火災(zāi)信息數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成

1、火災(zāi)信息數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成火災(zāi)信息數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成宋立巍(公安部沈陽消防研究所,遼寧沈陽110031)摘要:介紹了火災(zāi)探測應(yīng)用環(huán)境及火災(zāi)信息數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計,并針對系統(tǒng)硬件組成和軟件設(shè)計進行了敘述.關(guān)鍵詞:標準試驗火;火災(zāi)信息數(shù)據(jù)庫;數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中圖分類號:TP274,X928文獻標識碼:B文章編號:10090029(2004)010073031系統(tǒng)簡介火災(zāi)探測應(yīng)用環(huán)境及火災(zāi)信息數(shù)據(jù)庫項目由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫兩大部分組成.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是用來完成采集火災(zāi)探測應(yīng)用環(huán)境,火災(zāi)燃燒時以及異常事件變化情況等各種數(shù)據(jù)信息,為數(shù)據(jù)分析提供詳盡的資料.供數(shù)據(jù)庫應(yīng)用軟件調(diào)用;

2、數(shù)據(jù)庫由數(shù)據(jù)庫應(yīng)用軟件和數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)表構(gòu)成為關(guān)系型數(shù)據(jù)庫.1.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)系火災(zāi)探測應(yīng)用環(huán)境及火災(zāi)信息數(shù)據(jù)庫項目基本組成部分,主要負擔(dān)本項目所有數(shù)據(jù)采集工作.其主要由數(shù)據(jù)采集傳感陣列和相應(yīng)數(shù)據(jù)采集程序兩部分組成.由于涉及的實際火災(zāi)探測信息包括煙,溫等火災(zāi)參數(shù)和空氣氣流,溫度和濕度等應(yīng)用現(xiàn)場環(huán)境背景信息,因而設(shè)計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的傳感陣列能夠采集現(xiàn)場環(huán)境及火災(zāi)模擬演示試驗過程中的煙,溫,濕度,CO等信息.由于我國地理環(huán)境,氣候條件差異較大,因而在不同地點進行的相關(guān)數(shù)據(jù)采集結(jié)果會有所不同,課題組在充分調(diào)研和詳細考察之后,根據(jù)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)需要,確定了具體采集方式為固定式數(shù)據(jù)采集,燃燒

3、實驗室數(shù)據(jù)采集以及便攜式數(shù)據(jù)采集三種方式,分別用來采集火災(zāi)探測應(yīng)用環(huán)境,火災(zāi)燃燒實驗室以及火災(zāi)異常事件情況的數(shù)據(jù).1.2硬件組成和功能介紹(1)數(shù)據(jù)采集傳感陣列.根據(jù)數(shù)據(jù)采集方式的不同,每種采集方式所需要的數(shù)據(jù)采集設(shè)備也各不相同.其中的便攜式數(shù)據(jù)采集方式和固定式數(shù)據(jù)采集方式所采用的采集設(shè)備完全一致,而燃燒實驗室數(shù)據(jù)采集方式下相對于固定式數(shù)據(jù)采集方式而言,多了兩種設(shè)備,即離子煙濃度計和光學(xué)密度計.燃燒實驗室數(shù)據(jù)采集方式的數(shù)據(jù)采集設(shè)備按照國家標準實驗方法的要求,基金項目:科技部科技基礎(chǔ)性工作專項資金項目漬防科學(xué)與技術(shù)2004年1月第23卷第1期謄消防設(shè)彗研究其安裝排列方式為扇形方式排列,并且根據(jù)燃

4、燒實驗室具體設(shè)計要求,每個傳感器的安裝和排列位置可以靈活變化(除離子煙濃度計和光學(xué)密度計固定安裝外).相對于燃燒實驗室數(shù)據(jù)采集設(shè)備的安裝方式,固定式數(shù)據(jù)采集方式的數(shù)據(jù)采集設(shè)備按照固定的方式安裝.將此安裝方式的設(shè)備命名為數(shù)據(jù)傳感陣列,每個采樣數(shù)據(jù)傳感陣列由三復(fù)合傳感器,離子煙傳感器,后向光電煙傳感器以及溫濕度一體傳感器共同組成.如圖1所示.同樣,便攜式數(shù)據(jù)采集方式也是按照此方式進行安裝的.一一一rf一:z二:,/0,:.iiii/,/,一J,lfl/,/56L:溫濕度一體傳感器/叫二復(fù)臺傳感器I,I:II=,:II)2-,-,量向光電煙傳感器Ll/,離子舨,/.,辜/二,一圖I固定式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

5、的數(shù)據(jù)采集傳感陣列賈蓑布置圖(2)AC4163光電隔離板.AC4163系32路輸入光電隔離板,在本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中主要應(yīng)用于燃燒實驗室數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).通過本回路板,可以方便實現(xiàn)離子煙濃度計和光學(xué)密度計所測試數(shù)據(jù)的實時采集.通過特定的地址符號設(shè)置,指定具體的某個設(shè)備(離子煙濃度計或者光學(xué)密度計).將本回路板插入到計算機的PCI插槽中,利用讀地址命令直接讀取數(shù)據(jù),經(jīng)過計算得出兩設(shè)備的測量輸出值.AC4163的接口部分為DB37芯D型插座.其中腳1至腳16對應(yīng)偶數(shù)輸入通道,腳2O至腳35對應(yīng)奇數(shù)輸入通道,腳17和腳36為GND.73利用扁平電纜將其一端與DB9針串口相連,作為離子煙濃度計接線端口,接入到

6、離子煙濃度計的輸出設(shè)備上的DB9針串口上;另一端與AC4163的DB37插座相連,構(gòu)成聯(lián)接回路,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和采集.離子煙濃度計的DB9與AC4163對應(yīng)關(guān)系如表1所示.表1離子煙濃度計的DB9接I:1與AC4163連線對應(yīng)關(guān)系表AC4163輸出腳輸入通道代表數(shù)據(jù)位數(shù)離子煙濃度計(9針)9#16個位13#10拉18個位34#11#20十位16#12#22十位37#28#17個位28#29#19個位49#3O#21十位21#31#23十位42#36#GND5#同樣,光學(xué)密度計接線為DB15針串口方式,它同樣接在扁平電纜線的一端,另一端接于DB37接口上,其與AC4163對應(yīng)關(guān)系如表2所示.表2

7、光學(xué)密度計與AC4163連線對應(yīng)關(guān)系A(chǔ)C4163輸出腳輸入通道代表數(shù)據(jù)位數(shù)光學(xué)密度計(15針)1#O個位1120#1個位222#2個位3321#3個位443#4十位1522#5十位264#6十位3723#7十位485#8百位1936#GD1024#9百位2116#1O百位31225#11百位4132匹配軟件和程序介紹2.1數(shù)據(jù)采集回路板串行通訊協(xié)議數(shù)據(jù)采集回路板根據(jù)采集的傳感器數(shù)據(jù)的不同,分為三種數(shù)據(jù)采集回路,分別采集離子煙傳感器數(shù)據(jù),后向光電煙數(shù)據(jù)以及三復(fù)合數(shù)據(jù),相應(yīng)的采用三種數(shù)據(jù)采集回路板完成上述三種數(shù)據(jù)采集.由于每種傳感器的生產(chǎn)廠家不同,因此其數(shù)據(jù)采集和傳輸方式也必然有所不同,為了能夠保

8、證上述數(shù)據(jù)完全并真實被采集回來,特制作回路板用于完成上述三種數(shù)據(jù)的連接和采集工作,并制定如下串口通訊協(xié)議用于完成三種數(shù)據(jù)實時,順利地采集.(1)串行口通訊波特率:9600bit/s(2)PC機發(fā)送命令字.回路地址號:OAXH(A:回74路板校驗用,X:00011000B);數(shù)據(jù)采集命令:55H.(3)回路板回答命令字.本輪回答的總字節(jié)數(shù)(不含本字節(jié)):XXH;命令響應(yīng)符:55H(供PC機通訊校驗用);本回路的類型及帶載量:XXH.其中,高4位為回路板類型碼:0001B離子,0010B后向光電,0011B三復(fù)合;低4位:0001B1111B為本回路板的帶載量.校驗和:XXH(不含本字節(jié)和-3個字

9、節(jié)).依次回答本回路板當(dāng)前所采集的數(shù)據(jù).2.2光學(xué)密度計和離子煙濃度計數(shù)據(jù)讀取(1)離子煙濃度計數(shù)據(jù)讀取.根據(jù)德國學(xué)者霍澤曼指出的換算離子的公式(1),可以計算出離子煙值值,其中的,如式(2)所示.=AI?AI=(2)10式中:,.是無煙時的電離電流;I為有煙時的電離電流,單位都是pA.將式(2)代入到式(1)中,可進一步得到式(3).=爭一了一)本系統(tǒng)就是采用式(3),采集有煙情況下的電離電流,并與無煙時的電離電流(默認為1oo)相比較來計算出離子煙值的.本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過AC4163采集卡采集離子煙濃度計在有煙情況下的電離電流,計算機利用讀地址方式讀取此電離電流,讀取的地址碼為282,具體

10、讀取指令如公式(4)所示.VIPeek(&H282)(4)計算機讀出的數(shù)據(jù)經(jīng)過一系列數(shù)據(jù)變換,計算出電離電流.具體的換算方式如下所示:bcd1=And15And240bcd2=/16lzbcdbcd2&bcd1其中,lzbcd變量中存儲的即離子煙濃度計有煙情況下的電離電流,其他為中間變量.將lzbcd的值代入到式(3)中的變量,并取.為100(默認值),就可以完全求出值的大小.(2)光學(xué)密度計數(shù)據(jù)讀取.光學(xué)密度計的測量值被稱作減光系數(shù),其定義如式(5)Is7所示:一.1gPo(5)一了lg)式中:d為光路測量長度,P.為無煙霧時接收到的光功FireScience

11、andTechnology,January2004,Vol23,No.1率;P為有煙霧時接收到的光功率z的單位為dB/m.由于入射光強度與接收光功率成正比,因此可以利用減光率D(定義如式(6)所示.式中:.為入射平行光強度;Is為光在煙霧中穿過一定距離后所接收到的光強度)與減光系數(shù)之間的公式換算,得到式(7)所示的減光系數(shù)的換算公式.D一1-Io(6)一101一lg(100.1D)(7)3采集數(shù)據(jù)及分析由于固定式數(shù)據(jù)采集方式和便攜式數(shù)據(jù)采集方式所采用的設(shè)備完全一樣,因而火災(zāi)探測應(yīng)用環(huán)境和異常事件數(shù)據(jù)種類完全一致.而對于燃燒實驗室數(shù)據(jù)采集方式而言,采集設(shè)備多出了離子煙濃度計和光學(xué)密度計,因而采集

12、到的火災(zāi)燃燒信息數(shù)據(jù)相對于火災(zāi)探測應(yīng)用環(huán)境數(shù)據(jù)來說多出兩類數(shù)據(jù),即離子煙值(.y值)和減光系數(shù)(值).本文只給出了火災(zāi)燃燒試驗過程中采集的數(shù)據(jù)的變化趨勢圖,如圖2所示.相應(yīng)的火災(zāi)探測應(yīng)用環(huán)境和火災(zāi)異常事件情況數(shù)據(jù)沒有給出.圖2所示為在火災(zāi)燃燒室進行國家標準試驗火SH4(正庚烷火)所采集的數(shù)據(jù)曲線圖.一婁均圖2正庚烷試驗火采集數(shù)據(jù)曲線圖圖2中,F.OPT為前向光電測試值,B.OPT為后向光電測試值,ION為離子煙測試值,.y為離子煙濃度計測試值,m為光學(xué)密度計測試值,了(C)為溫度測量值,H()為濕度測量值,CO為CO測試值.其中的v和值分別乘以10和1O0以便加強顯示.通過上述曲線可以明顯地看

13、出在火災(zāi)發(fā)生的前后,各個傳感器的各種數(shù)據(jù)變化趨勢.通過后期數(shù)據(jù)整理,發(fā)現(xiàn)由于日常環(huán)境變化趨勢請防科學(xué)與tKaK2004年1月第23卷第1蠣不是很明顯,因而固定式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的火災(zāi)探測應(yīng)用環(huán)境信息數(shù)據(jù)變化也不是特別明顯.4結(jié)束語利用本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的火災(zāi)探測應(yīng)用環(huán)境,火災(zāi)燃燒信息以及異常事件信息數(shù)據(jù),能夠真實地反映火災(zāi)探測環(huán)境和模擬火災(zāi)燃燒的現(xiàn)實情況變化,通過后期采集數(shù)據(jù)的整理和分析,可以為火災(zāi)探測算法的制定以及火災(zāi)探測算法的評估提供行之有效的數(shù)據(jù)支持.同時,設(shè)計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以作為一種標準參考,為今后火災(zāi)信息數(shù)據(jù)的采集提供可以借鑒的標準模式.參考文獻1GB471593.點型感煙火災(zāi)探測

14、器技術(shù)要求和試驗方法s.E2BSEN547:2001FiredetectionandfirealarmsystemsPart7:SmokedetectorsPointdetectorsusingscatteredlight,transmittedlightorionizationS.3ISO/FDIS72407:2002(E)detectionandfirealarmsystemsSmokedetectorsPart7:Pointdetectorsusingscatteredlight,transmittedlights.4UL268.Smokedetectorsforfireprotecti

15、vesignalingsystems,standardforsafetyS.5王殊,竇征.火災(zāi)及其信號處理M.武漢華中理工大學(xué)出版社,1998:78.6清源計算機工作室.MATLAB6.0基礎(chǔ)及應(yīng)用M.北京:機械工業(yè)出版社,2001:l14132.TheframeworkofdataacquisitionsysteminfireinformationdatabaseSONGLiwei(ShenyangfireresearchinstituteofMPS,Shenyang110031,China)Abstract:Introducesthedesignandmanufactureofthedataacquisitionsystem(DAS)ofdatabaseoffirejnformationandapplicationenvironmentoffiredetection,whichisthespecialfunditemofthetechnologicaldepartmenttechnolog