【正文】 ....... 37 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第一章 緒論 隨著我們社會的不斷發(fā)展，人們的生活、工作以及我們居住的環(huán)境愈來愈相對的集中，火災(zāi)發(fā)生的可能性也變得日益突出，火災(zāi)給人們所造成的損失和危害也越來越不可忽視，對廣大人民群眾的生命財產(chǎn)安全造成了很大的威脅。 2021 年，我國公安部消防局公布了當(dāng)年的全國火災(zāi)情況，全國共接到報火災(zāi)一共 125402 起，死亡人數(shù)一共 1106 人，受傷人數(shù)有 572 人，直接造成的財產(chǎn)經(jīng)濟損失有 億元。 統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，全國較大火災(zāi)共接報 76 起，死亡 281 人，受傷 54 人，直接財產(chǎn)損失 萬元，與 2021 年相比，死亡人數(shù)增加 %。全國農(nóng)村一共發(fā)生了火災(zāi) 38469 起，死亡 349 人，受傷 154 人，造成直接財產(chǎn)損失有 萬元。所以現(xiàn)在各國更加注重，更加智能、高效、可靠的型、 火災(zāi)報警控制系統(tǒng)的開發(fā)。 隨著我國科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展和經(jīng)濟的快速增長 , 市場上迫切需要一種容量更大、性能更加優(yōu)越、可靠性更高，更加便于安裝、使用以及維修的更加智能高效的火災(zāi)報警系統(tǒng)。 第二階段從 20 世紀(jì)五十年代至七十年代，這期間感煙探測器得到了大力發(fā)展，感溫火災(zāi)探測器處于次要地位。從八十年代開始至今，總線型火災(zāi)自動報警系統(tǒng)蓬勃興起，它同以前的產(chǎn)品相比有了很大的飛躍。每年政府都要撥出很大一筆專項資金，主要應(yīng)用于消防設(shè)備的更新、人員方面的培訓(xùn)以及消防設(shè)施的定期維護和升級。除此之外，他們還對火災(zāi)自動報警設(shè)備進行實時的監(jiān)控，還有故障的遠距離傳輸 [2]。這些國家已經(jīng)將他們的自動火災(zāi)報警作為了公共報警的手段成功地嵌入了監(jiān)控系統(tǒng)，并且有效的運行了很多年。 除此之外，這些國家在火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的管理方面已經(jīng)相當(dāng)?shù)囊?guī)范，而且還專門成立了監(jiān)控服務(wù)機構(gòu)，該機構(gòu)的主要責(zé)任就是保證火災(zāi)報警數(shù)據(jù)進行通暢的通信，對用戶全面負責(zé)，為用戶進行服務(wù)。這種管理模式已經(jīng)取得了很好的效果。進入上世紀(jì)八十年代以來，國內(nèi)主要的生產(chǎn)廠家也大都是對國外產(chǎn)品進行模仿，或者是引進國外先進江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 的技術(shù)進行生產(chǎn)，而且我們并沒有什么核心技術(shù)，與此同時中國的市場也剛剛萌芽。隨著改革開放的春風(fēng)吹遍祖國大地，國外越來越多的企業(yè)開始大規(guī)模的進軍我國的消防市場，這些企業(yè)帶來先進技術(shù)，與此同時也大大促進了中國市場走向成熟。 本文的研究意義 本文研究是基于 CAN 總線的火災(zāi)報警系統(tǒng)，現(xiàn)在我們傳統(tǒng)的火災(zāi)報警系統(tǒng)大都采用 RS485 總線。而為了能夠得到更加可靠、穩(wěn)定的通信，本文所研究的系統(tǒng)選用 CAN 總線。從而大大降低了因為系統(tǒng)執(zhí)行裝置運作不及時而造成的損失。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 第二章 災(zāi)報警系統(tǒng)的總體設(shè)計 設(shè)計內(nèi)容 隨著人們防火意識的增強， 火災(zāi)探測報警技術(shù)越來越受到人們的重視。 系統(tǒng) 設(shè)計要求 本系統(tǒng)設(shè)計要求，選擇合適的溫度及煙霧傳感器進行相關(guān)信息的采集，主節(jié)點和從節(jié)點之間通過 CAN 總線進行通信；系統(tǒng)可以對數(shù)據(jù)進行處理、顯示、存儲等功能，并且根據(jù)測量值可驅(qū)動滅火裝置。主節(jié)點主要包括以下功能模塊： ① LCD 顯示屏：顯示從節(jié)點反饋的相關(guān)信息。 ③報警電路：當(dāng)探測到的現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)超過系統(tǒng)的閾值時觸發(fā)報警電路。從節(jié)點主要包括以下功能模塊： ①溫度傳感器 ：采集從節(jié)點現(xiàn)場環(huán)境的溫度信號。 ③執(zhí)行裝置：當(dāng)環(huán)境可燃氣體濃度和煙霧濃度、溫度升高或超過閾值時，主節(jié)點發(fā)出報警的同時，執(zhí)行裝置受到從節(jié)點的控制而帶動電機，進行滅火的模擬驅(qū)動。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 （ 4）根據(jù)各模塊需要完成的功能以及實現(xiàn)的需要，設(shè)計系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖如下圖所示： 主節(jié)點 圖 21 系統(tǒng)整體設(shè)計框圖 從節(jié)點 1 從節(jié)點 2 。 從節(jié)點 N CAN 總線 如上圖所示，系統(tǒng)整體設(shè)計框圖是由三大主體部分組成的，分別是：第一部分：主節(jié)點部分；第二部分： CAN 總線部分；第三部分：從節(jié)點部分。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 主節(jié)點以及從節(jié)點功能框圖如下： 如上圖所示，主節(jié)點是由單 片機， LCD1602 顯示器，時鐘電路，報警電路，以及CAN 通信電路組成的。 如上圖所示，從節(jié)點是由單片機， CAN 通信電路，滅火裝置電路， 可燃氣體及煙霧 MCU LCD1602 顯示屏 時鐘電路 報警電路 CAN 通信電路 MCU 滅火裝置電路 CAN 通信電路 可燃氣體及煙霧傳感器電路 溫度傳感器電路 從節(jié)點功能框圖 圖 23 從節(jié)點功能框圖 圖 22 主 節(jié)點功能框圖 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 傳感器電路，溫度傳感器電路等五大部分組成的。 綜上可知，當(dāng)從節(jié)點反饋的現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)超過系統(tǒng)設(shè)定的閾值的時候，觸發(fā)報警電路，并且這個從節(jié)點控制滅火裝置的執(zhí)行，開始工作即電機帶動進行滅火模擬。各從節(jié)點控制它上面的傳感器和執(zhí)行裝置。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 第三章 火災(zāi)報警系統(tǒng)的硬件設(shè)計 本章任務(wù)是對火災(zāi)報警系統(tǒng)的硬件進行設(shè)計，主要闡述了主節(jié)點和從節(jié)點的硬件設(shè)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。 主節(jié)點和從節(jié)點，都用 80C51 單片機作為微處理器。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]。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(yīng)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(lǐng)域。 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(shè)計 為了方便人們可隨時查詢火災(zāi)事故發(fā)生的時間，本系統(tǒng)設(shè)計了時鐘電路主要用以記錄相關(guān)時間信息。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(zhǔn)確的時間，來滿足系統(tǒng)對時間各種各樣的要求。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 本 系統(tǒng)主節(jié)點采用的是 DS1302 時鐘芯片。 DS1302 工作時，將復(fù)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。 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(shè)計 CAN 通信協(xié)議主要是通過 CAN 控制器完成的。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。各模塊具體的硬件電路設(shè)計如下一一作出詳細的闡述。 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。 0． 5℃。 （ 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(yīng)的器件。 （ 6）報警搜索命令可識別和尋址哪個器件的溫度超出預(yù)定值。 （ 8） DSl8B20 的分辨率可由用戶通過 E2PROM 設(shè)置為 9～ 12 位 [11]。 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)字量的對應(yīng)關(guān)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。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)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(shè)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(yīng)恢復(fù)反應(yīng)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。 MQ2 可燃氣體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（論文） 14 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（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(dāng)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(shè)定的閥值的時候，系統(tǒng)就會報警，對滅火裝置進行驅(qū)動。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。 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(shè)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。 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(xué)本科畢業(yè)設(shè)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。目前很多領(lǐng)域，比如說傳真機、數(shù)控機床、打字機等設(shè) 備中都大量使用了步進電機 [16]。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。 L298N 芯片驅(qū)動部分峰值電流 2021 毫安，完全符合設(shè)計的要求。 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(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 第四章 火災(zāi)報警系統(tǒng)的軟件設(shè)計 本章工作主要圍繞基于 CAN 總線火災(zāi)報警系統(tǒng)軟件的設(shè)計展開。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(shè)計，進一步完善設(shè)計節(jié)點上各功能模塊以及 CAN 通信的軟件程序。整體實現(xiàn)從節(jié)點對現(xiàn)場相關(guān)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。從節(jié)點將采集到的現(xiàn)場環(huán)境相關(guān)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(zāi)。 主節(jié)點軟件設(shè)計 設(shè)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(guān)信息 發(fā)生異常 顯示并保存相關(guān)信息 否 是 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 圖 41 主節(jié)點整體軟件流程圖 當(dāng)從節(jié)點將采集到的現(xiàn)場環(huán)境的相關(guān)信息數(shù)據(jù)通過 CAN 實現(xiàn)通信傳輸給主節(jié)點的售后，此時