作人员只使用几个手提式灭火器灭火，未想到使用固定灭火系统；并且过早的关闭了机舱通风机，从而使机舱内无法下人；甲板上工作人员连接好几条消防水带，也因有人说“机舱油起火不能用水救”而停水。船上的领导只能根据“机舱内烟很大”这一表面现象，判断火势无法控制，眼睁睁的看着蔓延，望火兴叹。

（3）重点做好船舶明火作业的预防工作。船舶航行中动火引起的火灾并不罕见，如何预防，我的看法是，船舶要常备两件事：一是有一本“船舶明火作业技术要求”，并按其要求认真落实防火防爆工作；二是需配备测爆仪，自测动火的环境条件。就是船舶进厂修理也不能放松预防火灾，不要轻易对船厂焊工明火作业条件和知识水平放心。现在随着修船节奏的加快和用工制度的改革，招人修船已成主流，其中大多不符合用工制度，有些船厂雇用人员占职工总数的一半以上。如某船厂在一次修船高峰期，仅2个月时间招聘外来人员多达800多人，这些外包工，一般文化低专业技术差，安全法律意识淡薄，有章不循，违规操作极易带来严重后果。例如2006年3月23日，南通中远船务有限公司招聘的外包工在对“皮埃蒙特”油轮4号油舱进行作业过程中，不清除舱底污油，未按照规定进行测氧测爆就违章实施明火切割，发生爆燃事故，由于自救不力，人员疏散无序，造成三人死亡的惨痛悲剧。

（4）认定船舶电气火灾的火因要慎重。目前，水上运输尚有一批老旧船舶，其电气设备已在水气、油雾、盐雾、尘埃中工作了10年上下，电气绝缘情况大部分不理想，易引发电气起火。但是，电气火灾的火源很难确定。因此，火灾发生后要特别保护好现场，找到真正引发火灾的火源。然而，寻找电气火源，往往是件费时精细的工作，难度可能超出一般机务技术人员的能力。例如，一个电气启动箱烧毁，内、外一片黑炭，你如何判断是有内往外还是由外向内烧呢？调查人员须仔细取下导线上绝缘物焦炭化的熔珠，在放大镜下观察熔珠的颜色、色泽、大小、空心还是实心等进行初步鉴定，若无法得出结论，尚需对导线做金相和化学分析。（风险管理世界-www.RiskMW.com）。

为有效遏制船舶火灾，笔者认为应加强船舶火灾的预防对策，措施如下：

1.切实提高消防安全意识

各级领导尤其是主管安全保卫和船舶业务的领导，必须从思想上吸取诸多船舶火灾的教训，贯彻预防为主、防消结合的方针，真正从思想上提高防火安全重要性的认识，切实落实个项消防制度。要坚持经济效益、防火安全两手抓。当两者发生矛盾时，要坚决服从安全，切忌消防工作讲起来重要做起来次要的老毛病。要树立超前的防范意识，居安思危，未雨绸缪，认真把防火工作想在前、做在前，建立有效的保障体系，及时发现火灾隐患，及早把事故消灭在萌芽状态。

2.加强对明火作业的科学管理

船舶的防火管理是门科学。由于船舶种类、等级、结构复杂，动火修理工艺、项目、部位各不相同，采用的防火及时措施和要求也不相同，专业技术要求较高。目前现行的GB/T13386-92《营运船专业安全技术要求》和交通部、公安部、中国船舶工业总公司联合颁布的《船舶修理防火防暴管理规定》，由于情况的变化和发展，有些已不能满足船舶防火的技术要求。所以，有关部门应开展船舶火灾预防的科研工作，组织有实践经验的消防安全人员，总结修订船舶防火经验，编写各类防火防爆技术标准，变经验管理为科学管理。

3.加强现场管理力度

智能火灾预警系统的研究与实践 篇10

根据《建筑设计防火规范》要求,一定规模的高层建筑、各类大型娱乐场、宾馆、厂房等场所都安装了传统的火灾自动报警系统,这对于减少火灾损失、降低人员伤亡发挥了巨大的作用。但是,对于农村集镇各类小作坊、出租房、小旅馆、门店及广大普通住宅等“散远小”场所,《建筑设计防火规范》则没有强制性要求,因而并没有普及自动报警设施,一旦发生火灾,极易延误逃生和救援的最佳时机。

以浙江省为例,据2011年上半年火灾情况通报显示,全省共发生火灾1 232起,死亡36人,受伤22人;其中,发生在住宅、宿舍和厂房场所的火灾共765起,死亡31人,受伤10人;发生在农村和集镇的火灾共658起,死亡22人,受伤17人。上半年火灾中因窒息死亡共20人,占55.6%,因火烧致死11人。从火灾发生的起数看,8时至22时是火灾发生最为密集时段,平均每小时超过64起,但从亡人情况看,0时至6时是亡人火灾的高发时段,该时段中共计死亡23人,占全天的63.89%,4起较大火灾均发生在该时段内。可见,针对“散远小”场所的火灾自动预警系统研究和产业化运用,对于降低人员伤亡将具有显著的现实意义。

笔者设计了一种安装灵活和简单、功能强大、投资小的预警系统,为“散远小”场所的火灾自动预警提供解决方案,进而创新消防管理与服务模式,利用电信、移动等公共资源,搭建起高效的服务平台,培育“散远小”场所的消防自治自救能力,补齐社会面火灾防控的短板,达到提升我国社会消防管理水平的目标。

1国内外研究现状

随着通信技术应用的迅速发展,市场对火灾报警器的需求不断增长。目前,各类建筑主要使用的是智能型总线制分布式计算机系统的火灾报警系统,该类报警系统主要由触发装置、火灾报警装置、火灾警报装置及计算机等组成,其特点是所有的探测器均并联到总线上,虽然在系统安装方面比过去方便,但是在实际应用中还存在以下几方面的不足:一是设备采购价格高,一套设备采购需要几十万以上;二是其安装成本高,约占设备成本的33%～70%;三是施工周期长,需要大量的人力进行线路的铺设和安装;四是专业性强,系统的安装调试和日常的运行维护需要进行专业的培训;五是可靠性不高,在中心控制单元故障的情况下,无法实现联动报警。

目前,德国、日本、美国等发达国家投入大量人力、财力对无线火灾自动报警系统进行研究,国内在无线火灾自动报警系统方面尚无能够满足高灵敏度烟感自动报警、群组联动、安装方便、价格低廉、无需布线等特点的成熟产品。

2系统架构与火警信息处理程序

智能火灾预警系统按照安装简便、实用性强、可靠性高、成本低廉的原则进行设计,主要由烟雾探测器、无线传感器、智能报警电话、报警处理平台等部分组成。

图1为智能火灾预警系统的火警信息处理程序,可分为火灾检测、确认和预警3个步骤。

(1)火灾检测:

当火灾发生时,烟雾探测器向智能报警电话发送火灾信号(技术指标:<1 s)。接收报警信息

后系统在本地发出报警声音(技术指标:>110 dB),同时,智能报警电话中的自动拨号程序向报警处理平台发送火灾信息,报警处理平台识别信息后,向发生火灾的单位的消防管理员(或巡逻员)发送火灾语音信息(技术指标:<5 s)。

(2)火灾确认:

消防管理员(或巡逻员)确认火灾后,再向报警处理平台发送确认火灾报警信号(拨打特服号码),进行二次确认。

(3)火灾预警:

火灾确认后,报警系统自动将火灾信息分为两路同时送达至该群组内的其他智能报警电话以及辖区消防队指挥中心,并向群组内的智能报警电话接到报警信息后,发出110 dB以上的报警声音,实现在第一时间提醒火灾现场邻近房间的人员及早撤离和辖区消防队迅速出动的目的(技术指标:<10 s)。

由于该报警系统只针对报警处理平台发出的报警信号做出反应,所以并不影响其正常通话功能。在整个火灾过程中,除了二次确认需要人工参与外,报警系统的一切程序均自动完成,自动控制的总耗时在16 s内,大大减少了中间环节且避免了不必要的人为反应时间。此外,报警处理平台能够自动记录火灾的报警信息以及电话的拨打情况,便于事后调查取证。

3关键技术

3.1 无线烟雾传感器

由烟雾探测器、无线传输模块组成,当烟雾探测器探测到烟雾达到一定阈值时,通过无线方式将信号传递给智能电话终端,同时自身实现报警声音。

烟雾探测器通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范,采用离子式烟雾传感,在内外电离室里面有放射源镅241,电离产生的正、负离子在电场的作用下各自向正、负电极移动。在正常的情况下,内外电离室的电流、电压都是稳定的。一旦有烟雾窜进外电离室,干扰了带电粒子的正常运动,电流、电压就会有所改变,破坏内外电离室之间的平衡,于是无线发射器发出无线报警信号,通知远方的接收主机,将报警信息传递出去。

无线数传模块的工作频率为315 MHz,采用声表谐振器SAW稳频,频率稳定度极高,当环境温度在-25～+85 ℃之间变化时,频飘仅为3×10-6Hz/℃。发射编码采用由 CMOS 设计制造的编码芯片EV1527,由软件解码。由于该频段为免申请频段,实际应用中存在较大的信号干扰,因而采用无线射频部分和其他电路分开供电的模式,给各部分电源加装了滤波器或稳压器,以有效减少电源噪声对高频芯片的干扰。另外,使用电源监控、看门狗电路和屏蔽罩,可以大幅度提高抗干扰性能。

实验证明,在建筑物内部直径小于 30 m 时,本无线传输模块的误码率在10-6～10-5之间,满足系统报警要求;而超过这个距离值,通信误码率上升很快,系统工作变得不稳定,不能满足火灾报警要求。而对于“散远小”场所的建筑物来说,直径30 m 已经基本满足火警信息无线传输的要求。

3.2 智能电话终端

由电话模块、无线传感器、智能呼叫模块、来电号码识别单元组成,能有效接收完成无线烟雾探测器的信号,自动呼叫报警处理平台,完成警情上报,同时也能够接收报警处理平台下发的警报信息,发出报警提醒。

电话终端通过HOLTEK公司的HT9200芯片实现电话的双音多频功能,实现呼叫发码,经电路转换后,在电话线路上实现标准的-7dbm/-9dbm双音多频信号。HT9170是一个具有数字解码和滤波功能的双音多频(DTMF)信号接收器。HT9170B 和HT9170D可进入省电模式。HT9170 系列都利用数字计数的方法对16 种DTMF 输入进行解码,并产生4 bit 的代码输出。高速转换的滤波电路将DTMF 信号分解为高频和低频信号,从而对来电号码或按键内容进行解析或传输。来电识别单元采用HT9032芯片,完全按照Bell 202 FSK和V.23进行来电号码的识别解调。

采用ATMEL EEPROM 24C02解决方案,可存储报警电话号码等信息,有非易失、防擦除写保护等功能。

系统备用电池和外接直流电可同时对电池充电,系统无直流电时切换到电池供电。系统5 V电源通过HOLTEK公司HT7350A电压转换芯片实现,该芯片具有允许输入电压大、低噪声、效率高等特点。

3.3 报警信息处理平台

报警信息处理平台采用业务和交换分离的设计思想,业务层及业务支撑层从传统的网络中分离出来,使业务实现层也具有良好的开放性和可扩展性。系统体系结构在逻辑上由图2所示的媒体接入层、媒体适配层、业务支撑层及业务实现层4部分组成。

(1)媒体接入层:

包括交换接入(排队机)、Internet接入,为报警信息处理平台提供了底层的呼叫接入功能。

(2)媒体适配层:

负责对各种呼叫媒体进行适配。将语音呼叫、短信呼叫等被抽象为统一的呼叫,使得各种媒体可以媒体无关地与业务支撑层进行通信。

(3)业务支撑层:

它将业务对呼叫的需求通过媒体适配层提交到媒体接入层,并在业务实现层配合下,完成呼叫的控制功能,主要功能由CTI和IVR服务器实现。

(4)业务实现层:

是在业务支撑层和媒体接入层的支撑下,并结合计算机网络技术来实现具体的业务应用。在此主要是和管理控制平台对接,实现数据的互相访问对接工作。管理控制平台则实现组群信息分级管理和维护工作,由各个消防点的管理人员完成信息录入;同时,消防管理员能够对相关火警信息、地点、时间、频次等进行多维度的报表展现。

报警信息处理平台采用双网双平面设计,CTI核心控制系统采用双机热备方式,而IVRS等核心业务系统采用负荷分担方式、系统自动闭塞故障节点等技术手段保证解决方案整体的可靠性。同时,作为报警信息处理系统核心设备的UAP排队机系统核心板件全部实现1+1备份,任意的板件故障将不会影响系统的正常运作;资源板实现N+1备份,任意的资源板故障只能降低资源的总量,系统的正常运行不受任何影响。系统采用电信级的系统设计,具有高可靠性和强大处理能力。

4系统测试与数据分析

4.1 测试过程

为检验智能火灾预警系统的稳定性和可靠性,笔者测试的环境是包括10个房间的办公场所,分别安装10条固定电话线路和智能火灾预警系统,进行循环测试,测试分两个阶段进行。

2011年2月23日至5月10日,按照每天进行10次测试(每次随机抽取一套智能火灾预警系统)的方式,共计测试500次,测试过程中发现4个报警错误数据(分别为:群组电话未绑定造成群组电话无法预警;话机处于通话状态造成无法接收报警信息;电话的电源关闭造成无法接收报警信息;烟雾探测器指向两个电话地址造成两台电话同时抢线报警),准确率为99.2%。

测试中主要对如下数据进行记录:

(1)开始时间:使用烟雾对烟雾探测器进行模拟报警的时间。

(2)报警时间:电话机接收到烟雾探测器的报警信号,开始把报警信号发送到电信平台的时间。

(3)发送时间:电话机成功发送报警信号到电信平台的时间。

(4)响应时间:组内所有电话接到电信平台报警信号,开始响铃报警的时间。

(5)反应时间:发生火灾到群组内所有智能电话发出火灾报警的总时间。

在第一轮测试基础上,笔者进行了系统完善,并增加了消防管理员确认火灾的二次确认功能后,2011年5月11日至30日之间,按照前述方法测试了140次,准确率为100%。由于引入了“二次确认”功能,故另行增加了“二次确认时间”的概念:

(6)二次确认时间:消防管理员(或巡逻员)接到电信平台打来的报警电话,进行二次确认后,再拨打电信平台特服号码的时间。

4.2 测试数据分析

分析两轮测试数据,有如下结论:

(1)在第一轮测试基础上,经过系统完善和升级,方差值明显减小,说明系统运行趋于稳定;

(2)测试环境处于较为理想化的状态,消防管理员(或巡逻员)就近进行二次确认,因此上述测试数据较小,这只能说明系统本身占用时间较短,在具体应用中,在合理可靠的巡查机制保证下,可以尽可能地接近测试的理想状态;

(3)从第二轮测试数据看,牺牲了10 s左右的时间用于二次确认,可以切实杜绝误报的产生;

(4)从整体性能来看,智能火灾预警系统设计合理,无线传输准确,联动报警响应迅速,信息反馈及时有效,报警信息处理平台运行可靠稳定,各种统计数据都达到了技术指标,是高灵敏度火灾烟雾探测自动报警、群组联动、安装方便、价格低廉的无线报警系统。

5应用前景探讨

经过约半年的长期运行测试,该系统运行可靠,具有安装便捷、可靠性高、实用性强、对建筑物表面的破坏性小、适应性强等优点,融合了独立型感烟报警器和联网型感烟报警系统的优点,既能实现发生火警时各个报警器的互动,又具备了安装简单、投资小、免维护的特点,农村小作坊、出租房、小旅馆、门店等各类“散远小”的场所和居民住宅均可安装。作为社会消防管理创新的一种新模式,该系统在浙江省杭州市的部分小企业应用中发挥了以下作用:

(1)坚持以人为本,最大限度减少灾害损失。一旦发生火情,该系统能在火灾发生的第一时间实现预报警,通知邻近房间人员撤离火场,同时发送火灾信息至辖区消防队,能有利于消防部队快速出击、准确定位火灾发生地点,“救早、救小、救准”,能有效减少人民群众财产损失和群死群伤火灾事故的发生。

(2)科学记录火场信息,提高火灾调查工作的效能。自动记录在远程服务器的报警点信息,有利于后期快速准确的实施火灾调查,便于准确地还原火灾现场起火和蔓延过程,从而辅助判断火灾原因,为火灾调查提供严谨的科学依据。

摘要：以农村小作坊、出租房、小旅馆、门店及广大普通住宅等“散远小”场所为关注点,整合火灾检测、报警、有(无)线通信等成熟技术,设计出成本低、功能完备的火灾自动预警系统。测试表明,该系统运行可靠,各项技术指标均达到了设计需求。

关键词：“散远小”场所,火灾自动报警系统,无线报警器

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