【文章內(nèi)容簡介】 控制滅火裝置的執(zhí)行，開始工作即電機帶動進行滅火模擬。在實際的應用中，主節(jié)點設置在值班室內(nèi)，工作人員對其進行控制；而各個從節(jié)點則設置于樓房的走道及各房間處，與主節(jié)點一起掛接在 CAN 總線上，以便隨時向主 節(jié)點發(fā)送信息。各從節(jié)點控制它上面的傳感器和執(zhí)行裝置。各傳感器收集到現(xiàn)場的環(huán)境數(shù)據(jù)，及時的將信息傳送給主節(jié)點，主節(jié)點將各從節(jié)點的信息顯示在顯示屏上，以便工作人員進行觀測和控制。 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 8 第三章 火災報警系統(tǒng)的硬件設計 本章任務是對火災報警系統(tǒng)的硬件進行設計，主要闡述了主節(jié)點和從節(jié)點的硬件設計。在從節(jié)點的設計中，根據(jù)系統(tǒng)設計要求的分析，即通過傳感器采集到現(xiàn)場環(huán)境的數(shù)據(jù)，實時的實現(xiàn) CAN 通信傳輸?shù)街鞴?jié)點上，設計出相應模塊的實際功 能，主要包括從節(jié)點上信息采集模塊、 CAN 電路模塊以及其他功能模塊的設計。 主節(jié)點的功能模塊由微控制器 MCU（單片機）、 CAN 通信電路以及時鐘電路、報警電路、液晶顯示屏等外圍電路組成。各模塊具體的硬件電路設計如下一一作出詳細的闡述。 主節(jié)點和從節(jié)點，都用 80C51 單片機作為微處理器。 80C51 單片機 是 MCS51的 系列 其中一種 單片機 ，由 英特爾 公司開發(fā)，其結(jié)構(gòu)是 8048 的 一個 延伸， 更加優(yōu)化8048 的性能 ， 改善了它的缺點，除此之外，還 增加了 一系列的 指令 ，比 如比較（ CMP）、乘（ MUL）、減（ SUBB）、除（ DIV）、布爾代數(shù)運算 、 16 位數(shù)據(jù)指針 等 等 指令。與此同時， 5 個 中斷源 和 串行通信能力 也被增加到了其中 [4]。 以下是 51 單片機開發(fā)板上 單片機彈簧座及擴展排針電路 圖 圖 31 單片機彈簧座及擴展排針電路 圖 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 9 LCD1602 顯示器電路設計 液晶顯示的原理是利用了液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就可以顯示，因此就可以顯示出了圖形。液晶顯示器具有很多優(yōu)點，比如厚度比較薄、方便實現(xiàn)全彩色顯示以及適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動的特點，目前液晶顯示已經(jīng)廣泛應用于 PDA 移動通信工具、數(shù)字攝像機、便攜式電腦等很多的領域。 1602LCD 分為不帶背光和帶背光兩種，基控制器大部分都是 HD44780，不帶背光的比帶背光的薄，是否帶背光在應用中并沒有什么差別 [5]。 1602A 與單片機的以總線方式連接，其硬件連接圖如圖所示： 圖 34 LCD 硬件連接圖 時鐘電路設計 為了方便人們可隨時查詢火災事故發(fā)生的時間，本系統(tǒng)設計了時鐘電路主要用以記錄相關時間信息。隨著人們對實時時鐘的要求不斷地提高，且在很多數(shù)據(jù)的記錄方面需要提供對應的時間等相關的信息，因 此實時時鐘（ RealTime Clock） 被廣泛的應用于各種系統(tǒng)。在沒有 系統(tǒng)電源的情況下，時鐘芯片也能保持時間的走動，因此可以給系統(tǒng)提供準確的時間，來滿足系統(tǒng)對時間各種各樣的要求。時鐘芯片的接口分為并行和串行，不同的芯片要根據(jù)不同的情況進行設計。 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 10 本 系統(tǒng)主節(jié)點采用的是 DS1302 時鐘芯片。 DS1302 是 達拉斯 公司 推出的涓流充電時鐘芯片，里面有一個實時時鐘和日歷以及 31 字節(jié)靜態(tài) RAM，可以通過串行接口和單片機進行通信。 DS1302 工作時，將復位腳（ RST）置為高電平，與此同時將命令信息和 8 位地址裝入移位寄存器，這樣就可以對任何傳送的數(shù)據(jù)進行初始化。數(shù)據(jù)在時鐘（ SCLK） 的上升沿串行輸入，前 8 位指定訪問地址，命令字裝入移位寄存器后，在之后的時鐘周期，讀操作時輸出數(shù)據(jù)，寫操作時輸出數(shù)據(jù) [6]。 DS1302 時鐘電路，主節(jié)點時鐘芯片工作原理圖如圖 圖 35 主節(jié)點時鐘芯片電路圖 CAN 模塊通信電路設計 CAN 通信協(xié)議主要是通過 CAN 控制器完成的。實現(xiàn)微處理器接口部分和實現(xiàn) CAN總線協(xié)議部分的電路組成了 CAN 控制器。對于不同型號的 CAN 總線通信的控制器，實現(xiàn) CAN 協(xié)議部分電路的功能和結(jié)構(gòu)大部分一樣，但是和微處理器接口部分的方式和結(jié)構(gòu)還是有所差異的。 CAN 模塊與單片機電路通信電路如下：江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 11 圖 36 CAN 模塊與單片機電路連接圖 從節(jié)點硬件設計 從節(jié)點的功能模塊由微控制器 MCU（單片機）、 CAN 通信電路以及可燃氣體及煙霧傳感器電路、溫度傳感器電路等電路組成。各模塊具體的硬件電路設計如下一一作出詳細的闡述。 溫度傳感器電路設計 DSl8B20 是美國 DALLAS 公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器，它具有很多優(yōu)點，比如它體積比較小、功耗比較低，而且性能有很高，具有很強的抗干擾能力強，除此之外，它很容易和微處理器接口，以及適合各種不同的溫度測控系統(tǒng) 等優(yōu)點。 DSl8B20 功能特點如下 :（ 1）采用單總線技術(shù)，與單片機通信只要一根 I／ O 線，在一根線上掛接多個 DSl8B20。 （ 2）測溫范圍為 55℃到 +125℃，在 10℃到 85℃范圍內(nèi)誤差為177。 0． 5℃。 （ 3）用戶可自設定報警上下限溫度。 （ 4）每只 DSl8B20 具有一個獨有的、不可修改的 64 位序列號，根據(jù)序列號訪問對應的器件。 （ 5）低壓供電，電源范圍從 3V 到 5V，可以直接從數(shù)據(jù)線上進行竊取電源 (寄生式供電 )，也可以本地供電。 （ 6）報警搜索命令可識別和尋址哪個器件的溫度超出預定值。 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 12 （ 7） DSl8B20 可將檢測到的溫度值直接轉(zhuǎn)化數(shù)字量，并通過串行通信的方式與主控制器進行數(shù)據(jù)通信。 （ 8） DSl8B20 的分辨率可由用戶通過 E2PROM 設置為 9～ 12 位 [11]。 DSl8820 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括： 64 位激光 ROM、溫度傳感器、單總線接口和寄生電源、 8 位循環(huán)冗余校驗碼 (CRC)發(fā)生器、用于存儲用戶設定溫度上下限值的 TH 和 Tl觸發(fā)器、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器 RAM、存儲與控制邏輯等 7 部分 [7]。 DSl8B20 測量溫度時使用特有的溫度測量技術(shù)，將被測溫度轉(zhuǎn)換成數(shù)值信號，測量結(jié)果存入溫度寄存器中。溫度 和數(shù)字量的關系如表所示。 溫度和數(shù)字量的對應關系 溫度 數(shù)字輸出（二進制數(shù)） 數(shù)字輸出（十六進制） +125℃ 0000011111010000B 07D0H +85℃ 0000010101010000B 0550H +℃ 0000000110010001B 0191H +℃ 0000000010100010B 00A2H +℃ 0000000000001000B 0008H 0℃ 0000000000000000B 0000H ℃ 1111111111111000B FFF8H ℃ 1111111101011110B FF5EH ℃ 1111111001101111B FE6FH 55℃ 1111110010010000B FC90H 在下圖中， DSl8B20 的 1 腳接地、 3 腳接電源， 2 腳 DQ 是數(shù)據(jù)線引腳。數(shù)據(jù)以串行通信的方式與 口進行數(shù)據(jù)通信，將檢測到的信號送給單片機。 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 13 圖 37 DS18B20 與 80C51的連接圖 可燃氣體及煙霧傳感器電路設計 MQ2 氣體傳感器，具有比 較廣泛的探測范圍，除此之外，它還具有靈敏度高，響應恢復反應快速，同時，還具有穩(wěn)定性強，壽命長，以及驅(qū)動電路比較簡單等優(yōu)點。 因此，它可以應用于家庭和工廠的氣體泄漏情況的監(jiān)測裝置， 對一些可燃性氣體，比如家庭常用的液化氣，甲烷、丁烷、丙烷、氫氣、以及酒精、煙霧等等都具有良好的探測效果 [8]。 MQ2 可燃氣體及煙霧傳感器模塊原理圖如下：江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 14 圖 38 MQ2 氣體傳感器原理圖 MQ2 氣體傳感器相關規(guī)格參數(shù)： A. 標準工作條件 B. 環(huán)境條件 C. 靈敏度特性 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 15 滅火裝置 電路 本系統(tǒng)使用步進電機進行驅(qū)動滅火裝置，當主節(jié)點收到由從節(jié)點傳輸回來的數(shù)據(jù)的時候，進行判斷，如果氣體和煙霧的濃度或者溫度大于系統(tǒng)設定的閥值的時候，系統(tǒng)就會報警，對滅火裝置進行驅(qū)動。 本系統(tǒng)所使用的是 28BYJ48 步進電機， 28BYJ48 步進電機是永磁式的減速步進電機，減速比為 1： 64。步進電機如下圖所示， 圖 39 28BYJ48 步進電機示意圖 這個步進電機一共有五根引線，他們分別是：紅色、橙色和黃色以及粉色和藍色等五種顏色。其中橙色與黃色，以及粉色和藍色四根接線依次是 A、 B、 C、 D 繞組的一 端，紅色引線是四個繞組的公共端。 步進電機有很多它的優(yōu)勢，比如通常不需要任何反饋就可以實現(xiàn)對速度以及位置的控制；不僅有能力和數(shù)組設備進行兼容 , 可以對數(shù)字信號進行直接的接收，而且位置誤差也不會積累起來。除此之外，還可以實現(xiàn)快速啟停等等 [9]。 步進電機的品種規(guī)格十分豐富 , 按照它們不同的工作原理和結(jié)構(gòu)可以劃分為以江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 16 下四種主要型式，分別是特種電機，磁阻式電機，永磁式電機和混合式電機。它不使用位移傳感器就可以實現(xiàn)定位的精確 , 因此被廣泛的應用到精確定位系統(tǒng)中。目前很多領域，比如說傳真機、數(shù)控機床、打字機等設 備中都大量使用了步進電機 [16]。 本系統(tǒng)中使用 L298N 雙 H 橋直流電機驅(qū)動板的目的是，為了提高系統(tǒng)的 I／ O 口的載流量。因為 80c51 單片機的 P0、 P P P3 的口線，只有 10 毫安的輸出驅(qū)動能力，但是 28BYJ48 步進電機在工作的時候所需要的電流需要幾百毫安。所以在 I／O 口必須得增加功率驅(qū)動芯片。 L298N 芯片驅(qū)動部分峰值電流 2021 毫安，完全符合設計的要求。 L298N 雙 H 橋直流電機驅(qū)動芯片的驅(qū)動部分端子供電范圍 Vs：＋ 5V～＋ 35V ； 如果需要板內(nèi)取電，則供電范圍 Vs： +7V～ +35V，驅(qū)動部分峰值電流 Io： 2A；邏輯部分端子供電范圍 Vss：＋ 5V～＋ 7V（可板內(nèi)取電＋ 5V）；邏輯部分工作電流范圍 :0～36mA；控制信號輸入電壓范圍：低電平：－ ≤ Vin≤ ，高電平： ≤ Vin≤ Vss；使能信號輸入電壓范圍：低電平：－ ≤ Vin≤ （控制信號無效），高電平： ≤ Vin≤ Vss（控制信號有效）；最大功耗： 20W（溫度 T＝ 75℃時）；存儲溫度：－ 25℃～＋ 130℃；驅(qū)動板尺寸 : 48mm*43mm*33mm(帶固定銅柱和散熱片高度 )；驅(qū) 動板重量： 33g；其他擴展：控制方向指示燈、邏輯部分板內(nèi)取電接口 [10]。 以下是步進電機和 L298N 雙 H 橋直流電機驅(qū)動板的原理連接圖： 圖 311 步進電機和 L298N 雙 H 橋直流電機驅(qū)動板原理連接圖 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 17 第四章 火災報警系統(tǒng)的軟件設計 本章工作主要圍繞基于 CAN 總線火災報警系統(tǒng)軟件的設計展開。首先根據(jù)系統(tǒng)設計所需要完成的整體實現(xiàn)的功能，從而開發(fā)出系統(tǒng)各個部分的設計軟件流程圖。然后根據(jù)各部分的流程圖，結(jié)合主節(jié)點和從節(jié)點所實現(xiàn)的功能 再對主、從節(jié)點進行詳細的軟件設計，進一步完善設計節(jié)點上各功能模塊以及 CAN 通信的軟件程序。 本系統(tǒng)的軟件設計，主要分為主節(jié)點的軟件設計、 CAN 模塊通信的軟件設計、從節(jié)點的軟件設計等三大部分。整體實現(xiàn)從節(jié)點對現(xiàn)場相關數(shù)據(jù)的采集與傳送，主節(jié)點的顯示與報警，并控制執(zhí)行裝置工作等功能。為了確保系統(tǒng)能夠正常的工作，每次上電時，需要對主節(jié)點和從節(jié)點進行初始化。從節(jié)點將采集到的現(xiàn)場環(huán)境相關的數(shù)據(jù)信息通過 CAN 通信傳輸?shù)街鞴?jié)點，而主節(jié)點則通 過從節(jié)點傳輸過來的信號數(shù)據(jù)是否超過傳感器的閾值，來判斷是否發(fā)生了火災。以此同時，把發(fā)生火災的相關信息顯示在顯示屏上，同時控制其執(zhí)行裝置進行工作。 主節(jié)點軟件設計 設計主節(jié)點的整體軟件流程如下圖所示 : 接收從