基于CANBUS的火災(zāi)自動報警控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

摘要：針對傳統(tǒng)的火災(zāi)自動報警控制系統(tǒng)中通信部分出現(xiàn)的問題，提出了利用CANBUS現(xiàn)場總線技術(shù)來解決RS485串行口通信方式的傳輸距離短、節(jié)點容量問題的方案。CANBUS控制囂局域網(wǎng)總線技術(shù)具有極強的抗干擾和糾錯能力，較好地滿足了大中型火災(zāi)自動報警控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化的要求。在原有的系統(tǒng)中增設(shè)CANBUS總線通信口，來解決火災(zāi)自動報警控制系統(tǒng)之間的通信問題。實踐表明，經(jīng)過改造后的火災(zāi)自動報警控制系統(tǒng)完全滿足通信距離和節(jié)點容量的要求，大大提高了系統(tǒng)的可靠性、容量的擴展及與其他系統(tǒng)和設(shè)備的連接功能。
關(guān)鍵詞：火災(zāi)自動報警控制系統(tǒng)；CANBUS通信；RS485串行口通信；SJA1000 CAN控制器；82C250CAN接口芯片

    火災(zāi)自動報警控制系統(tǒng)是用以輔助人們及早發(fā)現(xiàn)和通報火災(zāi)，及時在火苗產(chǎn)生的陰燃階段就能采取有效措施撲滅火災(zāi)的一種自動消防報警系統(tǒng)。它是各類工業(yè)與民用建筑消防必不可少的一種安全技術(shù)設(shè)施。因此系統(tǒng)運行的可靠性顯得非常重要，一旦發(fā)生誤報、不報等現(xiàn)象都會給人們的生命財產(chǎn)安全帶來很大的損失。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，原有的串行通信技術(shù)已經(jīng)不能滿足大型火災(zāi)自動控制系統(tǒng)的通信接口的要求。利用CANBUS現(xiàn)場總線技術(shù)進行火災(zāi)自動報警控制系統(tǒng)的通信接口的設(shè)計改造勢在必行。

1 系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)
    在火災(zāi)自動報警控制系統(tǒng)的設(shè)計過程當(dāng)中，一般采用集中控制系統(tǒng)，在分區(qū)滅火控制中往往需要接上百臺火災(zāi)報警控制器，如果主控制器與分區(qū)滅火控制器的系統(tǒng)連接距離超過了串行口RS485通信所能承受的距離，就會發(fā)生通訊中斷、數(shù)據(jù)傳送出錯等問題。以往采用RS485通信是應(yīng)用到通信距離不超過1 000 M的火災(zāi)自動報警控制系統(tǒng)中，一旦超出這個上限就無法正常工作。RS485通信的特點是：1)主從結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)上只能有一個主節(jié)點，其余均為從節(jié)點，無法構(gòu)成多主結(jié)構(gòu)或冗余結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，因而對主節(jié)點的可靠性要求較高，否則一旦主節(jié)點出現(xiàn)故障，則整個系統(tǒng)將處于癱瘓狀態(tài)；2)由于RS485數(shù)據(jù)通信的方式為命令響應(yīng)型，從節(jié)點無法主動發(fā)送數(shù)據(jù)，這樣使得網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)傳輸效率降低，使主節(jié)點控制器非常繁忙，同時下端出現(xiàn)異常時，數(shù)據(jù)不能立即上傳，必須等待主節(jié)點的命令。
    分析RS485串行口通信特點后，采用無主從區(qū)別、多主工作方式的CANBUS通信來實現(xiàn)火災(zāi)自動報警控制系統(tǒng)的通信接口功能(如下圖1所示)。徹底解決了在消防產(chǎn)品中所采用的RS485串行通信長久以來一直困擾人們的從節(jié)點無法主動地與其他節(jié)點交換數(shù)據(jù)、通信距離短、節(jié)點數(shù)量少等問題。利用CANBUS技術(shù)來解決消防產(chǎn)品中的集中管理要求及長距離通信的可靠性。CANBUS總線通信方式為兩線制，這樣可以方便系統(tǒng)的配線，減少信號之間的電磁干擾。由于CANBUS網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量可以達到110個之多，這樣消防控制中心就可以擴展管理火災(zāi)自動報警控制器的點數(shù)，適合于大中型消防報警系統(tǒng)中。由于CANBUS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)為8個，這樣傳輸時間短，受干擾的概率低，且具有較好的檢測效果。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計
    火災(zāi)自動報警控制系統(tǒng)中的CANBUS通信口硬件電路設(shè)計如下圖2所示。

    在大中型的火災(zāi)自動報警控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，監(jiān)測、管理幾個樓群的火災(zāi)信號，每個樓都安裝了火災(zāi)報警控制及總線輸入器件(感溫探測器、感煙探測器、光電型探測器、手動火災(zāi)報警按鈕、總線輸入模塊、總線輸出模塊、總線主模塊、消火栓按鈕等)。在一個火災(zāi)自動報警控制系統(tǒng)內(nèi)的通信采用RS485串行通信，而火災(zāi)自動報警控制系統(tǒng)之間的通信方式采用CANBUS總線技術(shù)，大大提高了整個網(wǎng)絡(luò)中的通信的可靠性。在整個系統(tǒng)中，火災(zāi)探測器主要探測被保護的空間的空氣含量，采用微處理器技術(shù)對探測到傳感器的數(shù)據(jù)進行分析處理，它可以敏銳地探測到保護范圍內(nèi)的火災(zāi)初期陰燃階段產(chǎn)生的煙霧，一旦達到了閾值，就向火災(zāi)報警控制器發(fā)出報警信號，火災(zāi)報警控制器對這一信號極性判斷識別，連續(xù)檢測3次之后確認火災(zāi)信號，并根據(jù)一定的邏輯關(guān)系通過CANBUS通信接口將聯(lián)動信息發(fā)送到聯(lián)動控制系統(tǒng)中，啟動相應(yīng)的聯(lián)動設(shè)備進行有效的滅火。
    圖3中的SJA1000就是CANBUS控制器，專門用來管理CANBUS通信的。SJA1000是飛利浦公司早期CAN控制器PCA82C200的替代品，功能比CA82C200更強，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1)完全兼容PCA82C200及其工作模式：2)具有擴展的接收緩沖器，64字節(jié)的FIFO結(jié)構(gòu)；3)支持CAN2．0B；4)支持11位和29位識別碼；5)位速率可達到1 Mbit／s；6)支持peliCAN模式及其擴展功能；7)24 MHz的時鐘頻率；8)支持與不同微處理器的接口；9)可編程的CAN輸出驅(qū)動配置；10)增強了溫度范圍-40～+125℃。82C250用來防止線路間的串?dāng)_，必要時還要采用光電耦合器進行電流隔離，效果會更好。
3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計
    系統(tǒng)軟件設(shè)計的主要功能是火災(zāi)報警控制器與消防中心的通信?；馂?zāi)報警控制器將火災(zāi)信號通過CANBUS傳送到消防中心，消防中心接收到信號后啟動相應(yīng)的聯(lián)動設(shè)備和顯示設(shè)備。CAN接收和發(fā)送數(shù)據(jù)一般都是在CAN中斷程序中實現(xiàn)的，每一幀的數(shù)據(jù)長度為≤8個字節(jié)。如果發(fā)送或接收錯誤，CANBUS具有錯誤檢測能力，在所有節(jié)點發(fā)生的錯誤可100％被檢測到。SJA1000具有完成高性能通信協(xié)議所要求的全部必要特性。具有簡單連接的SJA1000可完成物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能。
    CANBUS接收中斷服務(wù)程序流程圖如下圖3所示。

    Cx51語言編程如下：
   


    從上述程序設(shè)計來看，CANBUS現(xiàn)場總線技術(shù)的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收都是在中斷服務(wù)程序中來完成，如果要發(fā)送數(shù)據(jù)時，首先判斷數(shù)據(jù)的長度，如果是8的整數(shù)倍，那么就采用整幀發(fā)送方式，否則就采用不是整幀發(fā)送方式。

4 結(jié)論
    將CANBUS總線通信技術(shù)應(yīng)用到火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中后，解決了通信距離和節(jié)點容量和擴展的問題，使火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的應(yīng)用由一個建筑到幾個建筑樓群，形成了大型的火災(zāi)報警網(wǎng)絡(luò)。在這個網(wǎng)絡(luò)中，信息的傳送可靠、快速、便捷得到認可，兩線制的通信方式方便了系統(tǒng)的配線，減少了信號之間干擾，同時網(wǎng)絡(luò)之間的報警系統(tǒng)又互不干擾。