中南大学工程硕士论文 第一章 绪论
目 录
第一章 绪论.???????????????????????????
1.1 研究背景与意义 .......................................... 3 1.2 国内外研究现状与水平 .................................... 3
1.2.1 国外典型产品...................................... 4 1.2.2 国内典型产品...................................... 7 1.3 研究的主要内容?????????????????????.5 1.4 论文的组织结构 .......................................... 11
第二章 智能建筑火灾自动报警系统构成原理 .......................... 12
2.1 智能建筑的组成及功能 .................................... 12 2.2 智能建筑火灾自动报警系统 ................................ 13
2.2.1 火灾自动报警系统基本结构.......................... 13
2.2.2 火灾自动报报警系统基本性能........................ 14 2.3.3 火灾自动报警系统基本要求.......................... 15 2.3 火灾探测器原理 .......................................... 16 2.3.1 火灾自动报警控制器................................ 16 2.3.2 火灾自动报警系统的线制............................ 18 2.4 传统火灾自动报警系统..................................... 19 2.5 现代火灾自动报警系统..................................... 19 2.6 本章小结???????????????????????? 第三章 火灾自动报警系统信息识别方法 .............................. 23
3.1 火灾信息处理的基本概念................................... 21 3.1.1 火灾信息处理的基本概念.............................. 22 3.1.2 火灾信号的基本特征.................................. 22 3.2 通信数据信息识别方法..................................... 24 3.2.1通信方式的分析识别.................................. 25
3.2.2通信数据信息识别 .................... 错误！未定义书签。
3.2. 3 数据及实验分析??????????????????. 28 3.3 图像型火灾识别技术????????????????????30
3.3.1 基本原理............................................. 31 3.3.2 火灾图像的预处理..................................... 32 3.3.3 火灾图像的分割....................................... 33 3.3.4 火灾图像的特征提取.................................. 364 3.3.5 实验结果及分析...................................... 397 3.4 本章小结 ............................................... 419
第四章 基于BP神经网络的火灾图像探测技术 ......................... 40
4.1 人工神经网络 ............................................ 40 4.2 BP神经网络火灾图像探测算法 .............................. 40 4.2.1 BP神经网络原理 ..................................... 40
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4.2.2 BP神经网络结构 ...................................... 41
4.2.3 BP神经网络算法学习步骤 .............................. 42 4.3.4 BP神经网络算法的火灾探测实验 ....................... 464 4.3 本章小结 ............................................... 486
第五章 结论与展望 ............................................... 519
5.1 研究工作总结 ........................................... 519 5.2 进一步研究发展方向 ...................................... 50
参考文献 ......................................................... 51 致 谢 ........................................................... 54 攻读学位期间主要的研究成果 ...................................... 575
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中南大学工程硕士论文 第一章 绪论
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
随着信息社会的发展，智能建筑比传统建筑更能够为人们提供理想的工作和生活环境。因此以1984年1月美国联合科技集团UTBS在康乃狄格州哈特福德市(Connecticut Hartford)建设的都市大厦(City Palace)为标志，在美国、欧洲及世界其他地区相继兴起了营造智能建筑的热潮。当前，我国的城市建设正在经历一个前所未有的蓬勃发展阶段，同时也陆续兴建了一些不同智能标准的新型智能建筑。尤其是进入20世纪90年代以来，智能建筑在我国似雨后春笋般地拔地而起，并将成为21世纪建筑发展的主流。智能建筑是综合经济实力的象征和综合性科技产业，其发展涉及电力、电子、计算机软件工程与通讯等多种行业。同时数字程控交换机、光纤通讯、卫星通讯、区域网络与广域网络等取得长足发展，都为智能建筑的兴起奠定了良好的技术基础。
随着人们防火意识的增强以及计算机技术的发展，智能建筑火灾报警系统的探测技术由单元探测技术向多元复合探测技术发展，提高了探测的灵敏度和可靠性；信息处理技术由“固定阈”判断发展为将现场采集参数与储存数据进行对比，并开始引进神经网络技术；随着现场总线技术的发展，数据总线布线技术由二线制逐步走向CAN、Long Works现场总线技术，增强了火灾报警系统的开放性、准确性和实时性。随着信息共享性的增强，火灾报警系统的管理必将走向网络化，由监控中心进行统一调度，实现各部门的联动。智能化建筑的兴起，以及微电子技术、检测技术、自动控制技术、计算机技术等的飞速发展，人们对火灾报警系统提出了更高的要求，使得火灾自动报警系统也出现了智能化的趋势[1]。为了加强新型火灾报警系统的发展，有必要对智能火灾探测报警技术进行研究探讨，开发新的传感技术和研究新的火灾信息处理算法。研究火灾自动报警系统的探测、报警、处理、控制等功能，掌握探测火灾的规律，完成火灾报警系统数据的识别、检测、维修等功能，以期降低误报，杜绝漏报，减少火灾给人类生命财产带来的损失，减少火灾给生态环境和自然资源造成的破坏具有十分重要的意义[2，3]。
1.2 国内外研究现状与水平
火灾自动报警系统的发展历史可以追溯到19世纪。1890年英国人发明了第一只用来探测火灾信息的装置——对温度敏感的感温探测器。此后的半个世纪感温探测器只是局部地被应用，仅作为一种报警元件。而作为火灾自动报警系统的
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发展标志的火灾探测器——放射性同位素源的离子感烟探测器，是到了20世纪50年代开始研究开发，60年代初才被推广应用。在欧美等发达国家，火灾自动报警设备的生产和应用历史较长，应用已经普及到了家庭。并且制定了比较完善的火灾报警规范。火灾报警技术发展与微电子技术、计算机技术、通讯技术和信息技术密切相关，还包含了光电子技术、传感器技术、自动控制技术、热工技术、特殊材料、化工等专业领域的知识，火灾自动报警发展趋势为【4，5】：
(1) 以模拟量数据传输为基础的火灾自动报警系统曾经是20世纪80年代兴起的新一代的火灾自动报警系统。例如，西门子的SIGMASYS系统就能实现这样的功能；
(2) 可寻址开关量火灾报警系统和分级报警式火灾自动报警系统作为“初级智能”的火灾自动报警系统获得普及应用。在此基础上，以火灾模拟化技术为基础的、具有像人的感觉器官那样高可靠火灾探测功能的高级智能化火灾自动报警系统正在研制。采用人工神经网络、自动消防功能的机器人、光谱特性和火灾图像特征等识别技术判别真假火灾；
(3) 采用多级计算机分机管理方式的先进火灾自动报警系统获得应用，适应了智能化建筑将楼宇内防火、电力、空调、节能、设备监控管理组合在一个完整的计算机管理系统的需要；
(4) 从多线制系统联接过渡到总线制；
(5) 专用集成电路设计与应用技术将成为智能化火灾参数传感器的核心，促进了火灾自动报警系统的智能化；
(6) 以火灾自动探测算法为基础的烟、温复合式火灾探测器已批量生产并被工程应用；
(7) 无线遥控式火灾自动报警系统报警已在国外逐步实现产品化； (8) 计算机多媒体和数据库技术实现了报警语音化和各种数据存储； (9) 以微粒分析和激光技术为基础的高精度火灾参数分析和超早期火灾报警技术已实现产品化；
(10) 国外具有协议开放技术的火灾探测器已形成规模化生产能力[6]。 1.2.1 国外典型产品
国外火灾自动报警的典型产品众多。这里重点简介美国DALLAS公司生产
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的数字温度芯片DS18B20型火灾自动报警系统。该系统2000年问世以来，代表了目前火灾报警系统的国际先进水平。其产品具有测点多、造价低、安装维修方面、便于扩展、可靠性高、抗干扰能力强等优点。如图1-1是产品的网络拓扑结构图：
CAN总线. . .CAN总线智能模块. . .CAN总线智能模块1-wire总线DS18B20DS18B20DS18B20DS18B20
图1-1 DS18B20系统网络拓扑结构图
1、CAN总线智能节点模块
DS18B20系统的硬件实现主要是通过CAN总线智能节点模块的实现。系统模块采用AT89C55WD做主控芯片，通过CAN总线独立控制芯片PHLLPS SJA1000和CAN总线收发器芯片PHLLPS 82250与CAN总线相连，通过I/O 口和1-Wire单总线相连通。总共可以挂接3?10?110=3300片DS18B20。每个CAN总线智能节点都有一个模块地址，这个地址通过一个8位的拨码开关来实现节点与节点之间的互相通信[8]。
2、DS18B20与控制器的连接
DS18B20支持寄生电源供电方式，如图1-2所示。这种方式不需要本地专门提供电源，把芯片的电源和地相接，只用一根1-Wire单总线和主机通信并获取电源。DS18B20在单总线为高电平时从单总线获得电荷，供应芯片电源，同时一部分电荷也保存在芯片的寄生电容中，在单总线低电平时供电。单总线的空闲状态是高电平，如果单总线保持低电平超过480ěs，单总线上挂接的所有器件将复位。另外，单总线器件在某些工作状态下（如温度转换和EEPROM写入时）必须保证有足够的电源和电流。所以，当Wire单总线上负载多个DS18B20时，必须在总线上用一个MOSFET（金属氧化物半导体场效应管）提供强上拉。当单总线需要上拉时由控制器通过I/0口对场效应管的栅极写“1”，即加一个+5V的电压，使场效应管导通，其他时刻对栅极写“O”，使场效应管截止。
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