【正文】 ..... 26 參 考文獻 ............................................................... 27 致 謝 ................................................................. 28 附 錄 ................................................................. 29 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第一章 概述及總體設(shè)計要求 課題的研究背景及意義 火災是 目前 最 常見 、最普遍的 威脅 公共 場所安全和建設(shè)和諧社會 的 重要 災害之一 。使用“ 火 ” 的 過程中 ， 人們 總是在 不斷 地 總結(jié) 發(fā)生 火災 的 規(guī)律， 盡可能地盡最大可能減少火災對人身 財產(chǎn) 造成的 傷害或損失 。隨著 科技不斷的發(fā)張與進步 ， 人們居住的場所越來越集中，而 在 現(xiàn)如今人們的財富日益增加 ， 誘使 發(fā)生火災的 機會也越來越多， 比如違規(guī)的使用電器等。 這樣 的報道時常會出現(xiàn)在電視、雜志上，讓人們苦不堪言。 “預防火災和減少火災危害”是一個總結(jié)性防治火災 的 方法 ， 總的來說它 包括兩 個部分 ： 一是 做防火工作，防止火災的發(fā)生； 二是 一旦發(fā)生火災，應及時和有效地進行撲救，減少火災 損失 。 常言道：“水火無情”，“賊偷半全光火”是火災 的描述最真實的寫照。 在現(xiàn)代智能建筑中，基于 CAN總線的樓宇火災自動報警系統(tǒng)是智能建筑系統(tǒng)中的一個子系統(tǒng)。對于實時快速處理大量的數(shù)據(jù)的檢測器和控制器之間的應該是更迅速地改進，低錯誤率的通信協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)中的受控設(shè)備在一個特殊的環(huán)境中，很多的信號的干擾應予以考慮 ， 同時 它自身 也 可以獨立運行和操作完成本身與火災自動報警消防功能。 基于 CAN總線的 樓宇 火災報警技術(shù)的迅速發(fā)展，這些年來，技術(shù)更新 的變化也非常明顯。隨著城市現(xiàn)代化建設(shè) [1] 章歡 .基于 CAN總線的火災報警系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) [D].武漢：武漢大學， 2020. 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 的發(fā)展， 火災危害性的宣傳增強了人們的消防意識 ， 所以自動火災報警 的研究將是未來發(fā)張的重點和方向。 （ 1） 區(qū)域報警系統(tǒng) 火災 報警 探測器， 它是一種 手動報警 器 ， 它適用于 區(qū)域報警控制器或控制器報警，這樣一個系統(tǒng)， 他只負責 火災探測和報警， 只完成 消防任務 的 小型工程。應考慮使用集中報警系統(tǒng)的形式。集中報警系統(tǒng)應建立一個集中報警控制器和兩個或兩個以上的區(qū)域報警控制器。這些系統(tǒng) 適合應用在 高層酒店， 辦公 寫字樓等消防 系統(tǒng) 。它必須在所有系統(tǒng)應至少設(shè)立一個集中火災報警控制器和相關(guān)控制設(shè)備。 （ 4） 其它報警系統(tǒng) 在另外的特點和根據(jù)建筑物火災報警控制器火災自動報警系統(tǒng)被劃分成不同的形式，可以 分為以 上兩種基本設(shè)計，也可以按照各個功能模塊及樓層顯示中使用的火災探測器等火災報警控制器連接。此外，根據(jù)火災報警控制器，以不同的方式實現(xiàn)火災模式識別，火災自動報警系統(tǒng)也可以分為集中式智能分布式 智能系統(tǒng)兩種。 本 系統(tǒng)的需求分析及總體方案設(shè)計 當樓宇遇到火災時，火災現(xiàn)場的溫度會快速地升高，也會出現(xiàn)火花，同時煙的濃度會有著顯著地提升。樓宇火災的物體燃燒溫度通常高達 900～ 1400℃。在正常情況下，當物體燃燒的火焰溫度到 100℃ 時 ， 現(xiàn)場中的煙霧內(nèi)一氧化碳跟二氧化碳的含量已經(jīng)超過了空氣含量的 6%，而 在正常的大氣中，一氧化碳和二氧化碳的總含量在大氣中約為 3%。因此，可以利用樓宇火災現(xiàn)場的煙霧濃度變化的這一明顯現(xiàn)象作為是否真正發(fā)生了火災，同時為了更進一步的完善以前樓宇火災現(xiàn)場的單一溫度變化的這一現(xiàn)象作為依據(jù)的判斷，本論文中增加了一個紅外檢測裝置同時來檢測溫度，這 3種裝置的完美結(jié)合，讓本系統(tǒng)在樓宇發(fā)生火災的初期能夠快速 完美的做出判斷，并做出相應的動作：如發(fā)生火災就啟動聲光報警器報警，若無火災的情況發(fā)生，本系統(tǒng)繼續(xù)執(zhí)行監(jiān)控。同時也定時的發(fā)出信號用以檢測各個從節(jié)點是否處在正常的工作狀態(tài)。如果現(xiàn)場發(fā)生了火災，就向主節(jié)點處發(fā)送火警信息，同時 并控制聲光報警裝置工作發(fā)出報警訊號用來警告居民跟管理員；如果現(xiàn)場沒有發(fā)生火災，則定時的往主節(jié)點處發(fā)出驗證信號用，用以驗證該節(jié)點是否在正常的工作。 （ 2）煙霧、紅外傳感器：收集各從節(jié)點的現(xiàn)場環(huán)境的煙霧濃度以及紅外傳感器的紅外 信號。 為實現(xiàn)上述描述的功能，本論文的整 體結(jié)構(gòu)設(shè)計框圖如下 圖 。 主節(jié)點的設(shè)計框圖如下圖 。當某一個從節(jié)點的發(fā)出信號超過閥值時， CAN總線的反饋信號就控制該節(jié)點控制單片機執(zhí)行報警的動作。 從節(jié)點的設(shè)計框圖如下圖 。 一般的來說，在現(xiàn)代樓宇火災報警系統(tǒng)的運用中，主節(jié)點系統(tǒng)的硬件安置在值班室內(nèi)，由該樓的管理工作人員控制；而各從節(jié)點的硬件部分安裝在該登樓的各個房間跟走道中。該傳感器檢測現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)將被發(fā)送到主節(jié)點的信湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 息的形式，而主節(jié)點到從節(jié)點的 從管理人員能夠很容易地聽到報警信號 ， 當火災發(fā)生時從一個節(jié)點，該節(jié)點可以從本機開始運作，及時控制住火勢控制其執(zhí)行。 要定時從 主節(jié)點發(fā)送信號， 根據(jù) 從節(jié)點的 ID號，驗證它是否工作正常。 本論文的 主要工作 本論文主要是 在已有 的 CAN 總線上開發(fā)樓宇火災報警系統(tǒng)，并在原有的基礎(chǔ)上 做出 響應的改進與 創(chuàng)新， 其 主要 特點 表現(xiàn) 為 ： 選用 CAN 總線 讓 樓宇報警器在 通信 方面 更加 的 可靠 與穩(wěn)定。 本 論文的主要 內(nèi)容有 如下 ： （ 1） 第 1 章主要介紹本論文 的研究背景與意義，以及 樓宇 火災報警系統(tǒng) 的 必要性。 （ 2） 第 2 章 主要簡紹了 基于 CAN 總線的樓宇火災報警系統(tǒng) 的 主節(jié)點硬件 的原 理以及設(shè)計，并畫出主節(jié)點的設(shè)計電路 圖。 （ 4） 第 4章主要 簡紹了 基于 CAN總線的樓宇火災報警系統(tǒng) 的 全部 軟件 部分的 設(shè)計，描述 各 個 模塊 的 工作流程，結(jié)合 第 3 章的內(nèi)容設(shè)計出整體 電路 的 流程 圖 。 CAN 總線最初是由德國博世公司開發(fā)的，在 20 世紀 80 年 代初為解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制和數(shù)據(jù)交換之間的測試設(shè)備而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議 ，它是 的 通信介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜、光導纖維，通信速率高達 1Mbps 的 一種多主總線控制器 。 現(xiàn)在， CAN 總線通信被譽為自動化領(lǐng)域的計算機局域網(wǎng)。 CAN 總線的高性能和高可靠性也同時得到各業(yè)界的認 可，它被廣泛應用于工業(yè)自動化，船舶，醫(yī)療設(shè)備，工業(yè)設(shè)備等場所。 由于 CAN 為越來越多 地被 不同的領(lǐng)域采用和推廣，致使要求各種應用領(lǐng)域通信報文實現(xiàn)標準化。該技術(shù)規(guī)范包括 A 和 B 兩部分。此后， 1993 年 11 月 ISO 正式頒布了道路交通運載工具 、 數(shù)字信息交換 、 高速通信控制 器 三者之間的 CAN 控制的 國際標準 (IS011898)，為控制器局部網(wǎng)標準化、規(guī)范化推廣 與發(fā)張奠定了基礎(chǔ) 。當總線空閑時，任何連接的單元均可開始發(fā)送一個新報文。報文傳送有４種不同類型的幀來表示跟控制，它們分別為 數(shù)據(jù)幀、遠程幀、出錯幀和超載幀。依據(jù)其報文標識符與 RTR 位來確定。 （ 5） 技術(shù)規(guī)范 ： CAN 技術(shù)規(guī)范（ ）包括 和 。 （ 6） 遠程數(shù)據(jù)請求 ： 通過發(fā)送一個遠程幀，需要數(shù)據(jù)的節(jié)點可以請求另一個節(jié)點發(fā)送一個相應的數(shù)據(jù)幀，該數(shù)據(jù)幀和對應的遠程幀 以相同的標識符命名。其中顯性表示邏輯“ 0”，而隱性表示邏輯“ 1”。 本論文采用的 CAN 通信 主要由 微控制芯片 AT89C5 CAN 控制器 SJAl0 CAN總線驅(qū)動器 82C200、光電耦合器 6N17 組成。 CAN 電源采用高性能的 AC/DC 變換器，能起到穩(wěn)定電壓和隔離防干擾的作用。 本文主節(jié)點的 CAN 通信結(jié)構(gòu)框圖及其 流程圖 如 下 圖 所示。 下面我們來詳細介紹主節(jié)點的用到的每一個芯片的用法。單片機復位電路目前主要有以下 兩種方法 ： （ 1） 正常的工作模式下， RST 腳與地電位相等為低電平，所以復位起不了作用。這一種復位方式的原理圖可用下圖 所示。 綜合上述的兩 種設(shè)計方案，其中方案 2 的可靠性及穩(wěn)定性比較高，大多數(shù)用在 ARM等復雜跟要求比較高的設(shè)計電路中，相對而言其成本也比較的高，而本論文對復位電路的要求并不是非常的嚴格，所以將第 2 種法案舍棄而選用較為簡單、低廉的方案 1。 ISP(InSystem Programming)是指電路板上的空白器件可以編程寫入最終用戶代碼，而不需要從電路板上取下器件。 主節(jié)點所用的微控制器的最小 系統(tǒng)電路圖如下圖 所示。 10pF 的電容。 圖 微控制器最小系統(tǒng) 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 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。 接紅外輻射的檢測口 ，用來檢測現(xiàn)場的是否有煙霧跟火源產(chǎn)生的強紅外線 。 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(xiàn)場活動的居民 。 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。 CAN 總控制器 本系統(tǒng) CAN 總線收發(fā)器采用 PHILIPS 公 司生產(chǎn)的 TJA1040 芯片。 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。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 。 主控制器收發(fā)器接口管理邏輯發(fā)送緩沖接收F I F O驗收濾波C A N核心模塊S J A 1 0 4 0C A N 總線 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(nèi)部振蕩器及復位電路 、 錯誤管理邏輯 EML等 組成 。 IML 在 其 CPU 的控制 下 ，將數(shù)據(jù)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(jīng) CAN 總線處理 的數(shù)據(jù)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(zhuǎn)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。 RXFIFO 中高達64 字節(jié)的數(shù)據(jù)可以被緩存，數(shù)據(jù)可以被 CPU讀取，調(diào)制器的錯誤管制可被 EML 調(diào)制，并接收 BSP 錯誤報告，促使 BSP 和 IML 錯誤統(tǒng)計。 由于 在其中CAN 總線 采用了許多新 的技術(shù)及獨特 設(shè)計， 讓它與 一般的通信總線 作比較 ，它的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。網(wǎng)絡(luò)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。 （ 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(shù)據(jù)。通信速率最高可達 1MB/s（此時距離最長 40m）。 節(jié)點在錯誤嚴重的情況下，具有自動關(guān)閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上的其他操作不受影響。 TJA1040 的參考數(shù) 據(jù) TJA1040芯片的一些參考數(shù)據(jù)如表 ： 表 參考數(shù)據(jù) 助記符 參數(shù) 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 [3]周鳳余 ,李貽斌 ,李彩虹 ,尹燕芳 ,肖海榮 .CAN 總線及其在噴漿機器人中的應用 [J].測控技術(shù)， 2020年 03 期 . [4]鄔寬明 .CAN總線原理和應用系統(tǒng)設(shè)計 [M].北京：北京航空航天大學 出版社 .1996. 湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 TJA1040 的功能描述 [5] 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。 (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。 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)