一种快速响应的智能疏散指示系统的制作方法

本发明涉及一种快速响应的智能疏散指示系统。

背景技术：

中国是个人口众多的国家，其中像北京、上海、广州这样的大城市的人口也是日益膨胀，导致这些城市结构变得复杂多样化。因此，在有限的地域里合理而又高效率地利用地上空间和地下空间，已成为城市发展的必然趋势。根据发展的需求，一些建筑设计大师们开始将停车场、大型商场、电影院等供人们娱乐消费的场所都集中到地下，从而促进了一个地下城市的形成。同时，一些医院、居民住宅、商务会所也越盖越高，越盖越大，也促使了一个高空城市的形成。

随着时代的发展，人们生活水平日益提高，收入也逐年倍增，对房屋住宿也开始追求舒适和方便。当各式各样的高层住宅拔地而起时，这些住宅建筑的通道也随之加长，楼层结构也更加复杂。这对于消防疏散来说，无疑是个巨大的挑战。就近几年而言，火灾事故频频发生。2009年，山西省朔州市内共发生火灾295起，受灾人员共94户，烧毁建筑面积14737.2平方米，直接财产损失为2073200元。在2010年11月5日上午9:15的时候，吉林省吉林市的珲春街商业大厦起火，火灾最终导致19人死亡，另有1人失踪，28人受伤[2]。2010年11月15日14时在上海余姚路胶州路，住宅在装修期间脚手架起火，总共58人遇难。这些惨痛的案例告诉我们，高层建筑的火灾危害甚烈，伤及弱势群体至深并且救援逃生也相当困难。所以一个安全可靠的消防疏散系统能够把伤亡财产损失降到最低。在火灾现场如何能够迅速、安全、准确的逃离，这正是这一个时期急需解决的问题。

就目前传统的消防疏散系统而言，存在诸多问题和隐患。传统消防疏散指示系统没有自检功能，主机经常不能正常运行，并且工作人员疏忽大意，不能及时发现问题，甚至有的系统没接备用电源，最终导致悲剧的发生。此外，传统消防疏散指示系统缺失智能性。当某处火灾发生时，传统消防疏散指示系统不能及时了解火灾现场的情况，从而导致现场的应急照明灯和应急疏散标志灯的误操作，很可能会误导人员朝向灾情严重的方位疏散，这是不允许发生的。以上这些都是传统消防疏散指示系统存在的问题。

如果火灾现场有一套智能化的消防疏散系统，利用智能点位控制技术，能够实时对现场的各种灯具状态的监控，并且能够根据火灾现场情况，正确指示应急照明灯和应急疏散标志灯的工作，这样就解决传统的消防疏散系统的问题，消除了逃生者的心理恐慌，使疏散人员赢得最大的生存几率，同时能够给人员搜救提供很大的方便。按照相关规定，商场、酒吧等大型建筑必须安装符合国家标准的消防疏散指示系统。所以，就实际使用价值和市场经济价值而言，研究符合国家标准的智能点位控制式消防应急照明和疏散指示系统具有重大的意义。

目前的消防疏散指示系统大多采用485通讯技术。485总线式一种基于主从通讯方式的标准的工业总线。具有成本低，硬件简单适合于多机通讯等优点，是目前普遍采用的通讯方式。但是，因其是主从的通讯方式，通讯中采用的是轮询的工作方式，故通讯速度慢，且从机之间不能直接通讯。以10000个节点的智能消防疏散指示系统而论，采用主机—分机--节点三级结构的话（1个主机，100个分机，每个分机100个节点）按2400波特率计算（可靠的通讯率），一组数据10个字节计算，主机轮询一次至少需要500秒以上。为了稳妥增加一些延时的话，至少需要600秒，也就是10分钟以上。严重地影响了系统的性能。国家标准虽然没有对等的巡检时间做出定量的规定，但是巡检时间短是系统的一个重要指标。针对此问题，提出了一种基于复合总线高速、高可靠性、多节点通讯系统的设计方法，解决了多节点与通讯速度慢的矛盾。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明目的是提供一种用于火灾发生时建筑物内人员逃生的路径指示，保障火灾发生时，使人员快速逃离火场，进入安全地带的快速响应的智能疏散指示系统。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种快速响应的智能疏散指示系统，包括主机、分机、支路和节点，所述分机插于主机的总线槽中，每个所述分机内置4片具有CAN总线控制器的型号为C8051F0500的单片机，所述单片机与主机采用双口RAM进行通讯，与其下层的支路采用CAN总线进行通讯，所述支路采用双CPU并行工作，CPU1通过CAN总线与上层分机中的通道通讯；CPU2通过CAN总线与下层的节点以CAN线的方式通讯；CPU1与CPU2采用I/O直连的方式通讯。

作为优选，所述主机与分机通过双口RAM 以并行方式进行通讯，双口RAM采用容量为2KB的CY7C132，一个分机包括4个通道，每个通道由一个8位的CPU C8051F040控制，PC机与单片机各占用CY7C132的1KB空间。

作为优选，所述支路内采用双CPU的结构完成对通道和节点的CAN总线数据通讯，CPU采用自带CAN总线控制器且具有I/O接口的C8051F500，两个CPU之间的通讯采用I/O直连的方式进行，利用18位I/O，其中数据线占用2个8位口，握手线采用中断方式占用2位。

一种快速响应的智能疏散指示系统的工作过程，包括以下步骤：

1）主机向所有分机发送预案命令，采用双口RAM通讯，时间小于1毫秒；

2）各通道单片机通过CAN总线向所带支路群发命令，发送1个数据包即可，时间小于10毫秒；

3）支路双CPU 在40微秒内传送完一组数据；

4）各支路单片机通过CAN总线向所带节点（节点）群发命令，发送1个数据包即可，时间小于10毫秒

5）系统自检：当有一节点发生故障时，节点将通过支路、通道、分机在50毫秒内将自己的故障信息发送给主机。

采用以上技术方案为容量可扩展的“塔式”通讯系统；然后根据各层作用的不同合理地配置CPU及选择适当的总线通讯方式；再通过理论计算给出极端情况下处于末梢的节点与处于顶端的主机随机通讯所需要的时间。从而证明本系统的大容量与高速的特点。

本发明技术效果主要体现在以下方面：根据火灾发生的位置，自动确定远离火场的逃生路线。各疏散指示灯在最短的时间内，做出正确的远离火场的指示。为保证系统的正常工作，要求各指示灯平时具有自检功能。指示灯多，（节点多）。成本低（不宜用以太网）。通讯的数据量小。

附图说明

图1为本发明一种快速响应的智能疏散指示系统的总体结构图。

图2为本发明一种快速响应的智能疏散指示系统的分机原理图。

图3为本发明一种快速响应的智能疏散指示系统的支路原理图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详述，以使本发明技术方案更易于理解和掌握。

一种快速响应的智能疏散指示系统，包括：

第一层，主机：采用工控机。特点：总线插槽多，扩展容易。一个插槽可以扩展一个分机。可以扩展四—八个分机。

第二层，分机：插于主机的总线槽中，内置4片具有CAN总线控制器的C8051F0500单片机，构成四个通道。各通道单片机与主机采用双口RAM进行通讯，与其下层的支路采用CAN总线进行通讯。每个通道可以带100个CAN节点，在本系统中既100个支路。

第三层，支路：置于智能疏散指示系统的配电箱中。采用两片带有CAN总线的单片机C8051F500为主控制器，双CPU并行工作。CPU1通过CAN总线与上层分机中的某一通道通讯；CPU2通过CAN总线与下层的节点（灯具）以CAN线的方式通讯；CPU1与CPU2采用I/O直连的方式通讯。一条支路带100个CAN节点，既100个灯具。

第四层，节点（灯具）：以带CAN总线的单片机C8051F500为节点中央控制器，除了完成智能灯具所要求的功能外，以CAN总线的方式与上层支路通讯。

综上：在一个主机下本系统所带的节点为：

4（分机）*4（通道）*100（支路）*100（节点）=16万（节点），可以满足超大型商场（10万平方米）的设计要求，且可以有多种组合，以满足设计的需求。

其中。基于双口RAM的高速大容量并行数据通讯：第一层的主机与第二层的分机通过双口RAM 以并行方式进行通讯。双口RAM采用容量为2KB的CY7C132。一个分机包括4个通道，每个通道由一个8位的CPU C8051F040控制，PC机与单片机各占用CY7C132的1KB空间。PC机与单片机并行工作。因采用的是并行总线通讯，一次传送1KB的数据的时间不超过1毫秒。C8051F040自带CAN总线控制器及外部总线，设计方便。

基于I/O直连的并行数据通讯：在每个支路内采用双CPU的结构完成对通道和节点的CAN总线数据通讯。CPU采用自带CAN总线控制器且I/O丰富的C8051F500。两个CPU之间的通讯采用I/O直连的方式进行。利用18位I/O，其中数据线占用2个8位口，握手线采用中断方式占用2位。采用这种方式完成一个8位的数据通讯不超过5微妙。

基于CAN总线的长距离数据通讯方式：CAN总线是一个多主的现场总线。其最长的通讯距离可达5千米。本系统采用40KBit的波特率，通讯距离可达1千米，完全可满足疏散指示系统的要求。因CAN总线控制器强大的总线总裁、自检、容错等机制，其通讯时几乎不需软件干预；且因其采取了多主的通讯方式，各节点之间采取主动数据上传机制，避免了主从方式下因轮询而导致的时间延误。只要某个节点有事件发生，都可以在极短的时间内直接上传给总线内的任一节点。在40Kbit波特率的情况下，传送1个邮箱的数据（8个字节的数据，再加上一些ID码、校验码等数据，数据总长度不超过40个字节）不超过10毫秒。节点与支路的CPU皆选用低功耗的带CAN总线控制器单片机C8051F500。

通讯时间的计算：系统中某一灯具发生故障，灯具向主机发送故障状态信息。节点（灯具）通过CAN总线会在10毫秒内将将一组数据8个字节（包括等码、故障信息等）数据上传给支路。支路采用双CPU的结构，且以中断方式进行通讯，传送8个字节数据的时间小于8*5微妙，也就是最多40微妙。支路在10毫秒内以CAN总线的方式将这一组数据（8个字节）送给其上层的通道。通道中的单片机通过并行总线在1毫秒之内将数据送给主机。这样一个事件会在10毫秒+40微妙+10毫秒+1毫秒<25毫秒内传递给上位机。考虑程序执行过程中一些特殊事件的处理，再增加1倍的处理时间，最后的通讯时间不会超过50毫秒。

主机向灯具发送火警预案命令。各灯具内部事先存储火警预案。当火警发生时，主机通过分机、通道、支路向所有灯具群发火警预案命令。各灯具同时执行火警预案。主机向所有分机发送预案命令。采用双口RAM通讯，时间小于1毫秒。各通道单片机通过CAN总线向所带支路群发命令，发送1个数据包即可，时间小于10毫秒。支路双CPU 在40微秒内传送完一组数据。各支路单片机通过CAN总线向所带节点（灯具）群发命令，发送1个数据包即可，时间小于10毫秒这样一个事件会在1毫秒+10毫秒+40微妙+10毫秒<25毫秒内传递给给节点。考虑程序执行过程中一些特殊事件的处理，再增加1倍的处理时间，最后的通讯时间不会超过50毫秒。完全可以满足快速指示的要求。

此通讯系统的架构不会因为系统节点的增加而使通讯速度变慢。当然当有多个节点（灯具）同时发生故障时，从下至上的通讯时间会相应增加，从上之下的通讯时间将保持不变。同采用485通讯结构的系统相比，系统优势明显。

系统自检功能：当有一灯具（节点）发生故障时，灯具将通过支路、通道、分机在50毫秒内将自己的故障信息发送给主机。（具体见通讯时间的计算）。如果采用常规的485通讯方式的话，其通讯时间将达到十几甚至几十分钟，系统性能大大降低。此通讯时间不受系统大小（节点多少）的限制。只是当系统有多个节点同时发生故障时，时间或有所变慢理论上200个节点同时发生故障时，其通讯时间也不会超过1秒钟。

火警预案发送功能：当火灾发生时，主机通过分机、通道、支路在10毫秒时间内将火警预案同时发送到各灯具（具体见通讯时间的计算）。各火警预案存于灯具内，灯具接到火警预案号，将自动执行相应的指示显示。因各灯具事先存储了预案的相应操作，故当火灾发生时，主机采用群发命令功能，各节点能同时收到主机的指令。响应时间几乎可忽略不计。

分机原理图说明：一个分机上有4个支路，图中是一个支路的原理图，其它三个电路相同。P1为PCI总线插槽。U4：CH365。 CH365是一个连接PCI 总线的通用接口芯片，支持I/O 端口映射、存储器映射、扩展ROM以及中断。CH365 将32 位高速PCI 总线转换为简便易用的类似于ISA 总线的8 位主动并行接口，用于和静态双口RAM CY7C132连接。U3：CY7C132。48引脚的2K X 8 的双口RAM。一端与通过CH365与PCI总线相连，由工控机控制读写；另一端与C8051F040单片机通过总线相连，由单片机控制读写。因是并行总线连接，故读写速度快。U2：C8051f040。8位51核的单片机。I/O丰富，自带并行总线接口，外部存储器与CY7C132的一个端口相连，自带的CAN总线控制器。一个单片机构成一个独立的支路。U5：GAL16V8。可编程逻辑器件，完成分机的译码逻辑。U1：SN65HVD230：8引脚的CAN总线驱动器。完成支路与分机的连接。一个65HVD230物理上可连接大于100个节点。

支路原理说明：支路中有2个单片机U1和U2。U1：C8051F500：8位51内核的带CAN总线控制器的单片机。通过CAN总线与其上层的通道联系。通过P1 8口的位并行口向U1发送数据；通过P2口的 8位并行口接收U2数据。P3.0 为请求数据发送标志位。U2：C8051F500：8位51内核的带CAN总线控制器的单片机。通过CAN总线与其下层的节点联系。通过P2口的 8位并行口向U1发送数据；通过P1口的 8位并行口接收U2数据。P3.1 为请求数据发送标志位。U3、U4：SN65HVD230：8引脚的CAN总线驱动器。

本发明技术效果主要体现在以下方面：根据火灾发生的位置，自动确定远离火场的逃生路线。各疏散指示灯在最短的时间内，做出正确的远离火场的指示。为保证系统的正常工作，要求各指示灯平时具有自检功能。指示灯多，（节点多）。成本低（不宜用以太网）。通讯的数据量小。

当然，以上只是本发明的典型实例，除此之外，本发明还可以有其它多种具体实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。