摘要：電氣火災係統的良好應用能夠顯著降低建築物內(nei) 部出現電氣火災的現象，同時能夠切實保證建築物的安全和質量。隨著我國相關(guan) 技術的發展和進步，越來越多複雜的電氣技術和設備應用在建築內(nei) 部的電路中，增加了出現電氣火災的概率，對建築物發揮積極作用以及建築物使用者的安全造成了極為(wei) 消極的影響。而應用LoRa無線通信技術應用在電氣火災監控係統中能夠顯著降低電氣火災的出現概率，實現預防電氣火災的目標。該無線通信技術的應用傳(chuan) 輸距離較遠，穿牆的效果較好，同時因為(wei) 功耗較低所以能夠被高質量的應用在電氣火災監控係統中。因此主要從(cong) 電氣火災係統的構成以及原理和內(nei) 部硬件軟件設計進行入手，進而闡釋電氣火災監控係統的設計措施。

關(guan) 鍵詞：LoRa；無線通信技術；電氣火災監控係統

一、前言

隨著我國科學技術的發展進步，建築物內(nei) 部的電氣線路越來越複雜，同時電氣線路中的設備複雜程度也在顯著增加，一方麵這種複雜的電氣線路帶給居民生活以及生產(chan) 的便利條件，另一方麵這種複雜的電氣線路也明顯增加了出現電氣火災的概率。因此電氣火災監控係統的應用十分重要，電氣火災監控係統能夠監控電氣線路中運行的溫度、漏電現象以及漏電流的大小，進而對可能會(hui) 出現火災的部分進行預警。在傳(chuan) 統的電氣火災監控係統中應用的通信技術多數是 CAN 總線式傳(chuan) 輸，這種通信技術在現階段複雜電氣電路的背景下存在布線困難、建設成本大以及硬件工作質量有限的問題。因此在後續研發電氣火災監控係統的過程中，應該重視無線通信技術以及通信距離的要求，通過這種方式來提高電氣火災監控係統的運行質量，降低電氣火災的出現概率。

二、電氣火災監控係統的構成以及原理

基於(yu) LoRa 無線通信技術的電氣火災監控係統主要是由溫度傳(chuan) 感器、漏電電流傳(chuan) 感器、電氣火災探測器、無線傳(chuan) 輸係統以及監控主係統構成。該電氣火災係統的主要應用原理就是如果電氣線路內(nei) 部出現了短路或者漏電的現象，電氣火災探測器能夠通過溫度傳(chuan) 感器以及電流傳(chuan) 感器對線路中出現的溫度以及漏電電流數據進行采集。數據經過處理之後傳(chuan) 遞給電氣火災監控主係統，如果線路的溫度或者是漏電電流超過係統預設的預警閾值，那麽(me) 探測器中的主控芯片能夠將報警信息傳(chuan) 遞給主控係統，並且實時顯示報警值。在設計電氣火災監控係統的過程中，應該在探測器內(nei) 部和監控主係統中放置良好的無線發射芯片，這樣探測器也能通過 LoRa 無線通信技術將報警信息傳(chuan) 遞給值班人員，並且清晰顯示預警位置和數據，從(cong) 而為(wei) 值班人員落實良好的控製措施奠定堅實基礎。此外，在我國信息技術和互聯網技術的發展背景下，能夠將大數據技術以及智能控製設備應用在電氣火災監測係統中，通過大數據技術的應用能夠對經常出現超過預警閾值的部分進行數據收集和綜合分析，這樣值班人員能夠通過數據分析來對設備運行的壽命和質量進行綜合考量，對於(yu) 不滿足監控要求的設備進行及時的更換和維修，既能夠提高電氣火災監控係統的運行質量，同時也能夠有效降低電氣火災的出現概率。將智能設備應用在電氣火災監控係統中，能有效保證對出現的數據異常進行智能化處理，從(cong) 而切實提高電氣火災監控係統的應用質量和價(jia) 值。

三、電氣火災監控係統內部硬件設計措施

（1）微控製單元

在對電氣火災監控係統進行硬件設計的過程中，主要的內(nei) 容包括微控製單元、信號采集通路、通信接口以及無線通信電路，這些硬件設備設計的主要目標就是保證數據信號能夠被準確的采集，及時的傳(chuan) 遞給電氣火災監控的主係統，以此降低電氣火災出現的概率和電氣火災出現後對生產(chan) 和生活造成的消極影響。在設計電氣火災監控係統的微控製單元時，主要選擇的是基於(yu) ARMCortex-M 內(nei) 核的 32 位微控製器，其內(nei) 部的係統儲(chu) 存器規格是 64KB，具有的優(you) 勢是高速運行內(nei) 存，能夠實現快速傳(chuan) 遞數據信息的目標，同時還能夠存儲(chu) 一定的預警信息。該芯片工作的電壓是 2～6V，能夠在 85℃以下進行工作，因此這種芯片對工作環境的要求較低、功耗小、運算速度快，同時因為(wei) 其結構簡單所以芯片的穩定性較高。設計人員能夠使用這種微控製單元來按照實際生活和工作的需求設置不同的控製模式，進而滿足探測電氣火災監控係統多樣化工作的要求。但是這種微控製單元的應用也有一定的缺點，那就是不能夠實現數據的長時間保存，因此在使用這種微控製單元進行數據收集和傳(chuan) 輸的過程中，技術人員能夠在微控製單元周圍設置一定的信息儲(chu) 存單元，這樣能夠更好地發揮數據異常監控和電氣火災監控係統運行的積極作用。在設置的信息存儲(chu) 單元中，應該設置定期清理數據的工作模式，這樣能有效延長信息存儲(chu) 單元的使用壽命，通常設置三個(ge) 月或者半年清理即可。

（2）信號采集電路

信號采集電路主要內(nei) 容有信號采樣回路、預算放大器、基準電源、電壓跟隨器以及信號濾波電路等。不同的電路工作模式和工作目標都是不同的。例如測溫采樣回路電路的主要工作模式就是能夠通過電路設計來對內(nei) 部線路的運行溫度進行測量，通過這種方式來將相關(guan) 溫度數據傳(chuan) 遞給微控製單元，進而提高微控製單元對溫度的控製和預警力度。而電流傳(chuan) 感器主要的工作模式是對出現短路或者是漏電電流的大小進行及時監測，將監測的數據傳(chuan) 遞給信號采集電路，進而將異常數據快速傳(chuan) 遞給主控製單元，實現及時的預警目標。具體(ti) 的工作模式就是通過分壓電阻、開關(guan) 管和溫度傳(chuan) 感器先形成采樣回路，然後電壓跟隨器落實緩衝(chong) 級以及隔離級，這樣一方麵能夠實現高輸入電阻、低輸出電阻的目標，同時能夠讓前後級之間的電路互不影響，同時還能夠降低采集溫度信號的電壓幹擾力度，對保證溫度信號采集和傳(chuan) 遞的準確性具有積極影響。在采集數據的過程中微控製單元通過控製開關(guan) 管導通，在溫度傳(chuan) 感器上產(chan) 生的電壓信號直接進入濾波電路，經過降低幹擾以及放大之後將信號接入微控製單元進行數據處理，實現對溫度的充分監控。信號采集電路的工作原理就是在將信息技術進行收集之後，結合預定的工作模式對數據進行篩選，對於(yu) 異常數據使用放大方式來進行傳(chuan) 輸，同時在傳(chuan) 輸的過程中要降低其他外界因素對放大信號的幹擾，保證微控製單元接收到數據信息的準確性和可靠性。這樣能充分發揮數據的應用優(you) 勢，同時還能降低數據在采集過程中占用的計算空間，提高微控製單元的控製質量和效率。除了應用測溫式電氣火災監控探測器，在設計係統的過程中，技術人員還能夠使用電弧式電子火災監控探測器。使用這種探測器能夠避免電弧能量導致的可燃物火災出現，對於(yu) 電弧進行全麵的監控。在使用該探測器的過程中，技術人員能夠將這種探測器配備在配電線路的末端，這樣能有效提高電弧出現的監測，從(cong) 而降低火災事故的出現概率，對電弧的出現進行監控。目前來看，我國現有的電弧式電氣火災探測器應用質量和水平較低，不能充分滿足多數建築物的火災預防要求。因此選擇電弧式電氣火災探測器時能夠引進的檢測方法和探測器，通過這種方式來提高電弧檢測的質量，強化輔助監控，進而保證電弧式電氣火災監控探測器能夠有效運行。

（3）通信接口

經過微控製單元處理之後的數據信息會(hui) 通過通信接口傳(chuan) 遞給無線通信設備進行數據傳(chuan) 輸，在設計通信接口的過程中應該注意設計無線通信設備和微控製單元之間的連接，注意設計匹配阻抗功能的設計，這樣能夠有效減少和消除數據信息在傳(chuan) 輸過程中出現的信號反射。例如引腳能夠設置為(wei) 複位引腳，通過這種方式來初始化參數，保證低電平有效。同時要設置良好的同步串行接口，這樣能夠充分保證無線通信設備和微控製單元之間的數據傳(chuan) 輸質量和效率。在對通信接口進行設計的過程中，主要是由片式電阻陣列以及無線通信和控製單元之間的連接部分組成。因此通信接口的應用不僅(jin) 僅(jin) 是進行數據的傳(chuan) 輸，同時還具有消除外界影響因素對數據不良影響的作用。片式電阻陣列的使用能夠有效減少高頻信號反射，同時能夠降低傳(chuan) 輸數據的失真，較好地實現微控製單元和無線通信電路之間數據傳(chuan) 輸的目標。

（4）無線通信

電路無線通信電路的設計能夠分為(wei) 發射電路和接收電路兩(liang) 種。在電氣火災監控係統的設計中，電氣火災探測器和監控主係統之間的通信使用基於(yu) LoRa 的無線數據傳(chuan) 輸技術。相較於(yu) 有線通信電路，無線通信電路對數據傳(chuan) 輸的性要求更高，因為(wei) 無線數據傳(chuan) 輸過程中受到不良因素影響的程度較大，一旦在數據傳(chuan) 輸中出現消極影響，既有可能會(hui) 導致值班人員對設備工作狀態進行誤判，*終增加電氣火災的出現概率，同時對值班人員的工作質量也會(hui) 起到不良影響。在選擇數據收發器時應該重視集成度、低功耗以及多頻段，這樣既能夠實現超遠距離的通信目標，同時也能夠降低通信過程中受到的外來幹擾，從(cong) 而保證數據傳(chuan) 輸的質量和效率。其中晶振電路能夠為(wei) 係統提供時間信號，通過雙重匹配回路的形式來組成收發電路，進而切實提高無線通信抗幹擾能力以及穩定可靠性。在發射電路進行設計的過程中，數據要經過濾波處理從(cong) 而實現降低外部高頻信號對數據傳(chuan) 輸幹擾的目標，降低信噪比。C28 和 L8 形成了串聯諧振電路，而另外的電阻形成兩(liang) 組並聯諧振電路，所以在信息傳(chuan) 遞和傳(chuan) 輸的過程中能夠根據不同的通信頻率來調整內(nei) 部電子元件的參數，這樣能夠保證數據發送實現*佳狀態。在對接收電路進行設計的過程中，應該重視對通信頻率外信號的過濾功能設計，在工作的過程中將輸入端的無線信號轉化為(wei) 聲信號在介質表麵進行傳(chuan) 輸，而輸出端能夠通過將這種聲信號轉換為(wei) 無線信號進行接收和傳(chuan) 遞。在設計過程中能夠使用 SX1278 發射芯片，這種發射芯片的優(you) 點是集成度高、功耗低、頻段多，既能夠實現遠距離的戶數傳(chuan) 輸任務，同時抗幹擾的能力又比較強，能夠使用多種不同頻段進行數據傳(chuan) 輸。此外這種發射芯片的靈敏度較高，能夠滿足絕大多數電氣火災監控係統運行和數據傳(chuan) 輸的要求。在使用這種芯片的過程中，應該重視芯片的配套設備應用，保證芯片的供電穩定，從(cong) 而保證芯片能夠在實際運行的過程中充分發揮積極作用，提高數據傳(chuan) 輸的抗幹擾能力和穩定性。

四、電氣火災監控係統內部軟件設計措施

（1）數據采集軟件設計

數據采集軟件的設計目標就是實現硬件設備對數據的采集，現階段能夠應用在數據采集軟件設計中的程序語言相對較多，例如 C 語言、Java 語言和爬蟲語言，通常情況下使用 C 語言能夠更好的滿足電氣火災監控係統軟件設計的相關(guan) 要求。在電氣火災監控係統運行的過程中，數據采集軟件能夠影響的設備主要有溫度傳(chuan) 感器、電流傳(chuan) 感器以及電氣火災探測器，通過傳(chuan) 感器來對相關(guan) 數據和信號進行充分的采集，同時數據采集軟件應該具有良好的數據存儲(chu) 功能。在通電之後，軟件應該先進行初始化操作，將相關(guan) 數據和參數調整到*佳的數據采集狀態，比如微型控製單元的工作複位以及探測器的工作複位，同時對屏幕進行清屏操作。在初始化完成之後針對各種傳(chuan) 感器發送啟動命令，在傳(chuan) 感器將相關(guan) 數據進行采集之後和探測器內(nei) 部設定的預警數值進行比對，如果沒有超過相關(guan) 閾值，那麽(me) 重複采集數據和比對的工作，如果超過閾值，應該進行報警並且顯示當時的數值，將相關(guan) 數據進行上傳(chuan) 。在數據上傳(chuan) 的過程中，能夠在數據上傳(chuan) 時使用數據捆綁的形式進行發送，這樣能顯著減低數據的傳(chuan) 輸量，同時對接受和使用數據具有十分積極的意義(yi) 。在整體(ti) 軟件設計的過程中，應該保證軟件能夠對監測到的電流信息準確性。除了能夠從(cong) 硬件設施角度入手，技術人員還能夠在軟件層麵設置數據檢測，在對同一時間發送過來的數據包進行至少三次檢查，通過這種方式能有效的提高軟件工作報警的準確性，對於(yu) 降低電氣火災檢測係統工作失誤能夠起到積極作用，同時對提高電氣火災監控係統的應用質量也能起到重要的意義(yi) 。

（2）數據傳輸軟件設計

數據傳(chuan) 輸軟件設計中應該為(wei) 數據傳(chuan) 輸軟件設置喚醒、休眠、正常三種工作模式。其中休眠對應的是數據采集軟件開始工作前的模式，喚醒和正常是相關(guan) 數據信息超過預設閾值時的工作模式。通過在軟件中寄存的相關(guan) 指令來選擇對應的工作模式，數據傳(chuan) 輸軟件在工作時應該對定時器以及係統時間等內(nei) 容進行初始化，保證數據傳(chuan) 輸軟件能夠和數據采集軟件工作步調一致。在寄存工作參數中選擇對應的工作模式後進行工作，將數據進行無線發送，在每次發送成功之後進入休眠期等待下次命令，這樣還能顯著降低功耗。數據傳(chuan) 輸軟件的設計目標主要有三點，分別是數據傳(chuan) 輸的質量、數據傳(chuan) 輸的速度以及數據傳(chuan) 輸之後數據的應用。在對數據傳(chuan) 輸軟件設計的過程中，除了能夠通過寄存器的設置來保證數據傳(chuan) 輸軟件的應用質量之外，為(wei) 了提高數據傳(chuan) 輸的質量能夠通過逆變反應在數據傳(chuan) 輸軟件兩(liang) 端設置數據加密解密或者是捆綁以及分包的工作模式，這樣一方麵能顯著提高數據傳(chuan) 輸的完整性和高質量，另一方麵能夠切實提高數據傳(chuan) 輸的速度，對於(yu) 滿足數據傳(chuan) 輸目標能夠起到積極的作用。此外，在數據傳(chuan) 輸軟件工作的過程中，可能會(hui) 存在工作模式和數據采集工作模式不相符的問題，因此應該設置良好的軟件自啟動工作模式，在發現不相符時及時重啟，通過這種方式能有效提高數據傳(chuan) 輸軟件和數據采集軟件的匹配程度，保證整體(ti) 電氣火災監控係統的穩定高質量運行。

（3）監控係統軟件設計

*後就是設計人員應該對監控軟件和主係統進行良好的設計，既能夠通過自定義(yi) 的通信協議采用 LoRa技來實現收發數據，同時也能夠直接采用 LoRa 技術實現數據的接收和傳(chuan) 遞。例如監控主機能夠使用模塊化設計來保證報警以及故障信息能夠在監視屏幕中進行實時的顯示。在人機交互界麵應該采用觸摸屏，這樣能夠提高值班人員和監控係統的交互性，實現良好的設置、進入以及退出等功能。此外，設計人員還能夠設置便攜式的電氣火災監控係統，一旦在係統運行的過程中發現監控的參數超過閾值時，能夠及時在工作人員的信息終端中進行報警，這樣也能夠發揮出電氣火災監控係統的積極作用。監控主係統除了具備報警信息監督和傳(chuan) 輸以及報警功能，還應該具備良好的檢驗功能，通過曆史數據記錄來對報警閾值進行一定的調整，保證報警閾值能夠在合理的區間內(nei) ，這樣也能夠有效的提高係統對電氣火災出現的預見性，從(cong) 而切實提高電氣火災監控係統的工作質量和效率。因為(wei) 大數據的技術難以實現在電氣火災監控係統內(nei) 部設置，因此應該將大數據技術設置在主監控係統或者值班人員的便攜式管理設備中，通過大數據技術來對出現異常數據部位的數據進行規模的數據分析和計算，例如在電氣火災監控係統中發現某位置出現溫度過熱的情況，經過大數據計算和分析之後發現這個(ge) 位置出現溫度過熱情況次數較高，說明傳(chuan) 統的電氣線路已經不能夠滿足安全使用的要求。然後，大數據技術能夠將分析結構及時傳(chuan) 遞給值班管理人員，值班管理人員經過對該部位的檢查之後對該部位的電氣線路進行更換，這樣能顯著降低電氣火災現象的出現概率，同時對提高電氣火災監控係統的應用質量和效率能夠起到積極的推動作用。

（4）無線通信

電氣火災監控係統設計注意事項首先應該避免監控係統的應用對居民的正常生活造成消極影響。因此技術人員在設計無線通信電氣火災監控係統的過程中應該將整體(ti) 的火災預警報警係統作為(wei) 獨立的子係統，這樣還能夠實現降低無線通信傳(chuan) 輸信號幹擾因素的目標。電氣火災監控係統所發出的電子信號隻能代表電氣係統中可能存在的隱患，不能夠直接判斷電氣火災的發生，因此電氣監控係統在設計的過程中應該結合電氣火災自動報警係統，這樣既能夠實現預警目標，同時能夠幫助值班人員或者是居民正確處理火災情況，提高火災預防工作的質量和效率。電氣火災監控係統在報警時需要保證電源的穩定，不然可能會(hui) 因為(wei) 誤觸導致居民生活受到影響，因此需要保證無線通信以及電氣火災監控係統的穩定運行。其次就是在設計無線通信電氣活在監控係統的過程中，應該重視提高保護裝置的合理應用。為(wei) 了保證無線通信設備能夠在火災情況以及預警情況中發揮積極的作用，應該對無線通信裝置進行保護，也就是要對無線通信接口、微控製單元以及數據傳(chuan) 輸模塊進行充分的保護，在其外部設置絕緣防水防火的材料，這樣無線通信功能即便是遇到情況也能夠正常使用，不僅(jin) 能夠有效的提高電氣火災的預警質量和效率，同時還能夠切實提高無線通信的穩定性，對於(yu) 降低信號傳(chuan) 輸過程中的影響因素也能起到積極作用。*後就是要設置良好的應急處理軟件功能，這種軟件主要就是應用在無線通信設備或者是微控製單元出現故障的情況下，保證軟件以及硬件設備能及時重啟，需要該軟件實現切斷傳(chuan) 感器和相關(guan) 設備之間的通信連接，以此降低重啟後設備出現異常或者是誤差的現象。結合以上注意事項能有效的提高電氣火災係統的應用質量，對提高建築物使用體(ti) 驗以及保證居民健康安全和保證居民正常的生活節奏能夠起到極為(wei) 積極的作用。

五、安科瑞電氣火災監控係統

（1）概述

Acre1-6000電氣火災監控係統，是根據國家現行規範標準由安科瑞電氣股份有限公司研發的全數字化獨立運行的係統，已通過國家消防電子產(chan) 品質量監督檢驗中心的消防電子產(chan) 品試驗認證，並且均通過嚴(yan) 格的EMC電磁兼容試驗，保證了該係列產(chan) 品在低壓配電係統中的安全正常運行，現均已批量生產(chan) 並在全國得到廣泛地應用。該係統通過對剩餘(yu) 電流、過電流、過電壓、溫度和故障電弧等信號的采集與(yu) 監視，實現對電氣火災的早期預防和報警，當必要時還能聯動切除被檢測到剩餘(yu) 電流、溫度和故障電弧等超標的配電回路;並根據用戶的需求，還可以滿足與(yu) AcreIEMS企業(ye) 微電網管理雲(yun) 平台或火災自動報警係統等進行數據交換和共享。

（2）應用場合

適用於(yu) 智能樓宇、高層公寓、賓館、飯店、商廈、工礦企業(ye) 、國家重點消防單位以及石油化工、文教衛生、金融、電信等領域。

（3）係統結構

（4）係統功能

監控設備能接收多台探測器的剩餘(yu) 電流、溫度信息，報警時發出聲、光報警信號，同時設備上紅色“報警"指示燈亮，顯示屏指示報警部位及報警類型，記錄報警時間，聲光報警一直保持，直至按設備的“複位"按鈕或觸摸屏的“複位"按鍵遠程對探測器實現複位。對於(yu) 聲音報警信號也可以使用觸摸屏“消聲"按鍵手動消除。

當被監測回路報警時，控製輸出繼電器閉合，用於(yu) 控製被保護電路或其他設備，當報警消除後，控製輸出繼電器釋放。

通訊故障報警：當監控設備與(yu) 所接的任一台探測器之間發生通訊故障或探測器本身發生故障時，監控畫麵中相應的探測器顯示故障提示，同時設備上的黃色“故障"指示燈亮，並發出故障報警聲音。電源故障報警：當主電源或備用電源發生故障時，監控設備也發出聲光報警信號並顯示故障信息，可進入相應的界麵查看詳細信息並可解除報警聲響。

當發生剩餘(yu) 電流、超溫報警或通訊、電源故障時，將報警部位、故障信息、報警時間等信息存儲(chu) 在數據庫中，當報警解除、排除故障時，同樣予以記錄。曆史數據提供多種便捷、快速的查詢方法。

（5）配置方案

六、結語

總而言之，將LoRa無線通信技術應用在電氣火災監控係統中，能夠顯著提高監控係統運行的質量和效率，同時具有建設成本低、數據傳(chuan) 輸距離遠和能耗較低的優(you) 點，因此既能夠充分滿足電氣火災監控係統建設運行的要求，同時能夠滿足用戶對生活生產(chan) 的要求。經過測試發現，這種電氣火災監控係統的信號傳(chuan) 輸性能可靠，監控係統中數據顯示準確，能夠切實應用在實際的生產(chan) 和生活中，進而對提高我國居民生產(chan) 和生活質量起到積極的促進作用。

安科瑞侯文莉