基于CAN总线的楼宇火灾报警系统设计毕业设计论文

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1、本科毕业设计（论文）资料题 目 名 称：基于CAN总线的楼宇火灾报警系统设计 学 院（部）： 电气与信息工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电自094 学号 09401300422 最终评定成绩： 湖南工业大学教务处 2013届本科毕业设计（论文）资料第一部分 毕业论文（2013届）本科毕业设计（论文）学 院（部）： 电气与信息工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 学 生 姓 名： 黄 锋 班 级： 电自094 学号 09401300422 指导教师姓名： 廖镇勋 职称 讲师 最终评定成绩 2013年6月湖南工业大学本科毕业设计（论文）摘 要为快捷有效的预测火灾的发生，减少人们

2、生命和财产损失；解决“传统火灾报警器只对单一物理或化学信号进行探测而容易使报警系统出现误报或漏报”等问题从而设计了本系统。本系统采用主从式结构，具有反应迅速、工作稳定、安全等特点。主节点与从节点的单片机都采用AT89C52芯片来控制。为了实现主节点对从节点的实时监测，在主节点和从节点处都设计有CAN通信电路模块，由控制器SJAl040和收发器82C200组成CAN通信接口。从节点的外围电路由烟雾传感器SS-168、光电传感器ST-178、温度传感器DS18B20和声光报警装置组成。单片机巡回检测温度、红外辐射、烟雾等传感器，当温度采集、红外检测、烟雾检测模块中任意两项检测到异常时系统发出声光报

3、警，直到任意一项异常排除时系统才自动停止声光报警。本系统在每个从节点跟主节点处都设有声光报警装置，它方便工作人员能快速的找到哪一个从节点所在位置有火灾发生，同时也提醒了在场的人员此处有火灾发生，从而能让工作人员快速的到达火灾现场跟现场人员快速灭火，提高了本系执行度。关键词：传感器，火灾报警系统，CAN总线IV湖南工业大学本科毕业设计（论文）ABSTRACTFor the efficient and effective prediction fires, reducing peoples lives and property losses; solve the conventional fire

4、 alarm only for a single physical or chemical signal detection and alarm system is easy to make false positives or false negatives and other issues in order to design this system.The system uses a master-slave structure, with a responsive, stable, and security features. The master node and slave nod

5、es are using AT89C52 microcontroller chip to control. In order to achieve the primary node for real-time monitoring from the node, the master node and slave nodes are designed with CAN communication circuit module, the controller and transceiver 82C200 composition SJAl040 CAN communication interface

6、. Peripheral circuits from the node by the SS-168 smoke sensors, ST-178 photoelectric sensors and temperature sensors DS18B20 sound and light alarm device component. Microcontroller circuit detection temperature, infrared radiation, smoke and other sensors, when the temperature acquisition, infrared

7、 detector, smoke detection module detects any two abnormal audible alarm when the system until the system at any one time only exception rule out sound and light alarm automatically stops.The system at each node from the node with the main feature sound and light alarm devices, which facilitate staf

8、f can quickly find the location from the node which there is fire, but also to remind the presence of the staff here there is fire, which allows employees to work quickly arrive at the fire scene with live fire quickly, improve the degree of implementation of the department.Keywords: Sensor,Fire Ala

9、rm System,CAN Bus目 录第一章 概述及总体设计要求11.1 课题的研究背景及意义11.2 火灾报警系统的种类21.3 本系统的需求分析及总体方案设计21.4 本论文的主要工作5第2章 楼宇火灾报警系统主节点硬件设计62.1 现场CAN总线简介62.2 AT89C52微控制器电路72.3 CAN总控制器92.3.1 TJA1040的特点102.3.2 TJA1040的参考数据102.3.3 TJA1040的功能描述112.4 CAN通讯收发器112.5 本章小结12第3章 楼宇火灾报警系统从节点硬件设计153.1 微控制器与CAN通信电路设计153.2 温度传感器模块153.3

10、烟雾，红外检测模块163.3.1 简介LM339的用法173.3.2 光电传感器173.3.3 烟雾传感器173.4 声光报警模块183.5 本章小结19第4章 楼宇火灾系统的软件设计214.1 系统整体软件设计214.2 主节点软件设计214.2.1 CAN控制器的初始化224.2.2 信号发送模块234.2.3 信号接收模块244.2.4 主节点巡检从节点244.3 从节点软件设计254.4 本章小结26参考文献27致 谢28附 录29湖南工业大学本科毕业设计（论文）第一章 概述及总体设计要求1.1 课题的研究背景及意义火灾是目前最常见、最普遍的威胁公共场所安全和建设和谐社会的重要灾害之一

11、。但是“火”被人类控制与利用也是人类迈进文明社会的一个重要标志，所以说“火”，它既能给人们带来了文明的进步，光明和温暖，但是当其一旦失去控制，就会为人类带来毁灭性地灾难。使用“火”的过程中，人们总是在不断地总结发生火灾的规律，尽可能地尽最大可能减少火灾对人身财产造成的伤害或损失。在100年前，那时的科技还不发达，我们伟大的先祖发挥他们的聪明与才智总结出“防为上，救次之，戒为下”的经验来防治火灾。随着科技不断的发张与进步，人们居住的场所越来越集中，而在现如今人们的财富日益增加，诱使发生火灾的机会也越来越多，比如违规的使用电器等。现代建筑发生火灾危险性越来越强，一旦发生某地起火，如果不能及时的扑灭

12、就会照成一系列的连锁反应，火会越燃越大有的甚至燃烧了整条街。这样的报道时常会出现在电视、杂志上，让人们苦不堪言。因此，消防设施已经成为每一个场所的必需设施，突显其对现代人们社会活动的重要性。“预防火灾和减少火灾危害”是一个总结性防治火灾的方法，总的来说它包括两个部分：一是做防火工作，防止火灾的发生；二是一旦发生火灾，应及时和有效地进行扑救，减少火灾损失。火灾不仅毁坏物质财产，造成社会秩序的混乱，直接或间接的危害生命，给人们的心灵造成极大的伤害。常言道：“水火无情”，“贼偷半全光火”是火灾的描述最真实的写照。因此，在工业建筑与民用建筑，公司大楼，图书馆，宾馆，科研和业务部门和其他地方，火灾自动报

13、警系统已成为一个必需的设备。在现代智能建筑中，基于CAN总线的楼宇火灾自动报警系统是智能建筑系统中的一个子系统。在这个系统中，传统的AT89C52单片机在自动火灾报警中起着关键控制的作用。对于实时快速处理大量的数据的检测器和控制器之间的应该是更迅速地改进，低错误率的通信协议和网络中的受控设备在一个特殊的环境中，很多的信号的干扰应予以考虑，同时它自身也可以独立运行和操作完成本身与火灾自动报警消防功能。基于CAN总线技术的楼宇火灾报警传感器技术，通讯技术等综合消防报警于一体的综合技术，它具有精度高，速度快，实时等优势，因此，在火灾报警控制使用现场CAN总线技术发展的必然趋势 章欢.基于CAN总线的

14、火灾报警系统的设计与实现D.武汉：武汉大学，2008.。基于CAN总线的楼宇火灾报警技术的迅速发展，这些年来，技术更新的变化也非常明显。总体而言，主要发展是：数字技术和新工艺，新材料的使用，以提高系统容量，降低维护要求，向高可靠性，低误报和网络化，智能化方向发展。随着城市现代化建设的发展，火灾危害性的宣传增强了人们的消防意识，所以自动火灾报警的研究将是未来发张的重点和方向。1.2 火灾报警系统的种类基于CAN总线的楼宇火灾自动报警系统，根据人们的需求大致可以分为四类：他们分别是控制中心报警系统，集中报警系统和区域报警系统，还有一些很少碰到控制系统。（1）区域报警系统火灾报警探测器，它是一种手动

15、报警器，它适用于区域报警控制器或控制器报警，这样一个系统，他只负责火灾探测和报警，只完成消防任务的小型工程。一般来说，使用这种系统的火灾探测和报警区域不得超过三个区域火灾报警控制器或作为一个小的公共区域报警火灾报警控制，如果超过三个单位。应考虑使用集中报警系统的形式。（2）集中报警系统集中报警系统由火灾探测器、火灾报警控制器或一个地区的公共领域一般火警报警控制和集中火灾报警控制器和其他组件。集中报警系统应建立一个集中报警控制器和两个或两个以上的区域报警控制器。集中报警控制器应设置专任或消防值班室或者配有专业的工作人员。这些系统适合应用在高层酒店，办公写字楼等消防系统。（3）控制中心报警系统控制

16、中心报警系统是建立在消防控制中心，消防控制设备，集中火灾报警控制器，火灾报警控制器和各种区域火灾探测器及其他部件的基础上。它必须在所有系统应至少设立一个集中火灾报警控制器和相关控制设备。它主要的工作是收集其他地方的集中火灾报警信号，并及时的将消防控制信号发送到值班室。（4）其它报警系统在另外的特点和根据建筑物火灾报警控制器火灾自动报警系统被划分成不同的形式，可以分为以上两种基本设计，也可以按照各个功能模块及楼层显示中使用的火灾探测器等火灾报警控制器连接。分为多线和总线系统，这两个系统的应用程序的形式，根据火情检测器本身的结构设计和电子电路设计，以及一个火情检测器和报警处理控制器以不同的方式，在

17、总线系统中的信号传输可以进一步分为两个系统的基础上2总线系统和多总线系统的应用形式。此外，根据火灾报警控制器，以不同的方式实现火灾模式识别，火灾自动报警系统也可以分为集中式智能分布式智能系统两种。随着新的消防技术，越来越多的现代火灾报警控制设备，已逐渐由区域警察，集中报警，网络报警系统的报警控制中心的发展。1.3 本系统的需求分析及总体方案设计当楼宇遇到火灾时，火灾现场的温度会快速地升高，也会出现火花，同时烟的浓度会有着显著地提升。而楼宇发生火灾的时时候，其主要的气体烟雾成分是一氧化碳跟二氧化碳。楼宇火灾的物体燃烧温度通常高达9001400。一般而言，楼宇在着火以后的10到15分钟之内，火灾的

18、楼宇现场温度才慢慢的提高到400。在正常情况下，当物体燃烧的火焰温度到100时，现场中的烟雾内一氧化碳跟二氧化碳的含量已经超过了空气含量的6%，而在正常的大气中，一氧化碳和二氧化碳的总含量在大气中约为3%。由上面的描述我们可以很快的得出，在楼宇发生了火灾的前期，烟雾中一氧化碳跟二氧化碳的浓度对是否真正的发生了火灾起着决定性的因素。因此，可以利用楼宇火灾现场的烟雾浓度变化的这一明显现象作为是否真正发生了火灾，同时为了更进一步的完善以前楼宇火灾现场的单一温度变化的这一现象作为依据的判断，本论文中增加了一个红外检测装置同时来检测温度，这3种装置的完美结合，让本系统在楼宇发生火灾的初期能够快速完美的做

19、出判断，并做出相应的动作：如发生火灾就启动声光报警器报警，若无火灾的情况发生，本系统继续执行监控。为了能够达到上面描述的设计方案，同时为加强本系统的信息传输可靠性与实时性而选用了CAN总线设计，并设计了主、从节点电路模块来满足本设计的要求：主节点：主要任务是从各个从节点处接收现场的信息，判断哪一个节点发生火灾，并在显示屏上显示其异常地点。同时也定时的发出信号用以检测各个从节点是否处在正常的工作状态。从节点：主要的任务监测现场，判断是否发生火灾。如果现场发生了火灾，就向主节点处发送火警信息，同时并控制声光报警装置工作发出报警讯号用来警告居民跟管理员；如果现场没有发生火灾，则定时的往主节点处发出验

20、证信号用，用以验证该节点是否在正常的工作。从节点包括以下功能模块：（1）温度传感器：收集各从节点的现场环境的温度信号。（2）烟雾、红外传感器：收集各从节点的现场环境的烟雾浓度以及红外传感器的红外信号。（3）执行装置：当现场环境的温度升高到80，现场的烟雾浓度达到烟雾传感器的阈值时并且红外传感器检测到的信号超过阀值是，就启动该处从节点的声光报警器而产生声音跟灯光报警。为实现上述描述的功能，本论文的整体结构设计框图如下图1.1所示。图1.1 系统整体设计框图从上图1.1中我们可以看出：各从节点的传感器将其所在的现场收集到的具体信息发送给从节点，再从所挂接的从节点所控制的单片机发送给主节点的通信电路

21、，再经过主节点的通信电路传送到CAN总线，经过CAN总线所控制的单片机处理完之后再将信号发回给各个从节点，从而让在该从节点上的控制单片机做出相应的反应，控制其所在的声光报警器发生报警。主节点的设计框图如下图1.2所示。图1.2 主节点功能框图从上图1.2我们可以看出，主节点的功能模块是由微控制器单片机、CAN总线通信电路、声光报警器等电路组成。当某一个从节点的发出信号超过阀值时，CAN总线的反馈信号就控制该节点控制单片机执行报警的动作。各模块中的各个具体硬件的电路设计部分将会在下面的节中做出具体的描述。从节点的设计框图如下图1.3所示。图1.3 从节点功能框图从上述图1.3中我们可以看出，从节

22、点的单片机控制烟雾、红外传感器，温度传感器，报警电路等。一般的来说，在现代楼宇火灾报警系统的运用中，主节点系统的硬件安置在值班室内，由该楼的管理工作人员控制；而各从节点的硬件部分安装在该登楼的各个房间跟走道中。由上面的流程框图我们可以看出：主节点连接到CAN总线上，以便及时的接受并处理每个从节点接收和发送来的信号，并提示每个从节点环境变量做出准确和及时的行动，从而控制所在从节点上的单片机的声光报警装置来提醒现场人员或者该楼宇的管理人员，从而让火灾消灭在萌芽状态。该传感器检测现场环境数据将被发送到主节点的信息的形式，而主节点到从节点的从管理人员能够很容易地听到报警信号，当火灾发生时从一个节点，该

23、节点可以从本机开始运作，及时控制住火势控制其执行。同时，为了保证本系统在正常的情况下能够及时准确的能够往从节点接收传来的现场采集信号传送到主节点。要定时从主节点发送信号，根据从节点的ID号，验证它是否工作正常。如果主节点在一段时间没有接收到从节点的ID号，就说明该从节点出现了错误，提醒工作人员尽快排除故障。1.4 本论文的主要工作本论文主要是在已有的CAN总线上开发楼宇火灾报警系统，并在原有的基础上做出响应的改进与创新，其主要特点表现为：选用CAN总线让楼宇报警器在通信方面更加的可靠与稳定。同时排除误报给居民带来不必要的麻烦，本论文选用了温度传感器、烟雾传感器跟光电传感器共同监测同一个火灾现场

24、环境，尽最大的可能的排除误报率，保证人们的在自己的家中住的安心，玩的快乐，减少楼宇火灾对其产生的麻烦与损失。本论文的主要内容有如下：（1）第1章主要介绍本论文的研究背景与意义，以及楼宇火灾报警系统的必要性。同时简绍了现有的楼宇报警器的种类，最后对本系统的总体设计方案作了详细的描述。（2）第2章主要简绍了基于CAN总线的楼宇火灾报警系统的主节点硬件的原理以及设计，并画出主节点的设计电路图。（3）第3章主要简绍了基于CAN总线的楼宇火灾报警系统的从节点硬件的原理与设计，同时画出从节点设计电路图。（4）第4章主要简绍了基于CAN总线的楼宇火灾报警系统的全部软件部分的设计，描述各个模块的工作流程，结合

25、第2、3章的内容设计出整体电路的流程图。第2章 楼宇火灾报警系统主节点硬件设计2.1 现场CAN总线简介CAN中文名为控制器局域网，它是一种实时控制的串行通信网络或者有效支持分布式控制的控制器。CAN总线最初是由德国博世公司开发的，在20世纪80年代初为解决现代汽车中众多的控制和数据交换之间的测试设备而开发的一种串行数据通信协议，它是的通信介质可以是双绞线、同轴电缆、光导纤维，通信速率高达1Mbps的一种多主总线控制器。CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层，数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包含位填充，数据块编码，循环冗余校验，优先级判别等项工作。现在，CAN总线通信被誉为自

26、动化领域的计算机局域网。它出现在分布式控制系统主从节点之间，为实现实时并可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。CAN总线的高性能和高可靠性也同时得到各业界的认可，它被广泛应用于工业自动化，船舶，医疗设备，工业设备等场所。同时CAN总线的现场控制也是当今自动化技术领域的热点话题之一。由于CAN为越来越多地被不同的领域采用和推广，致使要求各种应用领域通信报文实现标准化。为此，1991年9月Philips Semiconductors制订并发布了CAN技术规范(Version 2.O)。该技术规范包括A和B两部分。Version 2.O的A部分给出了曾在CAN技术规范版本1.2中定义的CAN报文格式

27、，而Version 2.O的B部分则给出了标准的和扩展的两种报文格式。此后，1993年11月ISO正式颁布了道路交通运载工具、数字信息交换、高速通信控制器三者之间的CAN控制的国际标准(IS011898)，为控制器局部网标准化、规范化推广与发张奠定了基础。CAN的一些基本概念周凤余，鲁守银，李贻斌等.CAN总线系统智能节点设计与实现J.微计算机信息1999(6)：2527.：（1）报文：报文就是在总线上所传送的信息，该信息以不同的报文传送，但报文长度要受帧结构的限制。当总线空闲时，任何连接的单元均可开始发送一个新报文。（2）帧传送：在总线上传输的报文以帧结构进行传输。报文传送有种不同类型的帧来

28、表示跟控制，它们分别为数据帧、远程帧、出错帧和超载帧。（3）裁仲：用于处理总线访问冲突。依据其报文标识符与RTR位来确定。（4）标识符：一个报文的内容由其标识符ID命名，ID并不指出报文的目的，但描述了数据的含义，以便网络中的所有节点有可能借助报文滤波来决定该数据是否使它们激活。（5）技术规范：CAN技术规范（Version2.0）包括2.0A和2.0B。2.0A的报文标识符为11位，2.0B有标准和扩展两种报文格式，前者的标识符19位，后者29位。（6）远程数据请求：通过发送一个远程帧，需要数据的节点可以请求另一个节点发送一个相应的数据帧，该数据帧和对应的远程帧以相同的标识符命名。（7）显性

29、隐性：CAN总线数值为两种互补的逻辑数值“显性”和“隐性”。其中显性表示逻辑“0”，而隐性表示逻辑“1”。当显性和隐性位同时发送时，总线数值将为显性。本论文采用的CAN通信主要由微控制芯片AT89C52、CAN控制器SJAl040、CAN总线驱动器82C200、光电耦合器6N17组成。其原理是CAN数据通过82C200传输到SJAl040经AT89S52处理后再传送出去。CAN电源采用高性能的AC/DC变换器，能起到稳定电压和隔离防干扰的作用。下面我们来介绍上述各元器件在本论文中的应用。本文主节点的CAN通信结构框图及其流程图如下图2.1所示。图2.1 CAN通信结构框图由上图我们可以看出，主

30、节点的CAN总线电路由由单片机AT89C52、CAN控制器SJA1040、CAN总线驱动器82C200、光电耦合器6N137组成（屏蔽电路中的高频信号），CAN数据通过82C200传输到SJA1040，经单片机89C52处理之后再传送出去。下面我们来详细介绍主节点的用到的每一个芯片的用法。2.2 AT89C52微控制器电路相对主节点跟各从节点的微控制器的设计来说，复位对其十分重要，这直接决定它能不能正常的工作。单片机复位电路目前主要有以下两种方法：（1）正常的工作模式下，RST脚与地电位相等为低电平，所以复位起不了作用。当S2按键被按下时，电容C3放电，RST脚为高电平，从而使单片机复位；当S

31、2被松开时，电源将会使电容充电，从而会使RST脚慢慢地变低电平，从而离开复位状态。这一种复位方式的原理图可用下图2.2所示。图2.2 第一种复位方式工作原理（2）用MAX809，MAX810等电压监控芯片复位。综合上述的两种设计方案，其中方案2的可靠性及稳定性比较高，大多数用在ARM等复杂跟要求比较高的设计电路中，相对而言其成本也比较的高，而本论文对复位电路的要求并不是非常的严格，所以将第2种法案舍弃而选用较为简单、低廉的方案1。本论文的主节点采用AT89C52芯片作为微控制器，主要是应为AT89C52内部附有ISP模块。ISP(In-System Programming)是指电路板上的空白器

32、件可以编程写入最终用户代码，而不需要从电路板上取下器件。已经编程的器件也可以用ISP方式擦除或者再编程。主节点所用的微控制器的最小系统电路图如下图2.3所示。AT89C52所用“晶振”频率在4MHz到24MHz之间，本论文在此的晶振频率由CAN总线提供，在它的两旁可用3010pF的电容。又由于AT89S52单片机的复位为高电平复位，故让其工作状态下RST脚与地电位相等为低电平，让其复位不能起到作用，而当按下S2按键时，电容C3放电，使RST脚为高电平，从而让AT89S52单片机复位，松开时，电源给C3充电，从而让RST脚渐渐地变成低电平，从而让其脱离复位状态。图2.3 微控制器最小系统如图2.

33、3所示为最小系统图，下面简绍各个引脚的元器件的链接：P1.1用于控制发光二极管，用来做灯光报警用。P1.2接温度传感器DS18B20的数据脚，用于读入温度。P1.3接红外辐射的检测口，用来检测现场的是否有烟雾跟火源产生的强红外线。P1.4接烟雾传感器的检测口，用来检测现场的烟雾浓度。P1.5作为声光报警器的控制口，用来提醒该楼宇的工作管理人员或者现场活动的居民。20脚接地，40脚接电源。18、19脚接CAN总线主节点的输出总线，用来进行主从节点之间的通讯。31脚接电源端。2.3 CAN总控制器本系统CAN总线收发器采用PHILIPS公司生产的TJA1040芯片。TJA1040是控制器局域网CA

34、N协议控制器和物理总线之间的接口，它主要应用在客车的高速应用速度可达1Mb/S。TJA1040为总线提供差动的发送功能为CAN控制器提供差动的接收功能完全符合ISO 11898标准，它还有优秀的EMC性能，在不上电状态下有理想的无源性能。SJAl040主要负责把并行的数据转换成CAN的格式进行发送与接收。它本身自带发送与接收缓冲装置，而且它还具有较强的错误报警和双重滤波处理功能。SJAl040的硬件框图如图2.4所示。图2.4 SJA1040的硬件框图可以看出，SJAl040的管理主要是由IML的逻辑接口、消息缓冲区位流处理器BSP、位时序处理逻辑BTL、接收过滤器ASP、内部振荡器及复位电路

35、、错误管理逻辑EML等组成。CPU的命令由IML来接收，控制寄存器被定向到主可以提供警报和其所处的状态信息。IML在其CPU的控制下，将数据写入到发送消息缓冲区，发送缓冲区和位时序处理逻辑输出到CAN总线，经CAN总线处理的数据由位流处理器跟位时序处理逻辑器始终监视CAN总线，如果检测到一个有效的头时，“平安隐性控制级别”的转换过程开始收到的第一个处理器比特流处理ASP BSP P滤波器刀接收信息。只有当收到的信息识别码匹配ASP测试时，收到的消息才被写入RXFIFO或者RXB。RXFIFO中高达64字节的数据可以被缓存，数据可以被CPU读取，调制器的错误管制可被EML调制，并接收BSP错误报

36、告，促使BSP和IML错误统计。2.3.1 TJA1040的特点周凤余,李贻斌,李彩虹,尹燕芳,肖海荣.CAN总线及其在喷浆机器人中的应用J.测控技术，2000年03期.CAN总线具有较强的纠错能力，并且还支持差分收发器，这让它们能够适合用于高噪声环境，并具有更远的传输距离，尤其是对中小型分布式控制系统。由于在其中CAN总线采用了许多新的技术及独特设计，让它与一般的通信总线作比较，它的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。除此之外它还具有以下几点重要特色邬宽明.CAN总线原理和应用系统设计M.北京：北京航空航天大学出版社.1996.：（1）可以多主方式工作，网络上任意一个节点均可以在任意时

37、刻主动地向网络上的其他节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活。网络上的节点（信息）可分成不同的优先级,可以满足不同的实时要求。（2）采用非破坏性位仲裁总线结构机制，当两个节点同时向网络上传送信息时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据。（3）可以点对点、一点对多点（成组）及全局广播几种传送方式接收数据。（4）直接通信距离最远可达10km（速率5Kb/s以下）。通信速率最高可达1MB/s（此时距离最长40m）。（5）节点数实际可达110个，采用短帧结构，每一帧的有效字节数为8个，每帧信息都有CRC校验及其他检错措施，数据出错率极低。节点在错误严重的情况下，具有

38、自动关闭总线的功能，切断它与总线的联系，以使总线上的其他操作不受影响。（6）通信介质可采用双绞线，同轴电缆和光导纤维，一般采用廉价的双绞线即可，无特殊要求。2.3.2 TJA1040的参考数据TJA1040芯片的一些参考数据如表2.1所示：表2.1 参考数据助记符参数条件最小值最大值单位VBAT引脚VBAT的电源电压527VVCC引脚Vcc的电源电压4.755.25VVI/O引脚VI/O的电源电压2.85.25VIBAT引脚VBAT电源电流VBAT = 12V1030AVCANH引脚CANH 的直流电压0 VCC 5.25V 无时间限制-27+40VVCANL引脚CANL的直流电压0 VCC

39、5.25V 无时间限制-27+40VVSPLIT引脚SPLIT的直流电压0 VCC Ur时，输出为高电平UOH。图3.3的右边为其传输特性。下图为某仪器中过热检测保护电路。它用单电源供电，1/4LM339的反相输入端加一个固定的参考电压，它的值取决于R1于R2。UR=R2/（R1+R2）*UC。同相端的电压就等于热敏图3-3左图所给出了一个基本单限比较器。输入信号Uin，即待比较电压，它加到同相输入端，在反相输入端接一个参考电压（门限电平）Ur。当输入电压UinUr时，输出为高电平UOH。图3-3 LM339的工作原理图3.3.2 光电传感器如图3.2可知，光电传感器在本系统中的应用原理是，光

40、电传感器接收孔探测到火焰辐射的较强烈的红外线时，接收管导通输出一定的电压，辐射越强烈，如下结构图所示E脚输出的电压也越大，应将E脚接到比较器LM339的6脚，比较器同相输入端7脚接参考电压为3V，因此当辐射达到一定时比较器的1脚输出低电平，反之，当在无红外辐射或辐射较少时，比较器1脚输出高电平，1脚输出低电平视为异常。ST178对人体辐射的红外线波长不敏感，对火焰辐射的红外线可灵敏检测，价格实惠，因此本系统采用该传感器作为红外敏感元件。下图3.4为光电传感器内、外部结构图。 3.4 光电传感外、内部结构图3.3.3 烟雾传感器烟雾探测器就是一种测量现场烟雾的浓度是否超过阀值而判断是否发生火灾的

41、检测装置，也可以说他就是一种将现场的烟雾浓度转换为具有一定对应关系的输出信号装置，它内部结构采用离子式烟雾传感器，它具有技术先进，工作稳定可靠的特点，因此被大量的运用到在各式各样的消防报警系统中，跟传统的运用气敏式电阻来测量的火灾报警器相比，无论是性能、精确度还是使用寿命都有了较强的提升。离子式烟雾探测器的工作原理是：等效于利用两个电离室串联，构成等效于电阻串联的偏置电路；其中一个是基本不与外界相通的内电离室，另一个是跟外界连在一起的检测电离室，两个电离室中都放有一片为镅24l(AM241)的放射源，它们之间不断放出粒子，使两室之间的气体被部分电离。一旦遇到有烟雾进入外电离室时，由于烟雾颗粒吸

42、附一部分离子，使外室的离子放射出来的电流减小，其效果相当于它的内部电阻阻值变大，分压电阻的电位增高。一旦烟雾的浓度超过限定的检测的值时，电位就会增高到能触发开关电路而启动报警。该离子式烟雾探测器型号SS-168，供电电压为9V，输出触发报警电路的高电平大约为3V，因此将该触发信号接至比较器LM339的4脚作为比较器反相输入端，LM339的同相输入端5脚接参考电压为2V，当无触发信号时比较器LM339输出端2脚输出高平（5V），当有触发报警信号时，比较器2脚的输出低电平（0V），从而与单片机AT89S51的管脚电压相匹配，LM339输出端2脚低电平视为异常，SS-168与单片机接法如图3.2所示

43、。3.4 声光报警模块图3.5 声光报警模块因为本系统是应用在办公室、机房等小单位的防火场所，所以采用发光二极管电路极蜂鸣电路作为报警电路。如图3-4蜂鸣器驱动电路，图中为Q1为低频小功率PNP型三极管9012，用驱动压电式交流蜂鸣器(2K)U3。三极管基极直接与单片机p1.5连接。这就构成了蜂鸣器的驱电路，工作原理：要让蜂鸣器响，必须给交变信号，为了给蜂鸣器施加交变电压，由于单片机没有专用蜂鸣器驱动器，为了让单片机产生交变驱动信号。在编程时，为让蜂鸣器产生频率稳定的声音，所以要让单片机产生频率稳，最好办法就是在单片机定时器产生驱动脉冲，设置定时器中断周期为0.25ms,中断频率为4K,只要每

44、次进入中断后让P1.5电平取反即可以产生2KHz驱动脉冲，由于单片机驱动能力弱不足以直接驱动蜂鸣器，所以用9012放大电流电压，驱动电平低平有效。一般发光二极管电压在1.7-3.6V之间，电流通常是5-20mA，所以5V电压不适合发光二极管直接使用，一般要串联一个电阻才可以，因此发光二极管串接一个电阻具有限流保护作用。但如果串接电阻过大，导致电流过小，发光二极管无法点亮，因此发光二极管串接一个560的电阻。其接线如图3.5所示。当温度采集模块，红外、烟雾检测模块三项电路模块中任意两种检测电路发生异常时，经过单片机AT89S52控制器的分析处理后发出声光警报信号，蜂鸣器立即蜂鸣同时发光二极管点亮

45、。当三项检测电路中小于两项发生异常时，蜂鸣器立即停止蜂鸣同时发光二极管熄灭。当把手动控制模块中控制按键按下时，系统立即发出声光报警，直到按下复位按键时声光报警才停止。3.5 本章小结这一章节主要从实际设计需要出发，设计出从节点硬件电路的设计，重点描述了温度传感器DS18B20，烟雾传感器SS-168和光电红外传感器ST178的用法跟在本设计中的运用。本系统具有电路简单，功能强大，检测快速等特点。其电路连接如下图3.6所示：图3.6 从节点设计的总电路图图3.7 从节点总图分解图（从节点设计总图的下半部分）第4章 楼宇火灾系统的软件设计本章工作主要围绕基于CAN总线的楼宇火灾报警系统的软件设计展

46、开。首先我们结合第一章节中的第三小节中所描述的系统整体设计所要完成的功能，确定各部分模块功能，设计系统整体软件开发流程图。重点完成基于CAN总线的楼宇火灾报警系统的整体软件设计，即主节点与从节点的所有软件设计，同时针对各个部分要实现的功能做出具体的分析与简绍，最后设计出各个功能模块的软件程序。4.1 系统整体软件设计本论文的整体软件设计主要结合各硬件电路图完成，主节点对各从节点的进行实时监测，并对负责处理从各从节点对现场所采集到的数据进行传送，同时主节点也控制声光报警器是否工作等。为了确保本系统能够正常长久的运行，同时也为了断电后下次能正常的工作，所以在给本系统上电时，必须对本系统的主节点与从

47、节点初始化。为了保证本系统在正常的情况下能够及时准确的能够往从节点接收传来的现场采集信号传送到主节点。要定时从主节点发送信号，根据从节点的ID号，验证它是否工作正常。如果主节点在一段时间没有接收到从节点的ID号，就说明该从节点出现了错误，提醒工作人员尽快排除故障。在每个节点的正常工作条件下，每个从节点将采集现场环境数据信息被发送到主节点，主节点确定从节点的数据信号是否超过了传感器阈值，如果不超过阈值的，则返回到继续监测从节点的信息，如果有一个从节点的数据信息超过阈值时，则发出火灾报警。综上所述，系统软件设计的主要工作是从主从节点的信号传输来进行开展。其硬件的整体设计框图如下4.1所示。图4.1

48、 硬件整体设计框图4.2 主节点软件设计结合上所所设计出的硬件电路图，为保证各个模块的正常工作，主节点的整体软件设计流程图如下图4.2所示。图4.2 主节点整体软件流程图从上图我们可以得到，当启动主节点是应对其进行初始化，以免别的因素而影响本系统的运行。让后让主节点来处理并分析从各个从节点传上来的现场信息。如果判断出某一个从节点出现异常情况时，就触发光电报警系统报警来提醒该楼宇的管理人员或者现场工作人员。4.2.1 CAN控制器的初始化SJA1040的初始化有3种方式：一是上电复位，二是硬件复位，三是软件复位，即通过向CAN控制器SJA1000模式寄存器写0x01，让其进入复位模式，然后分别对

49、SJA1040的时钟分频寄存器、错误报警限额寄存器、中断使能寄存器、接收代码和接收屏蔽寄存器、总线时序寄存器和输出控制寄存器设置，最后向模式寄存器写0x08，进入正常工作模式。在对它进行复位的时候，因为其内部的寄存器仅能在此期间进行写访问，所以在对这些寄存器初始化之前，必须保证系统已经进入复位状态。SJA1040的初始化流程图如下图4.3所示。图4.3 SJA1040初始化流程图4.2.2 信号发送模块SJA1040根据CAN总线的协议能够自动完成报文的发送。发送时我们唯一要做的就是将要发的信息或者数据按特定的格式组成为一帧报文，从AT89C52中发送到SJAl040的缓冲区中，然后通过发送请

50、求令符来启动SJAl040发送用以完成任务。有一点很重要，那就是报文在发送到SJAl040的发送缓冲区之前，得做下判断，检测它是否发送完成，如果没有发送成功，则其本身的错误寄存器会自动加1，并重新进行发送。SJAl040子程序报文发送流程图如下图4.4。图4.4 SJA1040子程序发送流程图4.2.3 信号接收模块图4.5 SJA1040接收流程图如上图4.5为CAN总线接收子程序的流程图；应为在我设计的这个系统中，从节点的报文什么时候发送到此处是不知道的，所以如上所示，在此处采用了中断接收的方法，可以大大的减少系统寻址的时间。如果CAN总线的信号接收模块还担任着接收报文的情况时，那么其接收子程序就会自动的负责该处主节点的报文接收，但是在接收时，我们必须得从SJAl040的接收缓冲模块中读出数据，组成一帧报文这样才能通过这种中断方式来接收报文。如果在中断使能寄存器IER操作可以接收中断使能，那么当接收FIFO中有数据的，它会产生一个中断，以此来达到启动接收程序的目的。4.2.4 主节点巡检从节点在这个系统中，为了确保每一个从节点都处于正常工作状态中，如果有一个从节点一旦发生异常时，主节点应立即触发电路使声光报警器工作，从而提