建筑安全监控中设计与应用

1.DTMF互控系统的设计

1.1总体设计方案DTMF互动式远程监控通信实验系统，可根据用户不同的监控功能需求，设置相应外部传感器组。系统运行时，将各传感器采集的信息转换为DTMF编码信号，并经公用电话网相互间传输、控制，系统具备智能自动拨号及应答功能，必要时及时接续电路，传输DTMF编码互控信号，构成远程自动闭环控制体系。互动式监控实验机的硬件设计方面，采用了美国硅实验室Foxx系列完全集成的混合信号系统级MCU芯片，运用芯片内部可编程64个I/O，及芯片内部可编程交叉开关等优越性能，搭建“互动式监控通信实验机”硬件平台，保障了实施本项应用研究的可行性，也是互动式监控通信技术系统的稳定性、可靠性的硬件基础。在DTMF互动式远程监控通信系统中，设置一台近端机和若干台远端机，系统总体为1主多从辐射式结构，运用公共电话网交换和音频通路，以互控方式传输信号、数据和控制命令。提供了一种智能建筑多功能监控电话机，用于智能建筑信息的远距离收发，主要包括以下单元：(1)基本电话单元。用于对连接于公用电话线路的DTMF电话机进行摘机、收线、振铃、通话和通过公用电话线路对DTMF信息的收发；(2)DTMF接收单元。用于对从基本电话单元接收到的DTMF信号解码、存储并传送到控制单元；(3)传感器接收单元。用于对由传感器输入的模拟信号进行调理和电压频率转换，并输出到控制单元；(4)驱动单元。用于执行和发送由控制单元发出的驱动信号到外接驱动信号端子或执行器；(5)控制单元。用于对从基本电话单元、DTMF接收单元、传感器接收单元、驱动单元接收的信号分别进行判别、控制，并将输入的传感器转换信号进行DTMF编码后通过基本电话单元输出。子系统互控过程的典型示范流程如图1所示。1.2DTMF互控系统模型构造了一个利用DTMF互控系统监控溶液PH值的实验槽。当PH值处于正常区，子系统进行“正常周期”监测，正常读取、记录PH值数据；当PH值处于过渡区/校正区，子系统自动进行“密集周期”监测，自动缩短读取、记录周期，通过互控程序，反复调整液体PH值，直至达到正常，恢复子系统“正常周期”监测；当液体PH值迅速恶化，来不及调整恢复，处于劣值区/告警/快校正区时，子系统仍自动进行“更密集期”监测，再度自动缩短读取记录周期，同时发出告警信号(告警信号还可以用语音形式发给手机，通知相关人，对“劣值事件”进行人工干预)。同时，系统仍通过互控程序，反复调整液体PH值，直至达到正常，恢复子系统“正常周期”监测；如果考虑液体PH调节“回差”，在过渡区内设定PH值回差区，回差区内可以不进行调整。其校正区段及PH值分布如下表1所示。校正速率：驱动阀门时间，按PH值校正速率±0.1～±0.15/分钟分段定时。停止驱动阀门1.5分钟以后取值，为PH稳定值(见表1)。一个性能稳定的、重复实验性能良好的、重复实验数据规律性强和安装操作方便的PH值遥控实验槽，是本减灾智能子系统研发成功与否的条件之一。因为智能软件数学模型的设计，是建立在统计学和概率分布的基础之上。对此实验槽稳定性要求：无人介入，受控自行运转连续4小时以上。为了在实验过程当中，人为制造实验槽PH值漂移，用滴管向槽内滴入高浓度速调剂数滴。该实验装置包括：实验液缸一个，微型低速搅拌器1个，PH值数字传感器1套，微型电阀门2套，中和试剂2瓶。自动全程模拟检测框图如图2所示。自动全程模拟检测内容如下：(1)自检：①设定呼叫电话号码；②呼叫接续远端机；③获取远端机采样数据；④获取近端机存储数据时；⑤驱动远端酸液阀；⑥关闭远端酸液阀；⑦驱动远端碱液阀；⑧关闭远端碱液阀；⑨校对近端、远端实时时钟；⑩系统告警自检测。处理完毕，自动收线。(2)自动全程模拟检测：自动巡检：定时自动接续：①全程定时模拟检测校正；②中和实验槽PH值+偏移(表1过渡区/校正区)全程自动校正；③中和实验槽PH值-偏移(表1过渡区/校正区)全程自动校正；④中和实验槽PH值+偏移(表1过渡区/校正区)全程自动校正；⑤中和实验槽PH值-偏移(表1过渡区/校正区)全程自动校正。处理完毕，自动收线。远端机反馈异常，全程模拟检测校正：反向自动接续：⑥中和实验槽PH值+偏移(表1过渡区/校正区)全程自动校正；⑦中和实验槽PH值-偏移(表1过渡区/校正区)全程自动校正；⑧中和实验槽PH值+偏移(表1过渡区/校正区)全程自动校正；⑨中和实验槽PH值-偏移(表1过渡区/校正区)全程自动校正；⑩校对实时时钟；11远端机告警反馈，上位机告警。处理完毕，自动收线。

2.电路系统设计

本监控系统DTMF信号是通过软件产生两个不同频率的正弦波叠加在一起后发送，接收端从电话频域搜索两个正弦波的存在，从而解调出DTMF信号码。2.1系统硬件设计本系统由近端机或远端机各自所属传感器采集到的信息，根据与智能型建筑物数字安全减灾系统之间的共享数据和互通信号要求，本系统自动拨号完成相互交换接续。主机及远端机各自内部的微控制器MCU，通过接口电路分别与所属传感器的信号采集输出端连接，构成较大范围的传感器阵列。主机与远端机均由微控制器电路、传感器接口电路、DTMF接受发送电路，电话电路及显示器电路和双RS232接口电路等组成。驱动接口连接外部驱动受控设备，实验机设置了大电流(220V/3A)驱动口多路，设置小电流(40mA)驱动接口多路，以满足实验所需的多项驱动功能要求。DTMF互动式远程监控通信系统，通过RS232标准接口，集成于智能型建筑物数字安全减灾系统之中，构成相对独立的子系统.子系统DTMF互控模块如图3所示。控制系统能实现的主要技术指标如下：(1)互控技术：DTMF互动式远程通信监控系统，设置了一台近端机和若干台远端机，根据用户不同的监控功能需求，设置相应外部传感器组，系统运行时，将各传感器采集的信息转换为DTMF编码信号，并经公用电话网相互间双向传输、控制，系统具备智能自动拨号及应答功能，必要时及时接续电路，传输DTMF编码互控信号，构成远程自动闭环控制体系。(2)动态模拟显示系统：本系统主机安装在中央监控室，远端通信设备安装在各被监控点(如电梯，防火门，建筑门窗，感烟器，各类传感器，灭火喷淋头，出口指示牌，空调出风口，摄像头等)，对于每个被监控点传感器参数及系统互控状态，均经由主机所连接的电脑显示屏用动态三维动画，实时模拟显示。(3)远程监控：工作人员视情况需要，配备普通手机，用于系统远程设置，工作人员可在任意位置，通过电话交换网、无线网接收主机发来的预录语音信号，可通过手机，对系统内任一监控点发出咨询命令及操作命令，为系统运行安全起见，凡外部对系统的操作设置，须键入二级密码，通过密码验证确认操作人员的指令操作权限。2.2系统软件设计针对计算机控制平台与近端机之间的通讯，特设计此通讯接口软件。该软件根据RS232串口特点，完成计算机与近端机之间的信息交流，是整个智能控制系统的核心。该软件以VC为开发平台，利用VC中专用的通讯类及相关控件，实现人机交互，自动控制等多种操作模式。通讯中使用的核心技术包括以下几点：(1)依照与近端机之间的通讯协议，设定定长的数据帧格式，对接收到的数据进行分段解析，以便执行相应的功能。(2)预先设定监控数据的正常、偏移和异常三段范围，根据在不同的范围段，自动采取相应的处理措施，比如监测数据一旦产生偏移或异常，则利用定时器加快数据采集频率。(3)对数据进行校验查错，剔除无效数据的干扰。以上(2)、(3)两点均在程序中设有专门的判断逻辑。软件系统流程图如图4所示。

3.结束语

本文所设计的互控监控通信系统具有较高的自动化程度，体积小、功耗低、成本低廉、接入方便，在装备和检测现场使用，减少了监控网络的结构层次；能将智能建筑系统与监控设备之间的通信统一起来，并能实时提供检测数据和数据分析给予安全减灾的决策分析。从发展趋势上来看，对建筑内各子系统的控制，特别是楼控系统的各子系统，如电梯，空调，消防，逃逸指示灯，放火通道门的开闭，在突发事件发生前的预警、预报，突发事件发生后起到快速反应和自动执行的作用都具有深远的理论和现实意义。该系统的完成社会作用和社会意义是不可估量的。由于绝大多数的突发公共事件都发生在大型公共建筑中，危害大，影响大。该系统的建立，可以极大的保障公众的生命财产安全，维护国家安全和社会稳定，促进经济社会全面、协调、可持续发展。提高我国的突发公共事件应急水平。

作者：佘静 王春波 单位：湖北大学知行学院计算机与信息工程系