1引言
據《中國火災統計年鑒》統計,，自1993～2002年全國范圍內共發(fā)生電氣火災203780起，占火災總數近30%,，在所有火災起因中居首位,。我國的電氣火災大部分是由短路引發(fā)的，特別是接地電弧性短路事故,。采取確實可行的方法預防和遏制電氣火災的發(fā)生已刻不容緩,。
在各類建筑及其它領域中廣泛應用安裝電氣火災監(jiān)控器，能有效預防和減少漏電引起的電氣火災,。應用在線檢測技術,，可長年不間斷地檢測用電線路的過電流、漏電電流等參數,，能隨時掌握電氣線路或電氣設備電氣火災危險參數的變化情況,、故障和異常狀態(tài)，及時發(fā)現電氣線路的火災隱患,，消除隱患,，防患于未然，保護國家和人民生命財產的安全,。
系統由電氣火災集中控制器,，主控制器，支路控制器,，以及信號采集調理部分組成,。系統組成框圖如圖1所示。
電氣火災監(jiān)控集中控制器采用帶觸摸屏嵌入式工控機,，人機界面使用mcgs組態(tài)軟件,，采用CAN總線與電氣火災主控制器進行通訊。主控制器完成鍵盤輸入,，對支路控制器傳輸的數據進行處理,，及時將各支路狀態(tài)發(fā)送給集中控制器,以及在lcd實時顯示被監(jiān)控線路的各種運行狀態(tài)及參數，并準確地記錄下被監(jiān)控線路運行狀態(tài)的變化,、故障特征,、故障地址、時間等歷史數據,。支路控制器負責a/d轉換,，并進行數字濾波，比較分析線路的過電流,、漏電流等狀態(tài)特征,，做出相應預警,、報警、脫扣動作,并與主控制器通過i2c總線完成雙向通信,。信號采集及調理部分采用高精度電流互感器,、漏電電流互感器對電信號進行采樣，并進行信號調理,，電壓跟隨,，光電隔離，將0-5v的標準信號送入ad轉換器,。ad轉換器采用12位的ti公司ad轉換器tlc2543,。
3支路控制器設計
支路微處理器選用的是philips lpc932a1單片機,它是基于8051內核的高速、低功耗的8位單片機,，其指令執(zhí)行時間只需2到4個時鐘周期,。6倍于標準8051器件。支路控制器系統結構框圖如圖2所示,。
支路控制器系統中，采用精密電阻對ia,、ib,、ic、in四路電流互感器的電流信號取樣并放大,，然后采用精密整流電路將交流電壓信號轉換為直流電壓信號,。經單片機處理后將信號通過i2c總線傳輸至主控制器。
由于現場各種干擾因素較多,，因此在支路控制器軟硬件設計上必須考慮抗干擾問題,。抗干擾設計主要包括以下幾方面:電源抗干擾設計,、單片機抗干擾,、過程通道抗干擾設計、印刷電路板及電路的抗干擾設計和軟件的抗干擾設計,。其中系統電源采用dc-dc變換器得到穩(wěn)定的±12v和5v直流電壓,，采用了高速光耦 6n137對信號進行隔離，在軟件設計中加入了數字濾波器進一步了提高系統的抗干擾能力,。
4主控制器設計
主控制器由聲光報警,、鍵盤及液晶顯示、can總線控制器,、外部flash和時鐘/日歷發(fā)生器等部分構成,。主路微處理器選用的是philips p89v51rd2單片機。主控制器完成的功能主要有:采集各支路控制器傳輸的ia,、ib,、ic,、in等參數數據，故障特征數據,，并在lcd上實時顯示,，并通過can總線傳輸給集中控制器。此外主控制器還將各支路控制器運行狀態(tài)信號用相應雙色發(fā)光管顯示;當有通道出現報警信號時,，主控制器驅動蜂鳴器,，并將實時故障特征數據保存至flash。主控制器系統結構框圖如圖3所示,。
本系統can接口硬件主要采用can獨立控制器sja1000和can收發(fā)器pca82c250,。can總線技術屬于現場總線的范疇，can總線具有較強的糾錯能力,，支持差分收發(fā),，因而適合高噪聲環(huán)境，并具有較遠的傳輸距離;因此,，can協議對許多領域的分布式測控系統很有吸引力,，特別適合于小型分布式測控系統。can總線可以多主機方式工作,，網絡上任意節(jié)點可以在任意時刻主動向網絡上其他節(jié)點發(fā)送信息,。可以分為不同優(yōu)先級,，滿足不同實時需要,。通訊介質采用雙絞線，無特殊要求,，用戶接口簡單,。基于can總線的微處理器火災監(jiān)控器系統,，為解決火災報警問題上提供了新的方法和手段,，既提高了系統的準確性、可靠性,，又為工程設計,、施工布線提供了極大的方便。
本系統中l(wèi)cd顯示界面如圖4所示,。通過系統監(jiān)控界面可查看實時電流數據,，數據以滾動的形式顯示。用戶通過系統設置界面可以設置當前時間以及支路控制器的地址,。添加,，刪除支路，對支路的預警電流值,，報警電流值,，電流互感器變比,，預警延時時間，報警延時時間進行設置,。通過設置延時時間可以防止系統誤動作,。通過查詢歷史數據界面可以查詢報警原因，報警時間以及報警的通道編號,。
5系統軟件設計
監(jiān)控系統軟件設計流程圖如圖5所示,。當系統啟動工作后，經過初始化,，主單片機開始對支路進行參數設置,，設置電流互感器變比，報警,，預警延時時間,，然后每隔50ms接收各個支路板實時數據。當ia,、ib,、ic、in通道電流超過設定電流值,，支路單片機驅動繼電器,，并將通道狀態(tài)傳送給主控制器。
6結束語
在現場實驗中,，三相電流互感器選用瑞泰電子的ct-2000電流互感器，漏電流互感器采用ct-800l電流互感器,。使用mastertech的ms2007b漏電流鉗形表進行電流測量,，實驗數據如附表所示。
實驗表明,本系統精度高,，安全可靠,誤報率低,，操作維護方便等特點,具有廣闊的應用前景。適合于我國大型建筑的防火的需求,。