【正文】 本文主要研究基于CAN總線的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案及實(shí)現(xiàn)方法。我們現(xiàn)在使用的傳統(tǒng)火災(zāi)報(bào)警，滅火執(zhí)行裝置很多情況下是采用物理控制方法，即當(dāng)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的溫度達(dá)到所設(shè)置的閥值后（火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)溫度到達(dá)玻璃球封頭的啟動(dòng)溫度），玻璃球就會(huì)受熱爆裂，然后灑水噴頭開始工作噴水；本文所研究的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，是當(dāng)某從節(jié)點(diǎn)處的氣體煙霧濃度達(dá)到系統(tǒng)所設(shè)置的閾值，而火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的溫度還沒有升高到使玻璃球炸裂的溫度的時(shí)候，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)執(zhí)行裝置的噴頭，即開始工作噴水。這一時(shí)期，我們國(guó)家的火災(zāi)報(bào)警產(chǎn)品科技含量得到了極大地提升，同時(shí)企業(yè)也得到了快速發(fā)展， 其中部分企業(yè)還和外資進(jìn)行了合作，共同生產(chǎn)，取得了很大的成績(jī)，從而造就了現(xiàn)今一大批市場(chǎng)上有實(shí)力的企業(yè)和商家，部分技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平[3]。 我們國(guó)家的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的出現(xiàn)和發(fā)達(dá)國(guó)家相比晚了有幾十年的時(shí)間,我國(guó)從上世紀(jì)的七十年代，才開始真正的對(duì)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)品的生產(chǎn)和研制。使得他們的消防指揮中心可以快速而又準(zhǔn)確地判斷火災(zāi)發(fā)生的地點(diǎn)以及火災(zāi)發(fā)生的類型，這樣使得消防部隊(duì)能夠在第一時(shí)間到達(dá)火災(zāi)發(fā)生的現(xiàn)場(chǎng)，在這其中，自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)起到了相當(dāng)大的作用。比如美國(guó)，日本以及德國(guó)等比較發(fā)達(dá)的國(guó)家，就已經(jīng)采用了計(jì)算機(jī)與用戶的終端傳感器，抑或是和用戶使用的終端信號(hào)采集器進(jìn)行連接。 第三階段為總線型火災(zāi)傳到自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)。 現(xiàn)代智能高效的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是一個(gè)將信號(hào)的檢測(cè)、傳輸以及控制集于一體的控制系統(tǒng), 指引了當(dāng)今智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展方向[1]。全國(guó)公司廠房所發(fā)生的火災(zāi)6779起；居民住宅一共發(fā)生了火災(zāi)有48548起；而用作倉(cāng)儲(chǔ)場(chǎng)所引起的火災(zāi)一共5463起，人口比較集中的場(chǎng)所所發(fā)生火災(zāi)12471起，因?yàn)榻煌üぞ呤鹿仕斐傻幕馂?zāi)13049起；易燃易爆地方事故所發(fā)生的火災(zāi)407起；城鄉(xiāng)火災(zāi)總量下降。世界上很多國(guó)家都致力于各種各樣的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的研究和實(shí)驗(yàn)，人們更加重視對(duì)火災(zāi)發(fā)生的及時(shí)發(fā)現(xiàn)與報(bào)警。2011年，我國(guó)公安部消防局公布了當(dāng)年的全國(guó)火災(zāi)情況，全國(guó)共接到報(bào)火災(zāi)一共125402起，死亡人數(shù)一共1106人，受傷人數(shù)有572人。全國(guó)農(nóng)村一共發(fā)生了火災(zāi)38469起，死亡349人，受傷154人。 隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng), 市場(chǎng)上迫切需要一種容量更大、性能更加優(yōu)越、可靠性更高，更加便于安裝、使用以及維修的更加智能高效的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。從八十年代開始至今，總線型火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)蓬勃興起，它同以前的產(chǎn)品相比有了很大的飛躍。除此之外，他們還對(duì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，還有故障的遠(yuǎn)距離傳輸[2]。 除此之外，這些國(guó)家在火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的管理方面已經(jīng)相當(dāng)?shù)囊?guī)范，而且還專門成立了監(jiān)控服務(wù)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的主要責(zé)任就是保證火災(zāi)報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行通暢的通信，對(duì)用戶全面負(fù)責(zé)，為用戶進(jìn)行服務(wù)。進(jìn)入上世紀(jì)八十年代以來，國(guó)內(nèi)主要的生產(chǎn)廠家也大都是對(duì)國(guó)外產(chǎn)品進(jìn)行模仿，或者是引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，而且我們并沒有什么核心技術(shù)，與此同時(shí)中國(guó)的市場(chǎng)也剛剛萌芽。 本文的研究意義 本文研究是基于CAN總線的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，現(xiàn)在我們傳統(tǒng)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)大都采用RS485總線。從而大大降低了因?yàn)橄到y(tǒng)執(zhí)行裝置運(yùn)作不及時(shí)而造成的損失。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，選擇合適的溫度及煙霧傳感器進(jìn)行相關(guān)信息的采集，主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)之間通過CAN總線進(jìn)行通信；系統(tǒng)可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示、存儲(chǔ)等功能，并且根據(jù)測(cè)量值可驅(qū)動(dòng)滅火裝置。③報(bào)警電路：當(dāng)探測(cè)到的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)超過系統(tǒng)的閾值時(shí)觸發(fā)報(bào)警電路。③執(zhí)行裝置：當(dāng)環(huán)境可燃?xì)怏w濃度和煙霧濃度、溫度升高或超過閾值時(shí)，主節(jié)點(diǎn)發(fā)出報(bào)警的同時(shí)，執(zhí)行裝置受到從節(jié)點(diǎn)的控制而帶動(dòng)電機(jī)，進(jìn)行滅火的模擬驅(qū)動(dòng)。圖21 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖CAN總線從節(jié)點(diǎn)N 。滅火裝置電路可燃?xì)怏w及煙霧傳感器電路MCUCAN通信電路溫度傳感器電路圖23 從節(jié)點(diǎn)功能框圖從節(jié)點(diǎn)功能框圖 如上圖所示，從節(jié)點(diǎn)是由單片機(jī)，CAN通信電路，滅火裝置電路，可燃?xì)怏w及煙霧傳感器電路，溫度傳感器電路等五大部分組成的。各從節(jié)點(diǎn)控制它上面的傳感器和執(zhí)行裝置。 主節(jié)點(diǎn)的功能模塊由微控制器MCU（單片機(jī)）、CAN通信電路以及時(shí)鐘電路、報(bào)警電路、液晶顯示屏等外圍電路組成。與此同時(shí)，5個(gè)中斷源和串行通信能力也被增加到了其中[4]。1602A與單片機(jī)的以總線方式連接，其硬件連接圖如圖所示：圖34 LCD硬件連接圖 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 為了方便人們可隨時(shí)查詢火災(zāi)事故發(fā)生的時(shí)間，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了時(shí)鐘電路主要用以記錄相關(guān)時(shí)間信息。 本系統(tǒng)主節(jié)點(diǎn)采用的是DS1302時(shí)鐘芯片。DS1302時(shí)鐘電路，主節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘芯片工作原理圖如圖圖35 主節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘芯片電路圖 CAN模塊通信電路設(shè)計(jì)CAN通信協(xié)議主要是通過CAN 控制器完成的。各模塊具體的硬件電路設(shè)計(jì)如下一一作出詳細(xì)的闡述。0．5℃。（6）報(bào)警搜索命令可識(shí)別和尋址哪個(gè)器件的溫度超出預(yù)定值。DSl8B20測(cè)量溫度時(shí)使用特有的溫度測(cè)量技術(shù)，將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)值信號(hào)，測(cè)量結(jié)果存入溫度寄存器中。 圖37 DS18B20與80C51的連接圖 可燃?xì)怏w及煙霧傳感器電路設(shè)計(jì) MQ2氣體傳感器，具有比較廣泛的探測(cè)范圍，除此之外，它還具有靈敏度高，響應(yīng)恢復(fù)反應(yīng)快速，同時(shí)，還具有穩(wěn)定性強(qiáng)，壽命長(zhǎng)，以及驅(qū)動(dòng)電路比較簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。步進(jìn)電機(jī)如下圖所示，圖39 28BYJ48步進(jìn)電機(jī)示意圖 這個(gè)步進(jìn)電機(jī)一共有五根引線，他們分別是：紅色、橙色和黃色以及粉色和藍(lán)色等五種顏色。步進(jìn)電機(jī)的品種規(guī)格十分豐富, 按照它們不同的工作原理和結(jié)構(gòu)可以劃分為以下四種主要型式，分別是特種電機(jī)，磁阻式電機(jī)，永磁式電機(jī)和混合式電機(jī)。因?yàn)?0c51單片機(jī)的P0、PPP3的口線，只有10 毫安的輸出驅(qū)動(dòng)能力，但是28BYJ48步進(jìn)電機(jī)在工作的時(shí)候所需要的電流需要幾百毫安。以下是步進(jìn)電機(jī)和L298N 雙 H 橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)板的原理連接圖：圖311 步進(jìn)電機(jī)和L298N 雙 H 橋直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)板原理連接圖第四章 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 本章工作主要圍繞基于CAN總線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)展開。整體實(shí)現(xiàn)從節(jié)點(diǎn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)的采集與傳送，主節(jié)點(diǎn)的顯示與報(bào)警，并控制執(zhí)行裝置工作等功能。 主節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì) 開始 設(shè)計(jì)主節(jié)點(diǎn)的整體軟件流程如下圖所示:接收從節(jié)點(diǎn)信息在LCD顯示相關(guān)信息否發(fā)生異常是顯示并保存相關(guān)信息圖41 主節(jié)點(diǎn)整體軟件流程圖 當(dāng)從節(jié)點(diǎn)將采集到的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的相關(guān)信息數(shù)據(jù)通過CAN實(shí)現(xiàn)通信傳輸給主節(jié)點(diǎn)的售后，此時(shí)，相關(guān)的信息會(huì)在主節(jié)點(diǎn)的顯示屏進(jìn)行顯示出來。 時(shí)鐘電路軟件設(shè)計(jì) 以下是DS1302時(shí)鐘電路流程圖，從圖上看出，首先對(duì)DS1302進(jìn)行初始化，其次讀取DS1302時(shí)間，然后是顯示時(shí)間，顯示時(shí)間之后，再次返回到讀取時(shí)間的那一步，進(jìn)行循環(huán)往復(fù)，記錄火災(zāi)發(fā)生的時(shí)間，以備事后查詢。 CAN控制器的初始化 初始化設(shè)計(jì)在CAN總線系統(tǒng)設(shè)計(jì)中十分重要，特別是對(duì)CAN控制器的初始化尤為重要。 SJA1000 共有 2 種工作模式: 工作模式和復(fù)位模式。節(jié)點(diǎn)報(bào)文的發(fā)送主要是通過發(fā)送子程序執(zhí)行的，在發(fā)送的時(shí)候，只需要把待發(fā)送的數(shù)據(jù)按照特定的格式組成一幀報(bào)文，把它傳輸?shù)絊JAl000的發(fā)送緩沖區(qū)當(dāng)中之后，再啟動(dòng)SJAl000，進(jìn)行發(fā)送就可以了。隨后，通過置位命令寄存器的相應(yīng)標(biāo)志位 RRB, 發(fā)送一個(gè)釋放接收緩沖器的命令。 溫度傳感器電路的軟件設(shè)計(jì) 由于DSl8820是采用一根I／O總線讀寫數(shù)據(jù)，因此，DSl8820對(duì)讀寫數(shù)據(jù)佗有嚴(yán)格的時(shí)序要求。每一次不管是命令還是數(shù)據(jù)的傳輸，全部都是從主機(jī)啟動(dòng)寫時(shí)序才開始的，如果要求從機(jī)問送數(shù)據(jù)，在寫命令后。 溫度傳感器電路的軟件設(shè)計(jì)流程圖如下：開始端口初始化啟動(dòng)溫度轉(zhuǎn)換讀取溫度數(shù)據(jù)溫度數(shù)據(jù)傳送程序結(jié)束圖48 溫度傳感器軟件設(shè)計(jì)流程圖如上圖所示，一開始對(duì)端口進(jìn)行初始化，然后開啟為年度轉(zhuǎn)換，讀取溫度數(shù)據(jù)，最后對(duì)溫度數(shù)據(jù)的傳送。開始模擬信號(hào)輸入A/D口開啟A/D轉(zhuǎn)換等待轉(zhuǎn)換完成