【正文】 ......23 信號接收模塊 ....................................................24湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）IV 主節(jié)點巡檢從節(jié)點 ................................................24 從節(jié)點軟件設(shè)計 .....................................................25 本章小結(jié) ...........................................................26參考文獻 ................................................................27致 謝 .................................................................28附 錄 .................................................................29湖南工業(yè)大學(xué)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(zāi)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(zāi)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(zāi)的規(guī)律，盡可能地盡最大可能減少火災(zāi)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(zāi)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?！邦A(yù)防火災(zāi)和減少火災(zāi)危害”是一個總結(jié)性防治火災(zāi)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(zāi)的發(fā)生；二是一旦發(fā)生火災(zāi)，應(yīng)及時和有效地進行撲救，減少火災(zāi)損失。常言道：“水火無情”，“賊偷半全光火”是火災(zāi)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(zāi)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(yīng)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(yīng)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(zāi)自動報警消防功能。基于CAN總線的樓宇火災(zāi)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[1] [D].武漢：武漢大學(xué)，2022.湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）2化建設(shè)的發(fā)展，火災(zāi)危害性的宣傳增強了人們的消防意識，所以自動火災(zāi)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(zāi)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(zé)火災(zāi)探測和報警，只完成消防任務(wù)的小型工程。應(yīng)考慮使用集中報警系統(tǒng)的形式。集中報警系統(tǒng)應(yīng)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(yīng)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(yīng)至少設(shè)立一個集中火災(zāi)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(zāi)報警控制器火災(zāi)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(zāi)探測器等火災(zāi)報警控制器連接。此外，根據(jù)火災(zāi)報警控制器，以不同的方式實現(xiàn)火災(zāi)模式識別，火災(zāi)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。湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）3 本系統(tǒng)的需求分析及總體方案設(shè)計當(dāng)樓宇遇到火災(zāi)時，火災(zāi)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(zāi)的物體燃燒溫度通常高達900～1400℃。在正常情況下，當(dāng)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(zāi)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(zāi)，同時為了更進一步的完善以前樓宇火災(zāi)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(zāi)的初期能夠快速完美的做出判斷，并做出相應(yīng)的動作：如發(fā)生火災(zāi)就啟動聲光報警器報警，若無火災(zāi)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(zāi)，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(zāi)，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。當(dāng)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。一般的來說，在現(xiàn)代樓宇火災(zāi)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(dāng)火災(zāi)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(zāi)報警系統(tǒng)，并在原有的基礎(chǔ)上做出響應(yīng)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(zāi)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(zāi)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(zāi)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(jì) 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(dǎo)纖維，通信速率高達 1Mbps 的一種多主總線控制器?，F(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(yīng)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(yīng)用領(lǐng)域通信報文實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)(IS011898)，為控制器局部網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化推廣與發(fā)張奠定了基礎(chǔ)。當(dāng)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(biāo)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(yīng)的數(shù)據(jù)幀，該數(shù)據(jù)幀和對應(yīng)的遠程幀以相同的標(biāo)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 AT89C5CAN 控制器SJAl0CAN 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(fù)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(fù)位起不了作用。這一種復(fù)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(fù)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(fù)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。湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）9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。119 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(biāo)準(zhǔn)，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FIFO 驗 收濾 波CAN核 心模 塊SJA1040CAN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(fù)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)： 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 VVCC 引腳Vcc的電源電壓 VVI/O 引腳VI/O的電源電壓 VIBAT 引腳VBAT電源電流 VBAT = 12V 10 30 μAVCANH 引腳CANH 的直流電壓 0 VCC 無時間限制 27 +40 VVCANL 引腳CANL的直流電壓 0 VCC 無時間限制 27 +40 VVSPLIT 引腳SPLIT的直流電壓 0 VCC 無時間限制 27 +40 VTvj 實際連接點溫度 40 +150 ℃[3]周鳳余,李貽斌,李彩虹,尹燕芳, 總線及其在噴漿機器人中的應(yīng)用[J].測控技術(shù)，2022 年 03 期.[4][M].北京：.湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）11Vesd 所有引腳的靜電放電電壓 人體模型HBM 4 +4 kVTPD TXD到RXD的傳播延遲 VSTB=0V —— 255 ns TJA1040 的功能描述 [5]TJA1040 除了處理 ISO 11898 標(biāo)準(zhǔn)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)時間超過內(nèi)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)。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。(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(xiàn)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)。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。并且它與 ISOll898 的標(biāo)準(zhǔn)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。該芯片的獨立操作系統(tǒng)就如同是 RAM 一樣的片內(nèi)寄存器修正而實現(xiàn)的。PCA82C200 的地址區(qū)包含信息緩沖區(qū)控制段控制段。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。TXDRsRX