火災報警器畢業(yè)論文.

1、摘 要火災自動報警系統(tǒng)是樓宇自動化的一個構(gòu)成系統(tǒng)，其設(shè)置目的是為了防止和減少火災危害，保護人身和財產(chǎn)安全。目前國內(nèi)外先進的通用火災報警控制器均是集報警和消防聯(lián)動控制于一體的智能火災報警系統(tǒng)，可以將探測器件收集的煙、溫、光等信號以模擬量形式，連同外界相關(guān)的環(huán)境參數(shù)一起傳送給報警器，報警器再根據(jù)獲取的數(shù)據(jù)及內(nèi)部存儲的大量數(shù)據(jù)，利用火災模型判斷火災是否存在，以及啟動相關(guān)消防聯(lián)動設(shè)備，這種智能化的系統(tǒng)在提高火災判斷、控制能力的同時，對總線傳輸也提出了更高的要求。本文主要研究基于CAN總線的火災報警系統(tǒng)的設(shè)計方案和實現(xiàn)方法。本論文分為五部分介紹。第一部分是緒論，介紹了國內(nèi)外火災報警系統(tǒng)發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀、

2、趨勢以及火災報警系統(tǒng)的分類，簡要說明了研制火災報警系統(tǒng)的意義。第二部分介紹了CAN總線在本系統(tǒng)中的應(yīng)用及CAN總線的發(fā)展前景。第三部分是火災報警系統(tǒng)硬件組成及原理，分別介紹控制器C8051單片機的應(yīng)用、傳感器及其信號調(diào)理電路、聲光報警控制電路、步進電機驅(qū)動控制電路以及電源電路。第四部分是火災自報警系統(tǒng)軟件設(shè)計部分，系統(tǒng)軟件部分即單片機上運行的程序。通過Keil C51完成，整個程序由主程序、數(shù)據(jù)采集輸入子程序、電機轉(zhuǎn)動子程序、判斷火災子程序。第五部分是總結(jié)及展望。關(guān)鍵詞 火災報警系統(tǒng) 單片機 紅外火焰探測器AbstractThe fire alarm system is a building

3、automation component system. That the person interposes purpose is to endanger, protect person and property safety for guarding against and cutting down a conflagration. Home and abroad is at present advanced the conflagration warning controller being applied or used universally is to incorporate th

4、e intelligence autoalarm system that the gear giving an alarm and fighting fire controls in an integral whole equally, can with probe signals such as cigarette, the temperature, brightness collecting piece to simulate amounts forms, starts and relevance fire control gear equipment, this has also bro

5、ught forward higher call for to general line transmission while intellectualized system improving the conflagration judgement, the control ability. The main body of a book is studied mainly owing to CAN highway conflagration warning system design plan and realization method. The these is introduces

6、capital mark for five parts. Part I is an introduction, classification having introduced history, current situation, trend and conflagration alarm that conflagration alarm system develops at home and abroad systematically. Part II brief process having explained developing developing systematic signi

7、ficance of conflagration autoalarm and the hardware part. Part III is conflagration warning system hardware made up of and principle, circuit, step-by-step electric motornursing circuit, introducing controller C8051monolithic machine application,sensor and their signal respectively drive the control

8、 circuit and the power circuit. Part IV is that the conflagration designs a part from the system software giving an alarm, the system software part is that the the working dyadic implantation program. The former is completed by Keil C51, entire program by the host procedure, the data collect, electr

9、ic motor some functional element programs such as turning a functional element program, judging the conflagration functional element program, the treatment cutting out an engine voluntarily composes. Part V is that the summary looks into the distance. Key Words Fire alarm system MCU Infrared flame d

10、etector目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc232298399 摘 要 PAGEREF _Toc232298399 h I HYPERLINK l _Toc232298400 Abstract PAGEREF _Toc232298400 h II HYPERLINK l _Toc232298401 第1章 緒論 PAGEREF _Toc232298401 h 1 HYPERLINK l _Toc232298402 1.1 課題的研究背景及意義 PAGEREF _Toc232298402 h 1 HYPERLINK l _Toc232298403 1.2

11、 火災報警系統(tǒng)的種類 PAGEREF _Toc232298403 h 2 HYPERLINK l _Toc232298404 1.3 火災報警系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc232298404 h 4 HYPERLINK l _Toc232298405 1.4 本文主要工作內(nèi)容及安排 PAGEREF _Toc232298405 h 6 HYPERLINK l _Toc232298406 第2章 CAN總線設(shè)計 PAGEREF _Toc232298406 h 7 HYPERLINK l _Toc232298407 2.1 現(xiàn)場總線 PAGEREF _Toc232298407 h 7

12、 HYPERLINK l _Toc232298408 2.2 CAN總線 PAGEREF _Toc232298408 h 8 HYPERLINK l _Toc232298409 2.2.1 CAN總線的產(chǎn)生與發(fā)展 PAGEREF _Toc232298409 h 8 HYPERLINK l _Toc232298410 2.2.2 CAN總線的特點 PAGEREF _Toc232298410 h 8 HYPERLINK l _Toc232298411 2.2.3 CAN總線協(xié)議 PAGEREF _Toc232298411 h 9 HYPERLINK l _Toc232298412 2.3 CAN總

13、線和RS-485總線的比較 PAGEREF _Toc232298412 h 9 HYPERLINK l _Toc232298413 第3章 火災報警系統(tǒng)硬件組成及原理 PAGEREF _Toc232298413 h 11 HYPERLINK l _Toc232298414 3.1 系統(tǒng)總體框圖 PAGEREF _Toc232298414 h 11 HYPERLINK l _Toc232298415 3.1.1 報警系統(tǒng)總體設(shè)計框圖 PAGEREF _Toc232298415 h 11 HYPERLINK l _Toc232298416 3.1.2 報警器硬件框圖 PAGEREF _Toc232

14、298416 h 11 HYPERLINK l _Toc232298417 3.2 火災探測器設(shè)計 PAGEREF _Toc232298417 h 12 HYPERLINK l _Toc232298418 3.2.1 探測器種類 PAGEREF _Toc232298418 h 12 HYPERLINK l _Toc232298419 3.2.2 系統(tǒng)探測器 PAGEREF _Toc232298419 h 15 HYPERLINK l _Toc232298420 3.3 C8051F060單片機 PAGEREF _Toc232298420 h 17 HYPERLINK l _Toc2322984

15、21 3.4 電機驅(qū)動模塊 PAGEREF _Toc232298421 h 19 HYPERLINK l _Toc232298422 單片機輸出控制信號隔離電路 PAGEREF _Toc232298422 h 20 HYPERLINK l _Toc232298423 電機驅(qū)動電路模塊 PAGEREF _Toc232298423 h 21 HYPERLINK l _Toc232298424 系統(tǒng)電源 PAGEREF _Toc232298424 h 22 HYPERLINK l _Toc232298425 系統(tǒng)火災報警模塊 PAGEREF _Toc232298425 h 24 HYPERLINK

16、l _Toc232298426 單片機報警接口電路 PAGEREF _Toc232298426 h 25 HYPERLINK l _Toc232298427 單片機與繼電器接口電路 PAGEREF _Toc232298427 h 25 HYPERLINK l _Toc232298428 3.7 CAN總線通信模塊 PAGEREF _Toc232298428 h 26 HYPERLINK l _Toc232298429 第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc232298429 h 28 HYPERLINK l _Toc232298430 4. 1 在單片機上運行的程序 PAGEREF _

17、Toc232298430 h 28 HYPERLINK l _Toc232298431 4.1.1 軟件開發(fā)平臺 PAGEREF _Toc232298431 h 28 HYPERLINK l _Toc232298432 4.1.2 程序設(shè)計 PAGEREF _Toc232298432 h 29 HYPERLINK l _Toc232298433 4.1.3 上位機通訊連接 PAGEREF _Toc232298433 h 34 HYPERLINK l _Toc232298434 第5章 總結(jié)及展望 PAGEREF _Toc232298434 h 36 HYPERLINK l _Toc232298

18、435 總結(jié) PAGEREF _Toc232298435 h 36 HYPERLINK l _Toc232298436 展望 PAGEREF _Toc232298436 h 36 HYPERLINK l _Toc232298437 結(jié)論 PAGEREF _Toc232298437 h 37 HYPERLINK l _Toc232298438 致謝 PAGEREF _Toc232298438 h 38 HYPERLINK l _Toc232298439 參考文獻 PAGEREF _Toc232298439 h 39 HYPERLINK l _Toc232298440 附錄1 PAGEREF _T

19、oc232298440 h 41 HYPERLINK l _Toc232298441 附錄2 PAGEREF _Toc232298441 h 47 HYPERLINK l _Toc232298442 附錄3 PAGEREF _Toc232298442 h 54第1章 緒論 課題的研究背景及意義 隨著人類社會的發(fā)展，人們居住、生活、工作的地方越來越集中，火災的隱患也越來越大，火災越來越嚴重的影響著人民的生命財產(chǎn)安全。世界各國都致力于各種火災探測方法的研究和實驗，對火災的及時發(fā)現(xiàn)與報警，成為人們普遍關(guān)心的問題。并且火災也成為國內(nèi)外普遍關(guān)注的災難性問題。它是發(fā)生頻率較高的一種災害，在任何時間、任何地

20、區(qū)都可能發(fā)生.隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，建筑物、構(gòu)筑物應(yīng)用材料的多樣性，各類工業(yè)和科學技術(shù)的發(fā)展，易燃材料增多，加之人們生活環(huán)境和生活方式的變革，火災的危險性日益增加，火災次數(shù)、火災造成的人員傷亡和經(jīng)濟損失逐漸增多。尤其是近幾年來，高層建筑人量增加，一旦發(fā)生火災，滅火的難度更大在現(xiàn)代智能建筑中，火災報警系統(tǒng)屬于智能建筑系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)。火災自動報警系統(tǒng)起著極其重要的安全保障作用，在完全脫離其他系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)的情況下能獨立正常運行和操作，完成自身所具有的防災和滅火的功能。在工業(yè)和民用建筑、賓館、圖書館、科研和商業(yè)部門，火災自動報警系統(tǒng)已成為必需的裝置1?；馂淖詣犹綔y報警技術(shù)是將傳感技術(shù)、通信技術(shù)和智能化信

21、息處理應(yīng)用于火災預防的一項綜合性技術(shù)，具有速度快、精度高、實時性好等突出優(yōu)點2。在這方面，傳統(tǒng)的單片機技術(shù)在火災的探測、報警、控制中發(fā)揮了重要作用。為了能夠?qū)崟r快速的處理大量數(shù)據(jù)，探測器和控制器之間應(yīng)該有更快速完善的、低誤碼率的通信協(xié)議，在受控設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)所處的特殊的環(huán)境下，對信號的多方面的干擾都應(yīng)有所考慮。因此，將現(xiàn)場總線技術(shù)應(yīng)用于火災報警控制是必然的發(fā)展趨勢3?；馂淖詣犹綔y報警技術(shù)這些年發(fā)展很快，技術(shù)上的更新變化也非常明顯?？傮w來看，主要的發(fā)展變化是：數(shù)字技術(shù)和新工藝、新材料的應(yīng)用，改進了系統(tǒng)能力和減少維護要求，向著高可靠、低誤報和網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展。我國對此技術(shù)的研究與應(yīng)用起步較晚，但

22、發(fā)展迅速。隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展、人們消防意識的增強、消防法宣傳的不斷深入，對火災自動探測報警技術(shù)的研究必將成為熱點與方向4。1.2 火災報警系統(tǒng)的種類火災報警系統(tǒng)是由觸發(fā)器件、火災報警裝置以及具有其它輔助功能的裝置組成的火災報警系統(tǒng)。它能夠在火災初期，將燃燒產(chǎn)生的煙霧、熱量和光輻射等物理量，通過感溫、感煙和感光等火災探測器變成電信號，傳輸?shù)交馂膱缶刂破?，并同時顯示出火災發(fā)生的部位，記錄火災發(fā)生的時間。一般火災自動報警系統(tǒng)和自動噴水滅火系統(tǒng)、室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)、通風系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、防火門、防火卷簾、等相關(guān)設(shè)備聯(lián)動，自動或手動發(fā)出指令，啟動相應(yīng)的防火滅火裝置。 觸發(fā)器件：指在火災報警

23、系統(tǒng)中，自動或手動產(chǎn)生火災報警信號的器件稱為觸發(fā)器件，主要包括火災探測器和手動報警按鈕。火災探測器是能對火災參數(shù)（如煙、溫、光、火焰輻射、氣體濃度等）響應(yīng)，并自動產(chǎn)生火災報警信號的器件，按照響應(yīng)火災參數(shù)的不同，火災探測器分成感溫火災探測器、感煙火災探測器、感光火災探測器、可燃氣體探測器和復合火災探測器五種基本類型。不同類型的火災探測器適用于不同類型的火災和不同的場所。手動火災報警按鈕是手動方式產(chǎn)生火災報警信號、啟動火災自動報警系統(tǒng)的器件，也是火災自動報警系統(tǒng)中不可缺少的組成部分之一。 火災報警裝置控制器：用以接收、顯示和傳遞火災報警信號，并能發(fā)出控制信號和具有其它輔助功能的控制指示設(shè)備稱為火災

24、報警裝置。火災報警控制器就是其中最基本的一種。火災報警控制器擔負著為火災探測器提供穩(wěn)定的工作電源：監(jiān)視探測器及系統(tǒng)自身的工作狀態(tài)；接受、轉(zhuǎn)換、處理火災探測器輸出的報警信號；進行聲光報警；指示報警的具體部位及時間；同時執(zhí)行相應(yīng)輔助控制等任務(wù)，是火災報警系統(tǒng)中的核心組成部分。 火災警報裝置：用以發(fā)出區(qū)別于環(huán)境聲、光的火災警報信號的裝置稱為火災警報裝置，火災警報器是一種最基本的火災警報裝置，通常與火災報警控制器組合在一起，它以聲、光方式向報警區(qū)域發(fā)出火災警報信號，以警示人們采取安全疏散、滅火救災措施。警鈴是一種火災警報裝置，用于將火災報警信號進行聲音中繼的一種電氣設(shè)備，警鈴大部分安裝于建筑物的公共空

25、間部分，如走廊、大廳等。 消防控制設(shè)備：當接收到來自觸發(fā)器件的火災報警信號后，能自動或手動啟動相關(guān)消防設(shè)備并顯示其狀態(tài)的設(shè)備，稱為消防控制設(shè)備。主要包括火災報警控制器，自動滅火系統(tǒng)的控制裝置，室內(nèi)消火栓系統(tǒng)的控制裝置，防煙排煙系統(tǒng)及空調(diào)通風系統(tǒng)的控制裝置，常開防火門、防火卷簾的控制裝置，以及火災應(yīng)急廣播、火災警報裝置、消防通信設(shè)備、火災應(yīng)急照明與疏散指示標志的控制裝置等十類控制裝置中的部分或全部。消防控制設(shè)備一般設(shè)置在消防控制中心，以便于實行集中統(tǒng)一控制，也有的消防控制設(shè)備設(shè)置在被控消防設(shè)備所在現(xiàn)場（如消防電梯控制按鈕），但其動作信號則必須返回消防控制室，實行集中與分散相結(jié)合的控制方式。 電源

26、：火災報警系統(tǒng)屬于消防用電設(shè)備，其主電源應(yīng)當采用消防電源，備用電源采用蓄電池。系統(tǒng)電源除為火災報警控制器供電外，還為與系統(tǒng)相關(guān)的消防控制設(shè)備等供電5。 目前在工程應(yīng)用中火災自動報警系統(tǒng)主要有控制中心報警系統(tǒng)、區(qū)域報警系統(tǒng)和集中報警系統(tǒng)三種基本形式6。1、控制中心報警系統(tǒng)。它是由火災探測器手動火災報警按鈕、區(qū)域火災報警控制器、集中火災報警控制器以及消防控制設(shè)備等組成。一般情況下，在控制中心報警系統(tǒng)中，集中火災報警控制器是設(shè)在消防控制設(shè)備內(nèi)，組成消防控制裝置。2、區(qū)域報警系統(tǒng)。它是由火災探測器或手動火災報警按鈕以及區(qū)域火災報警控制器組成，適用于較小范圍的保護。 3、集中報警系統(tǒng)。它是由火災探測器或

27、手動火災報警按鈕以及區(qū)域火災報警控制器和集中火災報警控制器等組成。它適用于較大范圍內(nèi)多個區(qū)域的保護。該系統(tǒng)的容量越大，所要求輸出的控制程序越復雜，消防設(shè)施控制功能越全，發(fā)展到一定程度便構(gòu)成為消防控制中心系統(tǒng)。 在具體工程中采用何種報警系統(tǒng)，可根據(jù)工程建設(shè)規(guī)模、保護工程的性質(zhì)、火災報警區(qū)域的劃分和消防管理機構(gòu)的組織形式等因素綜合考慮后確定。 隨著科學技術(shù)的發(fā)展，火災報警系統(tǒng)的組成和功能，也不是一成不變的，只有單一功能的火災報警控制器、防盜報警器和節(jié)能控制器等，將不再由行業(yè)、使用場所人為地區(qū)分成不同的系列、不同的產(chǎn)品，而是按照技術(shù)上、使用上的內(nèi)在聯(lián)系和差異來劃分。尤其是隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，將

28、綜合成一個整體，即成為報警控制系統(tǒng)（器），報警后都能按需要輸出一定程序的控制機能，啟動相應(yīng)的設(shè)施。1.3 火災報警系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 火災報警控制系統(tǒng)的研究在國外起步較早，我國是在20世紀八十年代中期才有個別企業(yè)開始這方面的研究開發(fā)。隨著越來越多的產(chǎn)品進入市場，國家也制定了相應(yīng)的檢驗標準。這類產(chǎn)品國外主要企業(yè)有日本的日探、報知機、和能美等，法國的FARE，瑞士西門子樓宇自控公司，美國的Honeywell、SimPlex，西門子西伯樂斯的消防系統(tǒng)等。火災報警系統(tǒng)從發(fā)展過程來看，在國外大體可分為3個階段7：第一階段是用一些簡單的分立元件構(gòu)成的火災報警系統(tǒng)，從19世紀四十年代一直延續(xù)到20世紀四十

29、年代，這期間感溫探測器占主導地位。早在1847年美國牙科醫(yī)生Charming和緬因大學教授Farmer研究出世界上第一臺用于城鎮(zhèn)火災報警的發(fā)送裝置，1852年成功安裝在波士頓。1890年英國科學家研制成功感溫式火災探測器，開創(chuàng)了火災自動探測報警技術(shù)的新紀元。但由于感溫式火災探測器靈敏度比較低，探測火災的速度也比較慢，尤其對陰燃火災往往不響應(yīng)。因此它一直無法較好的實現(xiàn)火災早期報警的要求。第二階段從20世紀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，感溫火災探測器處于次要地位。報警裝置為開關(guān)量多線型報警系統(tǒng)。每個探測器除需提供兩根電源線外，還需提供一根報警信號線。探測器電源由報警器提供，探

30、測器的信號線均連接到報警顯示盤上。報警時點亮相應(yīng)的指示燈。此類系統(tǒng)的功能一般以報警為主，輔以一些簡單的聯(lián)動功能(也為多線型)，如驅(qū)動警鈴等。其探測器采用設(shè)置了固定閥值的開關(guān)量探測器?？刂破饔蛇壿嫾呻娐?、可控硅、繼電器和分立器件構(gòu)成。探測器與控制器之間采用多線型聯(lián)接。當探測器所探測到的信息變化到達設(shè)定的閾值后，開關(guān)電路接通，發(fā)出報警信號。信號經(jīng)導線傳遞給控制器，控制器接收到信號后便發(fā)出報警。這種報警系統(tǒng)存在著明顯的弊病。首先，探測器與控制器之間的連線繁多，布線工作量較大，使線路出現(xiàn)故障的可能性增大，并且安裝和維護十分困難。其次，控制器對信號的處理是靠硬件電路適當連接實現(xiàn)的，故電路復雜，可靠性差

31、，導致誤報率較高。第三階段為總線型火災報警系統(tǒng)。從八十年代開始至今，總線型火災報警系統(tǒng)蓬勃興起，它同以前的產(chǎn)品相比有了很大的飛躍。布線工作顯著減少，安裝調(diào)試變得容易，降低了安裝和維修費用，其最大優(yōu)點是施工簡單并能精確確定報警部位，因而得到了較普遍的應(yīng)用。此時已經(jīng)采用微處理器控制，各模塊通過總線與控制器實現(xiàn)信號傳送。此類系統(tǒng)可通過各種模塊對各聯(lián)動設(shè)備實行較復雜的控制，具有系統(tǒng)自檢以及對外圍器件的故障檢驗等功能。目前國內(nèi)生產(chǎn)的火災自動報警系統(tǒng)大多數(shù)為此類產(chǎn)品。由于此類產(chǎn)品具有先進的報警和控制功能，施工、安裝較為方便，且成本較低，已被大量使用8。國內(nèi)外幾款較好的火災探測器：產(chǎn)品名稱： HYPERLI

32、NK :/ ehsy /product/8/46898.html o JTG-UM-GST9616點型紅外火焰探測器 t _parent JTG-UM-GST9616點型紅外火焰探測器 主要技術(shù)參數(shù)：（1）工作電壓：總線24V ；（2）工作電流：編碼模式：監(jiān)視電流2mA，報警電流4mA；非編碼模式：監(jiān)視電流19mA，報警電流35mA；（3）探測器視場角90； （4）防爆標志：ExdIICT6； （5）使用環(huán)境：溫度：-20+55 相對濕度95%，不結(jié)露；（6）外形尺寸：166mm235mm199mm(帶調(diào)節(jié)架)； 品牌：海灣，產(chǎn)地：中國9。產(chǎn)品名稱： 智能紫外火焰探測器主要技術(shù)參數(shù)：工作電壓：

33、總線24V；監(jiān)視電流2mA；報警電流10mA；線制：無極性信號二總線；探測角度80度；保護面積：S=（htg）2；h：探測器距地面高度，=40度；報警確認燈：紅色，巡檢時閃爍，報警時常亮；使用環(huán)境：溫度：-20+50；相對濕度95%，不結(jié)露；編碼方式：十進制電子編碼；外形尺寸：直徑：100mm，高：41mm(不帶底座) ；品牌：GST，中國10。產(chǎn)品名稱： HYPERLINK :/ ehsy /product/9/5709.html o FDC 12Z點型紅外火焰探測器 (室內(nèi)型) t _parent FDC 12Z點型紅外火焰探測器 (室內(nèi)型) 主要技術(shù)參數(shù)：標準監(jiān)測距離：13m(離中心的視

34、野角50) -20m（正面）；視野角度：100；額定電壓、電流：DC24V，100mA；使用電壓范圍：DC17V-DC30V；監(jiān)視時消耗電流：約67微安；使用溫度范圍：-15-50；最大連接個數(shù)：10個/1回路；配用底座：FZB014-4KA（露出型）；重量：約170g；品牌：NOHMI，日本11。 本文主要工作內(nèi)容及安排 本系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)是研發(fā)設(shè)計一種用于小區(qū)大樓、辦公室、公共場所的火災報警控制系統(tǒng)。該火災報警控制系統(tǒng)是以C8051F060單片機作為控制中心，接受、處理火災探測器輸出的報警信號并進行聲光報警，同時執(zhí)行相應(yīng)的輔助控制等任務(wù)。監(jiān)視探測器及系統(tǒng)自身的工作狀態(tài)并能為火災探測器提供穩(wěn)定的

35、工作電源。本論文一共分為五部分介紹：第一部分是緒論；第二部分介紹了CAN總線在本系統(tǒng)中的應(yīng)用及CAN總線的發(fā)展前景；第三部分是總線式火災報警系統(tǒng)硬件組成及原理，分別介紹傳感器型號、步進電機驅(qū)動控制電路，以及電源電路；第四部分是火災報警系統(tǒng)軟件，介紹各部分軟件流程及整體軟件設(shè)計；第五部分是總結(jié)展望。第2章 CAN總線設(shè)計 現(xiàn)場總線按照國際電工委員會IEC61158的標準，現(xiàn)場總線的定義是：“安裝在制造和過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與控制室內(nèi)的自動控制裝置之間的數(shù)字式、串行、多點通信的數(shù)據(jù)總線?！彼怯糜谶^程自動化或制造自動化中的、實現(xiàn)智能化現(xiàn)場設(shè)備與高層設(shè)備之間互聯(lián)的、全數(shù)字、串行、雙向的通信系統(tǒng)。通過它

36、可以實現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)的分布式控制，在制造業(yè)、流程工業(yè)、交通、樓宇等方面的自動化系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。簡單的說，現(xiàn)場總線是應(yīng)用在生產(chǎn)最底層的一種總線型拓撲的網(wǎng)絡(luò)。這種總線是用做現(xiàn)場控制系統(tǒng)的、直接與所有受控(設(shè)備)節(jié)點串行相連的通信網(wǎng)絡(luò)12?，F(xiàn)場總線控制系統(tǒng)既是一個開放通信網(wǎng)絡(luò)，又是一種全分布控制系統(tǒng)。它作為智能設(shè)備的聯(lián)系紐帶，把掛接在總線上、作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的智能設(shè)備連接為網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并進一步構(gòu)成自動化系統(tǒng)，實現(xiàn)基本控制、補償計算、參數(shù)修改、報警、顯示、監(jiān)控、優(yōu)化及控管一體化的綜合自動化功能。這是一項集嵌入式系統(tǒng)、控制、計算機、數(shù)字通信、網(wǎng)絡(luò)為一體的綜合技術(shù)13?，F(xiàn)場總線也可以說是工業(yè)控制與計算機網(wǎng)絡(luò)

37、兩者的邊緣產(chǎn)物。從純理論的角度看，它應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)范疇。但是，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不能完全適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場控制系統(tǒng)的要求。無論是從網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、協(xié)議、實時性，還是適應(yīng)性、靈活性、可靠性乃至成本來看，工業(yè)控制的底層都有它的特殊性。現(xiàn)場總線其規(guī)模應(yīng)屬于局域網(wǎng)、總線型結(jié)構(gòu)，它簡單但能滿足現(xiàn)場的需要。它要傳輸?shù)男畔己芏绦。髮崟r性很強，可靠性高。然而現(xiàn)場的環(huán)境干擾因素眾多，有些很強烈且?guī)话l(fā)性。這些都決定了現(xiàn)場總線必須有屬于自己特色的一個新型領(lǐng)域14。綜上所述，現(xiàn)場總線具有如下的技術(shù)特征：系統(tǒng)的開放性、互可操作性與互用性、現(xiàn)場設(shè)備的智能化與功能自治性、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的高度分散性、對現(xiàn)場環(huán)境的適應(yīng)性15。2.2 CAN

38、總線 CAN總線的產(chǎn)生與發(fā)展CAN(Controller Area Network，控制器局域網(wǎng))是一種先進的串行通信協(xié)議，最初是由德國Bosch公司在80年代初期為了解決現(xiàn)代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的，目的是通過較少的信號線將汽車上的各種電子設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)連接起來，并提高數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)目煽啃?。由于其卓越的特性和極高的可靠性，特別適合于工業(yè)過程中監(jiān)控設(shè)備的互聯(lián)。利用它很容易實現(xiàn)“集中監(jiān)控，分散控制”這一現(xiàn)代工業(yè)的新的控制方式，并被公認為是最有前途的現(xiàn)場總線之一16。CAN總線現(xiàn)己廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動化、多種控制設(shè)備、交通工具、醫(yī)療儀器以及建筑、環(huán)境控制等眾多部門。由于CA

39、N為越來越多不同的領(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)標準化。為此，1991年9月Philips Semiconductors制訂并發(fā)布了CAN技術(shù)規(guī)范()。該技術(shù)規(guī)范包括A和B兩部分。；而2.0B給出了標準的和擴展的兩種報文格式。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局部網(wǎng)(CAN)國際標準(ISO11898)，為控制器局部網(wǎng)標準化、規(guī)范化推廣鋪平了道路17。 CAN總線的特點CAN總線具有較強的糾錯能力，支持差分收發(fā)，因而適合高噪聲環(huán)境，并具有較遠的傳輸距離，特別適合中小型分布式測控系統(tǒng)。由于采用了許多新技術(shù)及獨特的設(shè)計，CAN總線與一

40、般的通信總線相比，它的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。它具有以下幾個重要特點18：(1)CAN是到目前為止唯一有國際標準的現(xiàn)場總線。(2)CAN為多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任一節(jié)點均可在任意時刻主動的向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點發(fā)送信息，而不分主從。(3)同步、串行、面向通信數(shù)據(jù)塊的通信方式，網(wǎng)絡(luò)上節(jié)點數(shù)原則上不受限制，只取決于物理層的承受能力。(4)報文傳輸不含目標地址，以全局廣播為基礎(chǔ)，各個接收站根據(jù)報文中反映數(shù)據(jù)性質(zhì)的標示符過濾報文，決定是否接收。其優(yōu)點在于上網(wǎng)下網(wǎng)在線進行、即插即用和多點接收。(5)信息有優(yōu)先級之分，以滿足不同的實時要求。(6)采用非破壞性總線仲裁技術(shù)，當總線上多個節(jié)點同時向網(wǎng)

41、絡(luò)上發(fā)送信息時，優(yōu)先級低的節(jié)點主動停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。這樣不僅節(jié)省總線沖突仲裁時間，而且即使在網(wǎng)絡(luò)負載很重的情況下，也不會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)癱瘓的情況。(7)采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀信息的字節(jié)數(shù)最大為8個，傳輸時間短，受干擾概率低，且每幀信息都有CRC校驗及其他檢錯措施，保證了數(shù)據(jù)出錯率極低。(8)支持點對點、一點對多點(成組)和全局廣播的傳輸方式。(9)在網(wǎng)絡(luò)上某個節(jié)點出現(xiàn)嚴重錯誤的情況下，該節(jié)點具有自動關(guān)閉總線的功能，切斷與總線的聯(lián)系，使總線上其他節(jié)點不受影響。(10)通信速率最高可達1Mbps，直接通信距離最遠可達10km(速率5kbps)，實際節(jié)點數(shù)可達110個。

42、(11)具有較高的性能價格比。結(jié)構(gòu)簡單，器件容易購置，每個節(jié)點的價格較低，而且開發(fā)技術(shù)容易掌握，能充分利用現(xiàn)有的單片機開發(fā)工具。 CAN總線協(xié)議CAN協(xié)議(CAN Protocol Specification Part A+B)分為三層：目標層、傳輸層和物理層。主要對應(yīng)于ISO(International Standard Organization，國際標準化組織)的OSI(Open System Interconnection，開放系統(tǒng)互連)七層模型中數(shù)據(jù)鏈路層的媒體訪問控制子層以及物理層的物理信號部分。目標層和傳輸層包含所有由ISO/OSI模型定義的數(shù)據(jù)鏈路層的服務(wù)和功能。由于CAN的數(shù)據(jù)

43、結(jié)構(gòu)簡單，又是范圍較小的局域網(wǎng)，因此不需要其他中間層，應(yīng)用層數(shù)據(jù)直接取自數(shù)據(jù)鏈路層或直接向鏈路層寫數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)層次少有利于系統(tǒng)中實時控制信號的傳送。CAN協(xié)議的分層結(jié)構(gòu)19。PMA子層和MDI子層有多種規(guī)范，由不同的組織制定，可應(yīng)用在不同的領(lǐng)域和場合20。2.3 CAN總線和RS-485總線的比較在傳統(tǒng)的火災報警系統(tǒng)中，一般采用RS-485總線。由于RS-485總線數(shù)據(jù)通信方式是命令式，從節(jié)點只有在收到主節(jié)點的命令后才能響應(yīng)，一些重要的變位信息得不到及時上傳，導致系統(tǒng)靈活性差、實時性差。CAN通信采用事件觸發(fā)式，通過CAN控制器接口芯片PCA82C250的兩個輸出端CAN-H和CAN-L與物理總

44、線相連，而CAN-H端的狀態(tài)只能是高電平或懸浮狀態(tài)，CAN-L端只能是低電平或懸浮狀態(tài)。這就保證不會出現(xiàn)像在RS-485網(wǎng)絡(luò)中，當系統(tǒng)有錯誤，出現(xiàn)多節(jié)點同時向總線發(fā)送數(shù)據(jù)時，總線呈現(xiàn)短路，從而損壞某些節(jié)點的現(xiàn)象。而且CAN節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動關(guān)閉輸出的功能，以使總線上其他節(jié)點的操作不受影響，從而保證不會出現(xiàn)像在網(wǎng)絡(luò)中，因個別節(jié)點出現(xiàn)問題，使得總線處于“死鎖”的狀態(tài)21。并且，CAN總線具有完善的通信協(xié)議，可由CAN控制器芯片及其接口芯片來實現(xiàn)，從而大大降低系統(tǒng)開發(fā)難度，縮短了開發(fā)周期，這些是僅僅只有電氣協(xié)議的RS-485所無法比擬的。據(jù)CIA統(tǒng)計，2001年僅在歐洲就銷售了超過1億個

45、CAN總線節(jié)點，幾乎淘汰了所有的RS-485系統(tǒng)。第3章 火災報警系統(tǒng)硬件組成及原理 系統(tǒng)總體框圖 報警系統(tǒng)總體設(shè)計框圖本系統(tǒng)采用CAN總線式將各個報警器連接起來，報警器主要由檢測單元、MCPU處理單元、驅(qū)動電機單元及電機組、報警模塊和總線通信模塊構(gòu)成。總體框圖如圖3-1所示。圖3-1 報警系統(tǒng)總體設(shè)計框圖 報警器硬件框圖檢測單元主要由紅外熱釋電傳感器組成。為了提高系統(tǒng)可靠性，減少誤報和漏報，本系統(tǒng)采用了兩種不同的傳感器，能同時根據(jù)情況發(fā)出火災報警信號。 MCPU處理單元是以C8051F單片機為核心，接收并處理火災報警信號，驅(qū)動電機動作信號、輸出報警信號。 電機驅(qū)動單元為電機驅(qū)動提高信號，由單

46、片機發(fā)出控制信號從而控制電機相應(yīng)旋轉(zhuǎn)定位。CAN總線式通信使得觀察運行狀態(tài)方便易行，例如哪個電機在運行，運行的狀態(tài)是什么等，可以通過上位機來改變系統(tǒng)的參數(shù)來改變系統(tǒng)的運行狀態(tài)及實現(xiàn)人工模擬檢測電機功能。進而實現(xiàn)了單片機控制器與上位機之間的通信，從而達到主控室遠程控系統(tǒng)的功能，給監(jiān)控者帶來很的大方便使系統(tǒng)具有遠程遙控自檢功能，也可從主控室了解現(xiàn)場火災狀況。如圖3-2報警器硬件框圖。圖3-2 報警器硬件框圖 火災探測器設(shè)計 探測器種類物質(zhì)燃燒，就必然有熱量釋放出來，環(huán)境溫度升高，而在燃燒速度非常緩慢的情況下，這種熱（溫度）是不容易鑒別出來的。物質(zhì)在燃燒開始階段，首先釋放出來的是燃燒氣體，比如單分子

47、的CO和CO2m左右。10m的液體或固體微粒稱之為煙霧。不管是燃燒氣體還是煙霧它們都有很大的流動性，能潛入建筑物的任何空間。由于有些氣體和煙霧有毒性，所以它對人的生命有特別大的威脅。據(jù)統(tǒng)計，在火災中約有70%死者的死亡就是這些燃燒氣體和煙霧造成的?；鹧媸俏镔|(zhì)著火時產(chǎn)生的灼熱發(fā)光的氣體部分。物質(zhì)燃燒到發(fā)光階段，是物質(zhì)的全然階段。在這階段中，火焰熱輻射含有大量的紅外線和紫外線。從物質(zhì)燃燒的基本概念出發(fā)，選擇合適的火災探測器是一個非常重要的環(huán)節(jié)，因為任何一種探測器都不是萬能的，每一種探測器有一定的環(huán)境適應(yīng)性，也可以說有一定的局限性。要想有效地發(fā)揮各種火災探測器的作用，就要掌握各種火災探測器的探測原理

48、，以及它的適用場所，只有這樣才能真正發(fā)揮它們作用。對于普通可燃燒物質(zhì)的表現(xiàn)形式，首先是產(chǎn)生燃燒氣體，然后是煙霧，在氧氣供應(yīng)充分的條件下，才能達到全部燃燒，產(chǎn)生火焰，并散發(fā)出大量的熱，使環(huán)境溫度升高起火過程曲線如圖3-3所示。 圖3-3 起火過程曲線從圖3-3可知起火過程中，總是前兩個階段所占有的時間比較長，這是燃燒的開始階段。如果要把火災損失控制在最小限度，保證人身不受傷亡，那么火災的探測器就應(yīng)該從此階段開始進行為宜。因為此階段盡管產(chǎn)生了大量的七溶膠和煙霧，充滿建筑內(nèi)的空間，但環(huán)境溫度并不高，尚未蔓延發(fā)展到嚴重的程度。由于火災發(fā)生時，會產(chǎn)生煙霧、高溫和火光等現(xiàn)象，探測器對這些很敏感。當有煙霧、

49、火光、高溫產(chǎn)生時，它就改變平時的正常狀態(tài)，引起電流、電壓或機械部分發(fā)生變化或位移，信號經(jīng)過放大，送入控制器，并以聲、光等形式發(fā)出警報信號，顯示火災的部位、地點。探測器是火災報警系統(tǒng)的現(xiàn)場探測部件，它的好壞直接關(guān)系到整個系統(tǒng)是否正常運行。當火災發(fā)生時，把因火災產(chǎn)生的各種非電量參數(shù)（如煙，溫度等參數(shù)）變成電量參數(shù)傳送給控制器。其特點是模擬量傳輸，跟隨各種非電量參數(shù)（如煙、溫度等參數(shù)）變化而變化。火災探測器根據(jù)火災發(fā)生時所表現(xiàn)出來的物理現(xiàn)象可以分為：氣敏型、感溫型、感煙型、感光型、感聲型五大類22。在每個大類中，又可以根據(jù)物理效應(yīng)分為不同的八大類。由于建筑結(jié)構(gòu)和功能的多元化，為了準確、及時地探測火災

50、，并進行報警，對火災探測器提出了更高的要求。選擇火災探測器時必須充分考慮火災探測器的性能、建筑空間形狀、火災特點和可能發(fā)生的危險。下面就一些常用火災探測器和使用場合作一比較。感溫探測器：感溫探測器一般分為定溫式、差溫式和差定溫式三種類型，單一的感溫探測器由于靈敏度低，探測速度慢，尤其對陰燃情況不響應(yīng)，誤報率高23。感煙探測器：感煙探測器又可分為離子感煙探測器和光電感煙探測器，其中離子感煙探測器具有非常好的早期報警功能，即使在環(huán)境條件不太好的場所也會有較好的探測效果，它一般適用于極高的房屋或空心花板或地下室中，感煙探測器適用于火災前期及早期，產(chǎn)生大量的煙和少量的熱，很少或沒有火焰輻射，但它不能區(qū)

51、分火災信號與非火災的廚房煙、水蒸氣等信號，所以誤報率較高24。氣體探測器：氣體探測器適用于散發(fā)可燃氣體和可燃蒸汽的場所。但由于氣體探測器探測對像CO易與還原氣體發(fā)生化學反應(yīng)，因而在有還原氣體的場所可能發(fā)生誤報警25。圖像探測器：目前研制出的圖像火災探測器有煙霧圖像探測器、火焰圖像探測器、激光圖像感煙探測器等，他們都非常適合于商場大空間建筑。但煙霧圖像火災探測器對不規(guī)則物體或相似圖像可能發(fā)生誤報警，而火焰圖像探測器則對高溫物體或太陽光照射可能發(fā)生誤報警；激光圖像感煙火災探測器則由于其良好的探測性能，發(fā)生誤報警的概率小，非常適合商場建筑的火災探測26。紅外火焰探測器和紫外火焰探測器：由于能夠輻射出

52、紅外線的不僅僅是火災的火焰，一些高溫物體的表面，如：爐子、太陽等都能發(fā)出與火焰紅外線頻帶相吻合的紅外線，因而這些并非火災的紅外源就容易使單波段紅外火焰探測器產(chǎn)生誤報警，紫外火焰探測器靈敏度高（毫秒級），反應(yīng)快，適合在火災時有強烈的火焰輻射、無陰燃階段且需對火焰做出快速反應(yīng)的場合，但當環(huán)境中有紫外輻射、高溫物體或有太陽光直射時可能要發(fā)出誤報警動作，因此，紫外火焰探測器不宜用于火焰出現(xiàn)前有濃煙擴散或有陽光直射的地方27。任何一種火災探測器都只是針對火災中同時出現(xiàn)的多種物理量中的一種進行探測，不可避免的受到環(huán)境中某些相似因素的影響，從而導致誤報警（誤報警是指在非火災情況下，火災探測器發(fā)出的報警），表

53、3-1列出了幾類火災探測器誤報警的部分環(huán)境因素。解決誤報警問題已成為提高火災探測器準確性的關(guān)鍵所在，減少和降低誤報警，有以下幾條比較有效的途徑：1、避免和減少環(huán)境因素對誤報警的影響。該方法著眼于引起誤報警的環(huán)境因素，通過改進探測器結(jié)構(gòu)設(shè)計和規(guī)定使用條件入手來減低誤報警。2、考察參量變化與實際火災過程的比較。該方法著眼于識別方式，通過模擬方式監(jiān)測某一物理參量的變化歷程，并與實驗所得火災過程相應(yīng)物理參量變化曲線相比較，由此來判斷是否發(fā)生火災。這種方法需要大量的火災實驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。3、改單一物理參量監(jiān)測為多參量復合監(jiān)測，降低誤報警。實行多參量復合監(jiān)測要依據(jù)所在建筑及火災特點（或火災數(shù)據(jù)）取舍物理量，

54、既可減低火災誤報警，又能保證經(jīng)濟和技術(shù)上可行。4、尋找適當?shù)男盘柼幚硭惴?，如：復合趨勢算法、模糊邏輯算法和人工神?jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等，在提高靈敏度的同時將誤報率降低到極限。表3-1 誤報警原因火災中物理量探測器類型識別模式誤報警因素接觸型CO、CO2氣體探測器接觸還原氣體溫度感溫探測器氣體或溫度變化固體顆粒感煙探測器灰塵、水滴、小昆蟲靜電探測器靜電非接觸型輻射光火焰探測器閃爍頻率照明、太陽光燃燒音聲音探測器功耗譜強度生活、生產(chǎn)噪音煙霧形狀圖像探測器顏色、邊緣不規(guī)則物體、相似色火災形狀圖像探測器輻射能量區(qū)別高溫物體、太陽光照射 系統(tǒng)探測器1、GS9208/IR2雙紅外火焰探測器 運用了先進的多紅外傳感技

55、術(shù)（MIR），使用兩個具有窄帶濾波的不同波長的紅外傳感器，其中一只傳感器工作在反映火焰信息的中心波長，另外一只傳感器監(jiān)視環(huán)境中的其他紅外輻射，結(jié)合火焰的閃爍特征，通過高性能的微處理器和專利數(shù)學算法模型進行運算分析，使得只有符合火焰特征的輻射頻譜才會被確認為火警，而其他的干擾因素形成的假火警信號則會被排除。GS9208/IR2適用于產(chǎn)生煙的明火火災探測，諸如含碳材料的明火燃燒（木材、塑料、酒精、油類產(chǎn)品、氣體等）。GS9208/IR2雙波長紅外火焰探測器具有卓越的火焰識別靈敏度，同時對非火焰紅外干擾源具有極強的免疫力，適合室內(nèi)場所的火焰探測需求。主要特點：內(nèi)置高性能微處理計算芯片先進的智能算法和

56、火焰危險判據(jù) 火焰探測和拒絕誤報警性能的最佳組合可靠的系統(tǒng)故障自診斷功能2通道IR傳感器多種信號輸出方式適應(yīng)不同系統(tǒng)主機的信號接口要求最大探測距離60米 三級可調(diào)靈敏度擴展的監(jiān)測視角 (120度) 主要技術(shù)參數(shù)28：額定電壓DC 24V電壓范圍DC 18-30V工作電流25mA(監(jiān)視）、35mA(報警）、50mA(自檢）視角范圍120探測距離30米響應(yīng)時間10S靈敏度等級50%、75%、100%儲存溫度-4085工作溫度050工作濕度095% RH（不結(jié)露）輸出型式020mA電流環(huán)輸出2、LS-818-8E紅外探測器功能特點： 采用世界最新科研成果的智能邏輯IC，具有超強的紅外識別能力、防誤報

57、能力和穩(wěn)定性。技術(shù)參數(shù)29： 傳感器：雙元被動紅外 低噪聲結(jié)構(gòu) 探測距離：最近9米 最遠12米探測角度：水平6 垂直110 工作電壓：DC 24V 報警電壓：0.55VCC待機IRS10uA-10uAIRS-200uA斜率控制CCVRSCCVRSCC高速IRS3) q=0;if (LL=1)L+;else L=0;if (R=1) switch (p) case 2: if (L10) Ll一:rolly():else M1DIR=MIENA=MIENB=0; M2DIR=M2ENA=M2ENB=0; M3DIR=M3ENA=M3ENB=0; MotorNum=3; EIE2)=0 x10;

58、L=0; LL=0: R=0;break:;case 3:if (L10) L1一;rolly(); else M1DIR=M1ENA=MIENS=0;M2DIR=M2ENA=M2ENB=0;M3DIR=M3ENA=M3ENB=0;IE=0 x8c;EIE2=0 x10;S1=1;flag=1;L=0;LL=0;R=0;break:; default: break;elseroll();cnt+:EA=1; void timerl_ ISR() interrupt 3TH1=0 x63:TLl=0 xc0;switch (flag) case 1: if(k=kl) EA=0: j2=Num2

59、_UV; Num2_ UV=0; cl=Num2_ Infrared: Num2_ Infrared=0; k=0; IE&=0 xfb: if (j2Num2max_UV) PUSH=1: flag=2: M2DIR=M2ENA=M2ENB=1; M3DIR=M3ENA=M3ENB=1: else IE|=0 x02:IE&=0 xf7; EA=1:else k+;break:;case 2:if(k=k1) EA=0; j2=Num2_UV: Num2_V=0; k=0; if (j2=k1) EA=0;k=0;hl=Numl_ Infrared:Numl_ Infrared=0;if(h

60、lNumlmax_ Infrared) TRO=1;hl=0;EIE2=0 x00;IE=0 x82:IE&=0 xf7:flag=0: elseEA=1;hl=0: elsek+:break:case 4: if (k=k2) k=0;swi tch (p) case 2: if (s100) L1=L; L1=(3*L) /2; L=0; LL=0: else s=0;break; case 3:if(Num2_UVNuvmin) Num2 UV=0R=1EIE2&=0 xefPRTIIF&=0 xbfIE=0 x82L1=(2*L) /3;L=0;else;Num2 UV=0;break