【文章內容簡介】 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 ?各傳感器收集到現場的環(huán)境數據 ,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） 7 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 ,根據系統(tǒng)設計要求的分析 ,即通過傳感器采集到現場環(huán)境的數據 ,實時的實現 CAN 通信傳輸到主節(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) ,其結構是 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)?布爾代數運算 ?16位數據指針等等指令 ?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） 8 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?方便實現全彩色顯示以及適用于大規(guī)模集成電路直接驅動的特點 ,目前液晶顯示已經廣泛應用于 PDA 移動通信工具 ?數字攝像機 ?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 ,且在很多數據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江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 9 和串行 ,不同的芯片要根據不同的情況進行設計 ? 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據進行初始化 ?數據在時鐘 (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 ,讀操作時輸出數據 ,寫操作時輸出數據 [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 ?實現微處理器接口部分和實現 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 CAN 協(xié)議部分電路的功能和結構大部分一樣 ,但是和微處理器接口部分的方式和結構還是有所差異的 ? 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） 10 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 ? DSl8B20 是美國 DALLAS 公司生產的單總線數字溫度傳感器 ,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 ,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℃ 范圍內誤差為 177?！?? (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,可以直接從數據線上進行竊取電源 (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） 11 (7)DSl8B20 可將檢測到的溫度值直接轉化數字量 ,并通過串行通信的方式與主控制器進行數據通信 ? (8)DSl8B20 的分辨率可由用戶通過 E2PROM 設置為 9~12 位 [11]? DSl8820 的內部結構主要包括 :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 ?存放中間數據的高速暫存器 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 ,將被測溫度轉換成數值信號 ,測量結果存入溫度寄存器中 ?溫度 和數字量的關系如表所示 ? 溫度和數字量的對應關系 溫度 數字輸出 (二進制數 ) 數字輸出 (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 是數據線引腳 ?數據以串行通信的方式與 口進行數據通信 ,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） 12 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） 13 圖 38 MQ2 氣體傳感器原理圖 MQ2氣體傳感器相關規(guī)格參數 : 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） 14 本系統(tǒng)使用步進電機進行驅動滅火裝置 ,當主節(jié)點收到由從節(jié)點傳輸回來的數據的時候 ,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對速度以及位置的控制 。不僅有能力和數組設備進行兼容 , 可以對數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構可以劃分為以江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 15 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?P1?P2?P3的口線 ,只有 10 毫安的輸出驅動能力 ,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動芯片 ?L298N 芯片驅動部分峰值電流 2021 毫安 ,完全符合設計的要求 ? L298N 雙 H 橋直流電機驅動芯片的驅動部分端子供電范圍 Vs:+5V~+35V 。 如果需要板內取電 ,則供電范圍 Vs:+7V~+35V,驅動部分峰值電流 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℃。 驅動板尺寸 : 48mm*43mm*33mm(帶固定銅柱和散熱片高度 )。驅動板重量 :33g。其他擴展 :控制方向指示燈 ?邏輯部分板內取電接口 [10]? 以下是步進電機和 L298N 雙 H 橋直流電機驅動板的原理連接圖 : 圖 311 步進電機和 L298N 雙 H 橋直流電機驅動板原理連接圖 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 16 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 ?首先根據系統(tǒng)設計所需要完成的整體實現的功能 ,從而開發(fā)出系統(tǒng)各個部分的設計軟件流程圖 ?然后根據各部分的流程圖 ,結合主節(jié)點和從節(jié)點所實現的功能再對主 ?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 ?整體實現從節(jié)點對現場相關數據的采集與傳送 ,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)點將采集到的現場環(huán)境相關的數據信息通過CAN 通信傳輸到主節(jié)點 ,而主節(jié)點則通過從節(jié)點傳輸過來的信號數據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 : 接收從節(jié)點信息 開始 在 LCD 顯示相關信息 發(fā)生異常 顯示并保存相關信息 否 是 江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文） 17