基于CAN總線的復(fù)合型火災(zāi)報警探測器設(shè)計方案

 摘要： 介紹了一種基于CAN總線的火災(zāi)自動報警控制系統(tǒng)的設(shè)計方案， 給出了系統(tǒng)總體設(shè)計和基于感溫感煙復(fù)合式火災(zāi)探測器的火災(zāi)報警控制器的軟硬件設(shè)計原理。該火災(zāi)報警控制系統(tǒng)具有容量大、通信距離遠、數(shù)據(jù)傳輸速度快、組網(wǎng)方便等優(yōu)點。

　　0 引言

　　隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)進程的加快發(fā)展， 城市抗御火災(zāi)的綜合實力也在不斷增強?；馂?zāi)自動探測與報警技術(shù)就是將傳感技術(shù)、通訊技術(shù)和智能化信息處理技術(shù)應(yīng)用于火災(zāi)預(yù)防的一項綜合性技術(shù)， 該技術(shù)具有速度快、實時性好、可直接與城市119消防中心的計算機聯(lián)網(wǎng)等突出優(yōu)點。其中CAN總線具有高可靠性和適合遠距離傳輸?shù)膬?yōu)點。CAN總線與火災(zāi)自動報警系統(tǒng)相結(jié)合， 突破了傳統(tǒng)溫度監(jiān)測的瓶頸， 它可在探測器內(nèi)加進MCU， 從而對火災(zāi)特征信號直接進行分析和判斷， 并將結(jié)果傳送給控制器。這種高效、數(shù)字、開放的分布式火災(zāi)報警系統(tǒng)是一種很好的復(fù)合型火災(zāi)報警的嘗試。

　　1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　圖1所示為管理計算機和智能節(jié)點組成的CAN總線火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)框圖。由圖可見， 該系統(tǒng)由上位監(jiān)控機、CAN通信適配卡和多個智能節(jié)點組成。采用CAN總線作為通信網(wǎng)絡(luò)來將各節(jié)點連接成一個分布式智能監(jiān)控系統(tǒng)。其中單片機主要完成現(xiàn)場傳感器的信號采集及對系統(tǒng)計算及信息的處理等； CAN總線控制器主要用于系統(tǒng)的通信； CAN收發(fā)器主要用于增強系統(tǒng)的驅(qū)動能力， 增大通信距離， 提高系統(tǒng)的瞬時抗干擾能力， 保護總線， 降低射頻干擾（RFI） 等。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時， 可通過上位PC 機的報警來獲得火災(zāi)發(fā)生的時間及地點， 同時通過119火災(zāi)智能報警器自動與消防指揮中心聯(lián)絡(luò)， 從而實現(xiàn)無人值守； 另一方面， 可利用消防聯(lián)動控制系統(tǒng)根據(jù)聯(lián)動控制盤的指令自動啟動消防設(shè)施，以達到滅火的目的。此外， 上位PC機還具有系統(tǒng)參數(shù)（如波特率、報文標(biāo)識與屏蔽等） 設(shè)置、監(jiān)視狀態(tài)設(shè)置、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)請求、節(jié)點狀態(tài)查詢等功能。而各個下位節(jié)點控制器主要是通過CAN 總線接收上位機的各種操作控制命令和參數(shù)設(shè)定， 實時采集現(xiàn)場監(jiān)測到的火災(zāi)報警信號等。

　　事實上， 各個下位智能節(jié)點間也可通過CAN 總線網(wǎng)絡(luò)相互發(fā)起通信， 以進行信息交換。

圖1 基于CAN總線的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　2 硬件設(shè)計

　　2.1 智能節(jié)點設(shè)計

　　圖2所示是本系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖。本系統(tǒng)的上位監(jiān)控機采用抗干擾能力很強的工業(yè)PC機， 并以TJA1050芯片作為CAN 收發(fā)器， 以SJA1000芯片作為CAN 總線控制器， AT89S52單片機作為節(jié)點控制器， 同時將其與火災(zāi)傳感器相連。溫度傳感器采集的信號經(jīng)過處理后傳給AD0809芯片進行A/D轉(zhuǎn)換， 然后再傳給AT89S52。煙霧傳感器的邏輯信號可直接傳給AT89S52。單片機可結(jié)合兩路信號進行火災(zāi)分級報警處理。SJA1000的TXD和RXD相應(yīng)的連到TJA1050的TXD和RXD。[!--empirenews.page--]

　　火災(zāi)探測器采集的信號經(jīng)單片機處理后的報警信號傳給SJA1000， 再經(jīng)過驗收濾波后上傳到CAN總線， 由CAN通信適配卡傳給PC機顯示， 這樣，PC機就可以得到產(chǎn)生報警的報警器序號。同時，PC機上的數(shù)據(jù)也可通過SJA1000返傳回單片機進行控制， 這個傳輸無需SJA1000的驗收濾波。

　　CAN一般可通過中斷來接發(fā)數(shù)據(jù)。

圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

　　2.2 復(fù)合式火災(zāi)探測器

　　復(fù)合式火災(zāi)探測器結(jié)合使用感溫和感煙兩種電路可將兩種火災(zāi)參數(shù)復(fù)合在一個探測器內(nèi)。溫度檢測電路可使用熱敏電阻， 即在一定的溫度范圍內(nèi)， 根據(jù)測量熱敏電阻阻值的變化來測量介質(zhì)的溫度變化。當(dāng)監(jiān)測點發(fā)生火災(zāi)時， 外界環(huán)境溫度升高， 熱敏電阻的阻值下降， 從而使得輸出的電壓值產(chǎn)生變化， 這樣， 系統(tǒng)就可以采集電壓值數(shù)據(jù)并進行A/D轉(zhuǎn)換。

　　檢測煙霧濃度的電路使用紅外線， 當(dāng)監(jiān)測點發(fā)生火災(zāi)時， 外界環(huán)境中的煙霧濃度升高從而阻礙紅外線的接收， 以便結(jié)合溫度的變化進行火災(zāi)報警。為了增加紅外線的控制距離， 紅外發(fā)光二極管應(yīng)工作于脈沖狀態(tài)， 因為脈動光的有效傳送距離與脈沖的峰值電流成正比， 因此， 只需盡量提高峰值Ip， 就能增加紅外光的發(fā)射距離。提高Ip的方法是減小脈沖占空比。設(shè)計時可采用555定時器來產(chǎn)生方波以驅(qū)動紅外線發(fā)射管發(fā)射紅外線。紅外線接收管接收紅外線后， 接著對接收到的一定頻率的信號進行比較、整形， 濾波處理，再輸出一定頻率范圍的電壓信號。利用鎖相環(huán)電路對所接收到的放大信號進行鎖頻， 然后， 再調(diào)節(jié)RC的中心頻率來“識別” 信號。無信號輸入或者輸入信號與中心頻率不匹配時， 系統(tǒng)便輸出高電平； 而當(dāng)輸入信號達到設(shè)定的中心頻率時，系統(tǒng)便輸出低電平信號。該信號直接接入AT89S52。

　　3 軟件設(shè)計

　　本火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的軟件設(shè)計流程如圖3所示。圖中， 當(dāng)系統(tǒng)啟動并初始化后， 復(fù)合式火災(zāi)探測器便開始采集數(shù)據(jù)， 其中采集到的溫度數(shù)值將進行A/D轉(zhuǎn)換， 轉(zhuǎn)換完后的溫度值和煙霧邏輯值將傳給單片機， 然后由單片機根據(jù)兩種數(shù)據(jù)結(jié)合進行火災(zāi)判斷， 再把得到的報警信號上傳給CAN總線， 并由CAN通信適配卡傳給PC機顯示，由此實現(xiàn)火災(zāi)自動報警的功能。

圖3 系統(tǒng)軟件流程圖

　　4 結(jié)束語

　　本文設(shè)計的火災(zāi)自動報警系統(tǒng)采用CAN總線控制形式， 并利用總線通信來實現(xiàn)總控制器和下掛在總線上的多個火災(zāi)報警控制器之間的通信。

　　本系統(tǒng)的硬件電路是以AT89S52單片機為主控芯片， 結(jié)合使用AD0809進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換， 再使用SJA1000和TJA1050在總線上進行通信。由于本系統(tǒng)使用感溫感煙式火災(zāi)探測器， 而這種復(fù)合式火災(zāi)探測器在原本單一火災(zāi)因素報警的基礎(chǔ)上， 又增加了判斷條件， 因而減少了火災(zāi)誤判、誤報的幾率。