【文章內容簡介】 T腳漸漸地變成低電平，從而讓其脫離復位狀態(tài)。 本科生畢業(yè)設計（論文） 10 圖 微控制器最小系統(tǒng) 如圖 所示為最小系統(tǒng)圖，下面簡紹各個引腳的元器件的鏈接： 用于控制發(fā)光二極管，用來做燈光報警用。 接溫度傳感器 DS18B20 的數據腳，用于讀入溫度。 接紅外輻射的檢測口，用來檢測現場的是否有煙霧跟火源產生的強紅外線。 接煙霧傳感器的檢測口，用來檢測現場的煙霧濃度。 作為聲光報警器的控制口，用來提醒該樓宇的工作管理人員或者現場活動的居民。 20腳接地， 40 腳接電源。1 19腳接 CAN總線主節(jié)點的輸出總線，用來進行主從節(jié)點之間的通訊。 31腳接電源端。 CAN 總控制器 本系統(tǒng) CAN 總線收發(fā)器采用 PHILIPS 公司生產的 TJA1040 芯片。 TJA1040 是控制器局域網 CAN 協(xié)議控制器和物理總線之間的接口，它主要應用在客車的高速應用速度可達 1Mb/S。 TJA1040 為總線提供差動的發(fā)送功能為 CAN 控制器提供差動的接收功能完全符合 ISO 11898 標準，它還有優(yōu)秀的 EMC 性能，在不上電狀態(tài)下有理想的無源性能。 SJAl040 主要負責把并行的數據轉換成 CAN 的格式進行發(fā)送與接收。它本身自帶發(fā)送與接收緩沖裝置，而且它還具有較強的錯誤報警和雙重濾波處理功能。 SJAl040的硬件框圖如圖 示。 本科生畢業(yè)設計（論文） 11 圖 SJA1040的硬件框圖 可以看出， SJAl040 的管理主要是由 IML的邏輯接口、消息緩沖區(qū)位流處理器 BSP、位時序處理邏輯 BTL、接收過濾器 ASP、內部振蕩器及復位電路、錯誤管理邏輯 EML等組成。 CPU 的命令由 IML 來接收，控制寄存器被定向到主可以提供警報和其所處的狀態(tài)信息。 IML 在其 CPU 的控制下，將數據寫入到發(fā)送消息緩沖區(qū)，發(fā)送緩沖區(qū)和位時序處理邏輯輸出到 CAN總線，經 CAN 總線處理的數據由位流處理器跟位時序處理邏輯 器始終監(jiān)視 CAN 總線，如果檢測到一個有效的頭時，“平安隱性控制級別”的轉換過程開始收到的第一個處理器比特流處理 ASP BSP P 濾波器刀接收信息。只有當收到的信息識別碼匹配 ASP 測試時，收到的消息才被寫入 RXFIFO 或者 RXB。 RXFIFO 中高達64 字節(jié)的數據可以被緩存，數據可以被 CPU讀取，調制器的錯誤管制可被 EML 調制，并接收 BSP錯誤報告，促使 BSP 和 IML 錯誤統(tǒng)計。 TJA1040 的特點 CAN 總線具有較強的糾錯能力，并且還支持差分收發(fā)器，這讓它們能夠適合用于高噪聲環(huán)境，并具有更遠的傳輸 距離，尤其是對中小型分布式控制系統(tǒng)。由于在其中CAN 總線采用了許多新的技術及獨特設計，讓它與一般的通信總線作比較，它的數據通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。除此之外它還具有以下幾點重要特色 （ 1）可以多主方式工作，網絡上任意一個節(jié)點均可以在任意時刻主動地向網絡上的其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活。網絡上的節(jié)點（信息）可分成不同的優(yōu)先級 ,可以滿足不同的實時要求。 （ 2）采用非破壞性位仲裁總線結構機制，當兩個節(jié)點同時向網絡上傳送信息時，優(yōu)先級低的節(jié)點主動停止數據發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點可不受影響地繼 續(xù)傳輸數據。 （ 3）可以點對點、一點對多點（成組）及全局廣播幾種傳送方式接收數據。 （ 4）直接通信距離最遠可達 10km（速率 5Kb/s 以下）。通信速率最高可達 1MB/s 本科生畢業(yè)設計（論文） 12 （此時距離最長 40m）。 （ 5）節(jié)點數實際可達 110 個，采用短幀結構，每一幀的有效字節(jié)數為 8個，每幀信息都有 CRC 校驗及其他檢錯措施，數據出錯率極低。節(jié)點在錯誤嚴重的情況下，具有自動關閉總線的功能，切斷它與總線的聯系，以使總線上的其他操作不受影響。 （ 6）通信介質可采用雙絞線，同軸電纜和光導纖維，一般采用廉價的雙絞線即可，無特殊要求。 TJA1040 的參考數據 TJA1040 芯片的一些參考數據如表 所示： 表 參考數據 助記符 參數 條件 最小值 最大值 單位 VBAT 引腳 VBAT的電源電壓 5 27 V VCC 引腳 Vcc的電源電壓 V VI/O 引腳 VI/O的電源電壓 V IBAT 引腳 VBAT電源電流 VBAT = 12V 10 30 μA VCANH 引腳 CANH 的直流電壓 0 VCC 無時間限制 27 +40 V VCANL 引腳 CANL的直流電壓 0 VCC 無時間限制 27 +40 V VSPLIT 引腳 SPLIT的直流電壓 0 VCC 無時間限制 27 +40 V Tvj 實際連接點溫度 40 +150 ℃ Vesd 所有引腳的靜電放電電壓 人體模型 HBM 4 +4 kV TPD TXD到 RXD的傳播延遲 VSTB=0V —— 255 ns TJA1040 的功能描述 TJA1040 除了處理 ISO 11898 標準所描述的物理層外，它還可以控制整個 ECU 的功耗 (電源 )管理并對系統(tǒng)進行診斷。 (1)喚醒 本科生畢業(yè)設計（論文） 13 有幾種方法可以將 TJA1040 從睡眠或待機模式喚醒： ①通過顯性的總線狀態(tài)喚醒； ②通過引腳 WAKE 的邊沿本地喚醒； ③從睡眠或待機模式到普通或 Pwon 只聽模式的模式轉換不會置位喚醒標志。 (2)總線故障診斷 正常模式中，在收發(fā)器使總線顯性時， TJA1001 通過引腳 /ERR 提供了一個低電平有效的總線故障診斷輸出，檢測到的總線故障可以在正常模式從引腳 /ERR 讀出。 (3)TXD顯性超時功能 當硬件或軟件 程序的錯誤而使 TXD 引腳持續(xù)地處在低電平時，“ TXD 顯性超時定時器”電路可以防止總線進入所有網絡通信阻塞的狀態(tài)。 TXD 引腳的負跳變沿引發(fā)這個定時器，如果引腳 TXD 的低電平持續(xù)時間超過內部定時器的值 (TDOM),收發(fā)器會被禁能強制使總線進入隱性狀態(tài)。定時器用引腳 TXD 的正跳變邊沿復位。收發(fā)器保持禁能直到 RXD 變成顯性而 TXD 是隱性或者將模式切換到正常模式。 TXD 顯性超時時間 TDOM 規(guī)定了可能的最小位速率 40kBaud。 (4)TXD對 RXD短路 如果引腳 RXD 和 TXD短路，總線一旦進入顯性后就會呈現持續(xù)的顯 性，因為引腳RXD 的低電平輸入通常要高于連接至 (CAN 控制器 )。 TXD 顯性超時會禁能收發(fā)器，使總線處于隱性狀態(tài)。收發(fā)器保持禁能直到 RXD 是顯性而 TXD 是隱性或者將模式切換到正常模式。 CAN 通訊收發(fā)器 本系統(tǒng)采用 PHILIPS 公司生產的 PCA82C200 獨立控制器，它具有完成高性能通信協(xié)議所要求的全部必要特性，通過簡單連接即可完成 CAN 總線協(xié)議的物理層和數據鏈路層的所有功能。并且它與 ISOll898 的標準完美的兼容，其速率高達可達 1Mbps，并且它能夠采用斜率控制大大的降低了射頻的干擾，最主要的是其在未上電 節(jié)點時不會干擾總線，從而增大通信距離，并且很大程度的增強了系統(tǒng)瞬間的抗干擾性能，從而增加其抗干擾的能力并增強了對總線的保護。 PCA82C200 芯片是一種 I/O 設備基于內存編址的微控制器。該芯片的獨立操作系統(tǒng)就如同是 RAM 一樣的片內寄存器修正而實現的。但其也有缺點，那就是它僅僅支持標準的信息幀格式。 PCA82C200 的地址區(qū)包含信息緩沖區(qū)控制段控制段。在其初始化載入的時候可以被編程用來配置系統(tǒng)的通信參數。同時這個段也能用來通過微控制器來控制系統(tǒng)上的 CAN 總線上的通信。PCA82C200 的功能框架圖如圖 所 示。 本科生畢業(yè)設計（論文） 14 圖 PCA82C200 的功能框架圖 PCA82C200 他有兩種運行模式：一種是復位，另一種是工作。在復位模式下可以接收屏蔽，接收代碼，輸出控制寄存器設置和總線定時寄存器 0和 1。通常是當 CAN初始化寄存器才進行上述的復位設置，當 CAN 進入工作模式，他們不會改變價值，操作模式中的數據可以被發(fā)送和接收。特別注意的是控制器掉線或者出現故障時，系統(tǒng)它自己會自動進入復位模式，這樣就不能進行正常的通訊，所以在這里就必須對復位位進行監(jiān)控。當硬件復位或控制器下線或故障時，當控制器進入復位模式進入工作模式 時，需要把復位置 0，強制進行工作模式，這樣就可以正常發(fā)送和接收了。 本章 小結 這一章節(jié)主要介紹了主節(jié)點硬件電路的設計，其中提到了 CAN 總線的特點跟單片機 AT89C52 的使用與設計，從而設計出本論文的主節(jié)點部分，其設計電路圖 如下圖 所示。 本科生畢業(yè)設計（論文） 15 圖 主節(jié)點硬件電路全圖 本科生畢業(yè)設計（論文） 16 圖 主節(jié)點主圖分解圖 圖 主節(jié)點主圖分解圖 到此論文的系統(tǒng)主節(jié)點 硬件設計已經完成。接下面的一章節(jié)我們開始介紹本系統(tǒng)的從節(jié)點硬件設計。 第 3章 樓宇火災報警系統(tǒng)從節(jié)點硬件設計 從第一章的總體設計中（ 小節(jié)）的圖 中我們可以得出：從節(jié)點的功能模塊由微控制器單片機、 CAN 通信電路、傳感器及執(zhí)行裝置光電報警器等外圍電路組成。各模塊具體的硬件電路設計將會在本章節(jié)中做出詳細的闡述。 微控制器與 CAN 通信電路設計 從節(jié)點的微控制器與主節(jié)點的設計相同，都采用 AT89C52芯片，其最小系統(tǒng)電路圖與主節(jié)點相同；并且從節(jié)點的 CAN通信電路與主節(jié)點采用同樣的設計。這里不再做詳細的介紹，詳細請 見 節(jié)。 本科生畢業(yè)設計（論文） 17 溫度傳感器模塊 DS18B20溫度傳感器是 DALLAS公司生產的單線數字溫度傳感器。其溫度分辨率可達℃，被測溫度的數值采用 16位數字符號的擴展串行輸出。它正常運行時可以采用外置電源也可以應用寄生電源，電壓范圍為 ～ 。它的 CPU僅需要有一個端口線就能夠與諸多 DS18B20進行控制，所以它占用微處理器的端口極少，很方便電路的設計與實物的安裝調試，簡化了分布式溫度傳感應用，更重要的是它大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性。由于上述的優(yōu)點，所以它能在現場環(huán)境相當惡劣的情況下進行精確的 測量。因此，它廣泛的應用在對環(huán)境的溫度控制、設備使用過程中的溫度控制、以及各類測量溫度的電子產品中。本論文設計采用了數據總線來對其進行供電，電壓為 5V。又應為 DS18B20溫度傳感器的測量范圍很廣，可以測試 55℃到 +125℃之間的溫度，其中它在 10℃到+85℃的精度可以控制在177。 ℃之內。 DSl8B20可編程的分辨率為 9～ 12位，溫度轉換為 12位，最大值為 750毫秒。應用范圍包括恒溫控制、工業(yè)系統(tǒng)、消費電子產品溫度計以及任何熱敏感系統(tǒng)。 DSl8820溫度傳感器的電路設計如圖 。本系統(tǒng)設置在溫 度大于或等于 80℃時為異常（單片機），接線如圖 。 圖 DS18B20 電路設計圖 煙霧，紅外檢測模塊 本科生畢業(yè)設計（論文） 18 圖 煙霧，紅外檢測模塊接線圖 圖 ，當沒有檢測到火光時，光電傳感器 1 腳（檢測口）電壓約為 ；當光電傳感器檢測到火光時， 1 腳（檢測口）電壓約為 。煙霧傳感器沒有檢測到煙霧時， YW 腳（檢測口）電壓約為 ，當檢 測到煙霧時， YW 腳（檢測口）電壓約為 3V。煙霧傳感器供電電壓為 9V，因此煙霧檢測模塊要單獨供電。 而系統(tǒng) 其它模塊的供電電壓為 5V，因此要把煙霧傳感器的電源負極與系統(tǒng)的地相連接，這樣才達到了設計要求。 系統(tǒng)通電瞬間，單片機 P1口不管有無外接電路都為高電平。為防止單片機誤判斷，設計單片機檢測到低電平時為異常。利用光電和煙霧傳感器的電壓變化特性，再根據單限比較器的電壓傳輸特性，就能有效的達到單片機檢測目的并構成一個簡單的電路。根據光電傳感器和煙霧傳感器的電壓變化特性，為了讓單片機檢測到低電平是為異常，因此規(guī)定 LM339的 5腳（同相輸入端）和 7腳（同相輸入端）接入參考電壓。根據煙霧、光電傳感器的電壓變化特性可分別確定它們參考電壓為 2V和 3V。由上述可知， LM339的 5腳和 7腳電壓分別為固定值 2V和 3V，從而計算出該模塊相應電阻阻值如圖 。 LM339的 4腳（反相輸