現代建筑內部，均配備消防安全系統。消防設備平日里由市電供電，當發生火災時，為了防止火災引起電路著火就要斷開市電，轉為備用電源供電。目前消防備用電源主要有3種類型：①有獨立供電系統的消防專用供電線路；②用電單位的自備柴油發電機組，如圖1所示；③由蓄電池組作為備用電源組成的交、直流供電電源的應急電源（靜態EPS），EPS組成如圖2所示。

在3種消防備用電源中，消防專用供電線路在發生火災時不能長時間安全供電，所以常用柴油發電機和EPS作為應急電源供電。柴油發電機應急電源中，電池組故障和壽命是影響其正常工作的一個重要部分。另外，發動機，控制電路，穩壓部分等的電路是否正常，以及燃料是否充足也是影響發電機正常工作的另一個原因。

從EPS組成結構圖可以看出，EPS由幾個部分組成，關鍵部分為電池組，同柴油發電機一樣，電池組存在壽命短、其中一塊出故障就會影響整個電池組的問題，其他電路部分也可能出現故障，從而使EPS不能正常供電。

圖1 柴油發電機組應急電源

圖2 EPS組成

由于這3種消防供電電源都有一定的弊端，設備線路之間也可能存在故障情況，因此需要實時監測消防設備電源是否處于完好狀態，以保證在發生火災或在火災預防中，建筑內的消防系統可以及時有效的運作；而消防設備電源監控系統就可以解決這一問題，實時監控消防設備的電源工作情況。

1 消防設備電源監控系統的構成

1.1 系統的基本組成

2011年12月30日頒布，2012年8月1日開始實施的由國家標準委員會編制的GB 28184—2011《消防設備電源監控系統》，對消防電源監控系統做出明確規定，消防電源監控系統是“用于監控消防設備電源的工作狀態，在電源發生過壓、欠壓、過流、缺相等故障時能發出警報的監控系統”。消防設備電源監控系統嚴格符合國標規定，由消防設備電源狀態監控器（以下簡稱監控器）、傳輸線纜和與其連接的電壓信號傳感器、電壓/電流信號傳感器（以下簡稱監控傳感器）等設備組成。系統連接如圖3所示。

圖3 消防電源監控系統結構圖

1.2 消防設備電源監控系統的功能和特點

本系統具有多種功能，可靠性強，能安全穩定的監視所要監控的消防設備電源的狀態。主要功能特點有：

①供電功能，監控器采用直流24V為與其相連接的傳感器供電；②故障報警功能，能在故障時100s內發出故障聲、光信號，并顯示記錄故障的部位、類型和時間；③自檢功能，監控器能對本機及所配接的傳感器進行功能檢查，監控器的自檢不影響非自檢部位的報警功能；

④信息顯示與查詢功能，本系統能在監控器上采用文字、數字和字母（符）顯示，能顯示當前所接傳感器采集到的相應消防設備電源電流電壓信息、監控模塊總數、故障總數等；⑤主備電源轉換功能，主備電源能相互切換且不影響監控器的正常工作；⑥分級操作功能，監控器設置了普通權限和管理權限對監控器進行不同級別的操作；

⑦數據存儲功能，監控器能存儲5400條故障記錄或5400條中斷記錄，且無保存時間限制；⑧打印功能，微型打印機漢字打印輸出歷史記錄的詳細數據；⑨通信功能，監控器采用3路二總線和2路CAN總線通信方式，監控器與電壓電流傳感器通過二總線通信方式進行控制，采用CAN2.0通信方式，有較高的傳輸速率，每條總線的傳輸距離為1000m；

⑩可將開關量輸入、開關量輸入作為其他信號輸入到監控設備；復位功能，故障排除后，故障信號可自動或手動復位，且在復位后，監控器能在100s以內重新顯示尚存在的故障。

2 監控系統硬件的設計

消防設備電源監控系統硬件主要為電源狀態監控器和監控傳感器設計。監控器為其所接傳感器提供24V直流供電，通過3路二總線通信方式進行監控器與傳感器間的數據傳輸，2路CAN總線可用作監控器系統級聯使用，RS 485通信接口可用于與上位機或圖形顯示裝置等進行數據傳輸。圖4所示為本系統一種三相雙電源電壓電流信號傳感器與監控器組成的系統結構圖。

圖4 一種三相雙電源傳感器與監控器連接結構圖

2.1 二總線技術

本系統采用二總線方式實現監控器對監控傳感器的供電與數據通信，二總線通信適用于遠距離檢測、數據采集、火災報警燈等領域；并且系統結構簡單、分工明確、成本低、可靠性高；此外二總線系統還具有接口簡單、總線數少、功耗較低等特點[。

將二總線技術應用到消防設備電源狀態監控系統中，監測傳感器不需要單獨供電，不必串入配電系統中，只需要通過二總線從監控器中為其提供24V直流電即可。二總線系統只有兩根線，其中一根作為電源和信號的參考地線；另一根線有3種用途：同時作為電源線、信號發送線和信號接收線。這樣就實現了供電和傳遞信號共用總線的目的，減少了布線成本，對于二總線無極性連接，也減少了施工過程中的接線錯誤和調試工作量。

2.2 通信模塊電路

監控器通信模塊電路采用北京強聯公司自廠生產的IC，即EV620，其內含采用PowerBus技術的增強型主站控制IC，即PB620。PowerBus電源總線屬于低壓總線。通過在供電電纜上調制控制信號，替代了傳統分離的控制電纜和供電電纜，并大幅度提高通信穩定性。

PowerBus總站控制器PB620能適應現場使用的各種線材、并實現遠距離通信的功能。電纜可以鋪設為總線型、樹形或星形等任意方式，極大方便施工布線，并且可以防止錯接發生，簡化施工維護。PB620可對PowerBus總線提供電源管理功能，實現對總線的供電、通信和故障監測。

可支持總線電流20A（2400bit/s），最大總線電壓可達48V，具有透明的串口協議，兼容原RS 485系統，可支持通信速率為9600bit/s和2400bit/s的半雙工通信。監控器的通信模塊電路如圖5所示。

2.3 監控傳感器STM32F電路

監控傳感器的設計采用了意法半導體公司生產的STM32F103芯片，STM32F103CBT6是基于ARM Cortex-M3內核的單片機，具有32位閃存，128kB的Flash存儲器，多達20kB的SRAM，在72MHz頻率下運行，能快速處理系統中實時采集的消防設備電源的工作狀態。

STM32F103有一套全面的節能模式，即睡眠模式、停止模式、待機模式，允許設計低功耗的應用程序，低功耗設計可滿足電源和通信采用兩線制的要求。STM32F103電路如圖6所示，對數據進行采集和通信處理，實現可靠的數據采集和傳輸。

圖5 監控器通信模塊電路

圖6 監控傳感器STM32F103電路模塊

3 監控系統軟件設計

監控系統程序是基于Rt_thread操作系統，由C語言編寫，使用KEIL公司的MDK編譯器編譯。監控器由主控程序、界面顯示程序（主界面、供電中斷顯示界面、故障顯示界面、供電中斷記錄界面、故障記錄界面、系統設置界面）、CAN通信程序、485通信程序、報警故障處理程序和輸出程序組成。監控傳感器程序由主控程序、數據處理程序和中斷處理程序（數據采樣中斷、通信中斷、按鍵和顯示中斷）組成。

3.1 監控器的軟件設計

監控器的軟件設計流程圖如圖7所示。由圖7可知，監控器開始進行初始化，隨后進行自檢，檢查是否有自身故障及傳輸連接故障。若有，則會發出聲光報警，等待工作人員檢查處理；若無，則按人機交互界面下傳達給監控器的命令進行相應的操作，進行數據傳輸等工作。

圖7 監控器軟件設計流程圖

監控器通過二總線方式對監控傳感器的數據進行采集、處理、存儲、顯示等。采集到的數據與提前設定的閾值進行對比，若超過閾值范圍，即發生了過壓、欠壓、缺相等故障，監控器則進行聲光報警等動作。

3.2 監控傳感器的軟件設計

監控傳感器的軟件設計流程圖如圖8所示。

圖8 監控傳感器軟件設計流程圖

監控傳感器通電后，首先進行初始化，初始化設置參數和外設，顯示界面等；然后實時采集設備的電源工作狀態，傳至STM32F103CBT6中進行AD轉換，分析處理數據，進行存儲；最后與設定的閾值進行比較，判斷是否發生故障，是否需要報警。

監控傳感器主要對所監控的設備電源工作狀態的信息進行采集、處理、報警。與監控器間用二總線的方式進行通信，其中監控傳感器的兩總線中斷程序如圖9所示。數據從串口傳入，產生中斷，判斷其為接收中斷還是發送中斷。若為接收中斷，則判斷指針是否為類RTU方式；若是RTU方式，則將數據保存到緩沖區，否則清空指針清空緩沖區，中斷返回。若非接收中斷，則進行數據發送程序。

圖9 監控傳感器兩總線中斷程序流程圖

結論

消防設備正常運行的根本是其供電電源是否保持良好的工作狀態，故消防設備電源監控系統應運而生，保證建筑物內的消防設備在發生火災及其他情況下不斷電，能及時有效的消除隱患，防患于未然。

本文設計了一種雙電源三相電壓電流信號傳感器與監控器組成的監控系統，其中監控器有3路二總線、2路CAN總線和1路RS 285通信接口。與市面上大部分消防設備電源監控系統不同的是，本系統不僅有CAN總線通信和RS 485通信，而且主要有3路二總線，將數據由監控傳感器上傳到監控器，二總線技術的應用，使得系統布線簡單，成本降低，可靠性提高，無極性連接使得調試工作減少，安裝出錯率降低。

本文所設計的系統是一種可靠、安全的消防電源監控系統，可廣泛推廣使用。