【正文】 采用 51 單片 機(jī)作為主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)的微處理器 ,進(jìn)行火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的各個模塊硬件設(shè)計(jì) ,分析各個模塊功能和特點(diǎn) 。然后給出了火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)內(nèi)部 CAN 通信系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) ?介紹了 CAN 通信工作原理 ,闡述了選擇 CAN 總線作為火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)之間 ,各個工作模塊之間的數(shù)據(jù)的通信與 RS485總線的性能比較 ? 在設(shè)計(jì)的過程中 ,遇到了一些坎坷和挫折 ,由于剛接觸火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) ?CAN 總線的相關(guān)知識 ,對于有些知識點(diǎn)還不能完全理解 ?對于如何利用 CAN 總線完成各個控制部件之間的通信理解還不十分透徹 ?通過進(jìn)一步查詢資料 ,熟悉火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與各模塊的功能 ,分析 CAN 總線在火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用 ,再進(jìn)行設(shè)計(jì) ?火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是一個復(fù)雜的系統(tǒng) ,構(gòu)建一個完善 ?可靠 ?高效的智能自動控制系統(tǒng)是一 個復(fù)雜的系統(tǒng)工程 ,受到各個方面因素的影響 ? 經(jīng)過三個多月的努力 ,基本完成了設(shè)計(jì)任務(wù) ,調(diào)研收集分析有關(guān)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的資料 ,總結(jié) CAN模塊工作原理及其特點(diǎn) 。 此時觀察單片機(jī) ,A和 B單片機(jī)上的 LCD同步顯示溫度 ,由此可見 ,CAN模塊通信正常 ,本模塊到此此時成功 ? 圖 55溫度實(shí)時傳輸測試圖 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的綜合測試 通過以上主節(jié)點(diǎn)上的各模板功能 ?從節(jié)點(diǎn)的各模板功能 ?CAN 模塊通信功能都進(jìn)行了成功的測試之后 ,接下來就對此設(shè)計(jì)的基于 CAN 總線的火災(zāi)報(bào) 警系統(tǒng)的一個綜合的測試 ,以下就進(jìn)行火災(zāi)現(xiàn)場的模擬 ? 模擬所需要的材料 :香煙一根 ,打火機(jī)一只 ,筆記本電腦一臺等一些相關(guān)材料 ? 模擬火災(zāi)現(xiàn)場的具體步驟以及模擬過程中的現(xiàn)象如下 : 第一步 :將已經(jīng)調(diào)試好的收 ?發(fā)程序分別燒進(jìn)主 ?從節(jié)點(diǎn)的單片機(jī)內(nèi) ,并保持通電狀態(tài) ?此時觀 察到 ,主節(jié)點(diǎn)單片機(jī)開發(fā)板上的液晶顯示屏第一行顯示 :Yanwu(煙霧以及氣體濃度的綜合數(shù)值 ),數(shù)值為 02。 //擴(kuò)展幀 ,向發(fā)送緩沖區(qū)寫入 5 個江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 數(shù)據(jù) WriteSJARegBlock(21,Send_CAN_Data,8)。 //SJA1000 進(jìn)入正常模式配置 Write_SJA1000(REG_CAN_IER,0x01)。 SJA100HardWareRest()。0x08) ==0) {canstatus = Read_SJA1000(REG_CAN_SR)。//使能發(fā)送請求 ,發(fā)送數(shù)據(jù) ?自收發(fā) Write_SJA1000(REG_CAN_CMR,0x01)。 //改變這個參數(shù)可以調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速 ,數(shù)字越小 ,轉(zhuǎn)速越大 } } 此時觀察 ,當(dāng)報(bào)警器開始工作的時候 ,步進(jìn)電機(jī)開始工作 ,表明滅火執(zhí)行裝置工作正常 ,本模塊到此測試成功 ? 下圖是滅火裝置 ,包括 L298N 電機(jī)驅(qū)動模塊 ,步進(jìn)電機(jī) ,51 單片機(jī)的測試連接圖 , 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 圖 54 滅火裝置功能的測試 CAN 模塊通信功能的測試 CAN 模塊通信在整個系統(tǒng)中起到了關(guān)鍵性的作用 ,它是主節(jié)點(diǎn)和從節(jié)點(diǎn)之間信息傳遞的橋 梁 ?首先將“發(fā)”程序燒到單片機(jī) A,再將 “ 收 ” 程序燒到單片機(jī) B,實(shí)現(xiàn)兩個單片機(jī)之間信息的傳輸 ,下面進(jìn)行 溫度實(shí)時傳輸測試 ? 以下是 “ 發(fā) ” 的主要程序 : if((canstatusamp。i++) //4 相 { P1=F_Rotation[i]。//顯示 F 標(biāo)示正轉(zhuǎn) for(i=0。 fm=1。(tempint85)) //溫度報(bào)警設(shè)置 { fm=0。 //發(fā)出讀溫度命令 read_ds18b20()。 write_ds18b20(0xcc)。 //發(fā)溫度轉(zhuǎn)換命令 disp_temp()。 //初始化 DS18B20 write_ds18b20(0xcc)。 //小時初始化 Write1302 (WRITE_PROTECT,0x80)。 //秒位初始化 Write1302 (WRITE_MINUTE,0x34)。最后 ,是火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的綜合測試 ?具體的調(diào)試如下一一詳細(xì)介紹 ? 主節(jié)點(diǎn)模塊功能的測試 主節(jié)點(diǎn) ,主要負(fù)責(zé)對從節(jié)點(diǎn)傳輸回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷是否發(fā)出警報(bào)指令 ,將相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息通過顯示屏進(jìn)行顯示 ,并且存儲相關(guān)的數(shù)據(jù)以備查詢 ?主節(jié)點(diǎn)主要測試時鐘電路模板功能的測試 ? LCD1602顯示屏功能的測試 將測試程序燒進(jìn)其所在的單片機(jī)進(jìn)行測試 ,實(shí)現(xiàn) LCD1602 的動態(tài)演示 ,由此來測試LCD1602 顯示屏功能是否正常 ,主要程序如下 : 此時觀察顯示屏出現(xiàn)動態(tài)的英文 :Wele to huaqinmcu,表明 LCD1602 顯示屏 功能正常 ,本模塊到此測試成功 ? 以下是測試的 圖 51 LCD1602 的動態(tài)演示圖片 : 圖 51 LCD1602的動態(tài)演示圖 時鐘電路模塊功能的測試 時鐘電路模板主要負(fù)責(zé)火災(zāi)發(fā)生時間的存儲 ,以備時候進(jìn)行查詢 ?首先現(xiàn)將準(zhǔn)備江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 好的溫度報(bào)警程序燒進(jìn) 其所在的單片機(jī)開發(fā)板 ,主要程序如下 : Write1302 (WRITE_PROTECT,0X00)。其次 ,是從節(jié)點(diǎn)模塊功能的測試 ,其中包括溫度傳感器電路功能的測試和可燃?xì)怏w及煙霧傳感器電路功能的測試 ,以及報(bào)警電路功能模塊和滅火裝置功能的測試 。如果采集到的信息超過了閥值 ,那么在向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息的同時 ,報(bào)警并開啟執(zhí)行裝置 ? 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對讀寫數(shù)據(jù)佗有嚴(yán)格的時序要求 ?DSl8820 遵循相應(yīng)的通信協(xié)議從而保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性 ?該通信協(xié)議定義了多種信號時序 ,包括 初始化時序 ?寫時序以及讀時序 ?這幾種時序都是將 單片機(jī)作為主機(jī) ,DSl8820 作為從機(jī) ?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)啟動寫時序才開始的 ,如 果要求從機(jī)問送數(shù)據(jù) ,在寫命令后 ?主機(jī)須要啟動讀時序進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收 ?所有的讀 ?寫時序至少需要 60us,且每兩個獨(dú)立 的時序之間至少需要 1us 的恢復(fù)時間 ?數(shù)據(jù)和命令的傳輸 都是低位優(yōu)先 [15]? 溫度傳感器電路的軟件設(shè)計(jì)流程圖如下 : 向主節(jié)點(diǎn)發(fā)送相關(guān)信息 判斷采集的信息超過閥值 報(bào)警并開啟執(zhí)行裝置 否 是 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 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) ,最后對溫度數(shù)據(jù)的傳送 ? 可燃?xì)怏w及煙霧傳感器電路的軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用 3 MQ2 可燃?xì)怏w及煙霧傳感器模塊探測火災(zāi)現(xiàn)場煙霧濃度以及氣體濃度 ?由于傳感器探頭采集到的煙霧濃度信號和氣體濃度為模擬量 ,因此要將其轉(zhuǎn)化數(shù)字信號 ?A/D 轉(zhuǎn)換工作流程圖如下所 示 : 如下圖所示 ,模擬信號輸入 A/D 轉(zhuǎn)換口 ,然后開啟 A/D 轉(zhuǎn)換 ,等待轉(zhuǎn)換完成 ,然 后讀取 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) ? 開始 端口初始化 啟動溫度轉(zhuǎn)換 讀取溫度數(shù)據(jù) 溫度數(shù)據(jù)傳送程序 結(jié)束 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 圖 49 A/D 轉(zhuǎn)換工作流程圖 滅 火裝置的軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)作為滅火的執(zhí)行裝置 ?當(dāng)從節(jié)點(diǎn)傳輸回來的 現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)超過閾值的時候 ,系統(tǒng)發(fā)出火災(zāi)的報(bào)警信號 ,從節(jié)點(diǎn)的步進(jìn)電機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn) ,即模擬開啟噴頭噴水 ?為了達(dá)到以上工作需要 ,設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)工作流程圖如圖所示 : 圖 410 滅火裝置工作流程圖 開始 采集現(xiàn)場各種信號 電機(jī)不轉(zhuǎn)動 （即不噴水） 檢測各信號量超過閥值 電機(jī)轉(zhuǎn)動 （即噴水） 是 否 開始 模擬信號輸入 A/D 口 開啟 A/D 轉(zhuǎn)換 等待轉(zhuǎn)換完成 讀取 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) 結(jié)束 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 從上圖可以看出 ,首先采集到現(xiàn)場環(huán)境的各種信息 ,其次對這些信息進(jìn)行分析判斷 ,如果檢測各信號量超過閥值的話 ,則電機(jī)轉(zhuǎn)動 ,滅火裝置進(jìn)行工作 。驅(qū)動板重量 :33g。存儲溫度 :25℃~+130℃。 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 )。邏輯部分工作電流范圍 :0~36mA。 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?！?? (3)用戶可自設(shè)定報(bào)警上下限溫度 ? (4)每只 DSl8B20具有一個獨(dú)有的 ?不可修改的 64位序列號 ,根據(jù)序列號訪問對應(yīng)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(jìn)行竊取電源 (寄生式供電 ),也可以本地供電 ? (6)報(bào)警搜索命令可識別和尋址哪個器件的溫度超出預(yù)定值 ? 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 (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(jìn)行數(shù)據(jù)通信 ? (8)DSl8B20 的分辨率可由用戶通過 E2PROM 設(shè)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(yàn)碼 (CRC)發(fā)生器 ?用于存儲用戶設(shè)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(guān)系如表所示 ? 溫度和數(shù)字量的對應(yīng)關(guān)系 溫度 數(shù)字輸出 (二進(jìn)制數(shù) ) 數(shù)字輸出 (十六進(jìn)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(jìn)行數(shù)據(jù)通信 ,將檢測到的信號送給單片機(jī) ? 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 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 ,還具有穩(wěn)定性強(qiáng) ,壽命長 ,以及驅(qū)動電路比較簡單等優(yōu)點(diǎn) ? 因此 ,它可以應(yīng)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?xì)怏w及煙霧傳感器模塊原理圖如下 :江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 38 MQ2 氣體傳感器原理圖 MQ2氣體傳感器相關(guān)規(guī)格參數(shù) : A. 標(biāo)準(zhǔn)工作條件 B. 環(huán)境條件 C. 靈敏度特性 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 本系統(tǒng)使用步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動滅火裝置 ,當(dāng)主節(jié)點(diǎn)收到由從節(jié)點(diǎn)傳輸回來的數(shù)據(jù)的時候 ,進(jìn)行判斷 ,如果氣體和煙霧的濃度或者溫度大于系統(tǒng)設(shè)定的閥值的時候 ,系統(tǒng)就會報(bào)警 ,對滅火裝置進(jìn)行驅(qū)動 ? 本系統(tǒng)所使用的是 28BYJ48步進(jìn)電 機(jī) ,28BYJ48步進(jìn)電機(jī)是永磁式的減速步進(jìn)電機(jī) ,減速比為 1:64?步進(jìn)