摘要：為有效預測電氣火災的發生趨勢，減少人們生命和財產損失，提出一種基于SoPC系統和CAN總線的電氣火災預警系統方案，該系統利用SoPC技術減小了火災報警系統監控節點的設計復雜程度，同時結合現場總線通信距離遠，抗干擾能力強，實時性好的優點，有效地保證了該系統的預警監測范圍。與傳統的火災報警系統相比，該系統的主要優點有2個，一是該系統側重對電氣火災的預測與預報，在火災發生之前報警以減小損失；二是每個監控節點都帶有高性能嵌入式軟核處理器，使單個節點具備火災預測信息處理的功能，大大增加了對電氣火災預測的準確率，同時減少了上位計算機的負擔。
關鍵詞：CAN總線；電氣火災；預測；SoPC

0 引言
如何有效地預防火災事故一直是全社會關注的問題。近年來，全國居民用電設備逐年增加，由此引發的火災事故有不斷上長的趨勢。據公安部調查統計，2009-01-09，全國共發生火災106 191起(不含森林、草原、軍隊、礦井地下部分火災)，死亡831人，受傷509人，直接財產損失10．6億元。其中，電氣引發火災31731起，造成死亡265人，受傷114人，損失41514．6萬元，分別占總數的29．9％，31．9％，22．4％和39．1％；居各類火災事故之首。這類火災事故不僅僅造成人員傷亡和經濟財產損失，還有可能引發火災發生地及附近區域電力系統的大面積癱瘓，給社會生產和人們的生活帶來極大的不便。
火災預警系統在早期預測、及時發現與報警以及消防聯動等方面都起著重要的作用，早期的火災預警系統存在線路繁雜、檢修不便、有效范圍小、實時性低、誤報與漏報率高等諸多缺陷。本文提出的火災預警系統充分發揮CAN總線與SoPC系統的優點，有效克服了上述缺點，能對智能樓宇小區、賓館、醫院、娛樂場所等人員密集的區域的用電情況進行實時監控，并預測火災發生的趨勢，將檢測結果通過CAN網絡系統送至監控室，以便及時提醒值班人員采取有效措施防止火災事故的發生。

1 系統工作原理與結構
1．1 火災預警系統的工作原理
電氣火災預警系統一般是通過多種傳感器采集電流、電壓、溫度相關數據，送至監控智能節點中進行分析處理，通過數據異常變化的趨勢預測火災發生的機率。同時，將這種預測結果在主監控室的上位機中顯示出來，以便讓值班人員圾時了解火災發生的可能性，采取有效措施制止火災事故的發生，如果無法控制險情，則及時向特定區域發出警報信號，有序組織相關人員撤離以避免人員傷亡。并且，火災預警系統還應該具有在火災事故發生后正確啟動消防聯動系統和保護周邊區域電力系統不受事故影響、保持正常工作的功能。
火災預警系統設計的關鍵有2個，一是要實現大范圍的實時監控，同時要保證監控地點的設備與值班室上位機之間快速、可靠的通信，及時讓值班人員了解信息，CAN總線與一般的通信總線相比，它的數據通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性，另外，CAN網絡的有效節點高達110個，能很好地保證CAN總線監控系統的有效覆蓋范圍。CAN總線具有廣泛的應用領域，目前已經成為國際標準；二是對于火災趨勢預測的準確性與可靠性，盡可能的減少因誤報和漏報而帶來的人員恐慌。
1．2 火災預警系統的結構
本次設計的系統為分散式控制系統，采用三級級聯結構，由上位機，USB-CAN轉接口和CAN總線監控節點3個部分組成。其中，上位機的主要作用是讓值班人員通過上位機了解目前系統的監控情況，并對整個系統進行控制；USB-CAN轉接口負責上位機與CAN網絡的連接；CAN總線監控節點用于完成數據采集和部分數據分析功能，CAN網絡負責上位機與CAN總線節點間信息的傳遞。CAN總線網絡結構的有效節點可達110個，并且還可以通過中繼進行擴展，有效保證了系統的監控范圍。系統的具體結構如圖1所示。

2 系統設計中的關鍵問題
2．1 硬件設計中的關鍵問題
系統硬件設計的關鍵問題有2個，一是監控數據的采集與信息處理；二是CAN總線網絡接口的設計。本系統監測的對象為電力低壓線路，主要監測電流、電壓、溫度和漏電流等參數。監測節點包括FPGA、互感器及信號調理電路、模／數轉換電路、存儲電路、顯示電路、語音報警電路、CAN總線控制器及其收發模塊、鍵盤接口和脫扣裝置與保護電路等模塊，其中FPGA選用Altera公司生產的EPC28Q208C8N芯片，主要作用為負責各參數的數據采集和分析相關數據并進行火災預測；存儲電路用于存儲監測結果和相關參數；互感器及信號調理電路、模數轉換電路模塊用于采集相關數據，并在液晶顯示模塊中顯示出來；CAN總線控制器及其收發模塊模塊負責上位機與監控節點間的通信；語音報警模塊
用于報警并通知人員撤離；鍵盤電路用于設置參數和查詢；脫扣裝置與保護電路則是在線路出現嚴重故障情況下隔離火災地點與周圍區域的電力線路，保證其他用電設備不受其影響，其具體結構如圖2所示。