摘要： 介紹了一種基于CAN總線的火災自動報警控制系統(tǒng)的設計方案， 給出了系統(tǒng)總體設計和基于感溫感煙復合式火災探測器的火災報警控制器的軟硬件設計原理。該火災報警控制系統(tǒng)具有容量大、通信距離遠、數(shù)據(jù)傳輸速度快、組網方便等優(yōu)點。

　　0 引言

　　隨著城市現(xiàn)代化建設進程的加快發(fā)展， 城市抗御火災的綜合實力也在不斷增強。火災自動探測與報警技術就是將傳感技術、通訊技術和智能化信息處理技術應用于火災預防的一項綜合性技術， 該技術具有速度快、實時性好、可直接與城市119消防中心的計算機聯(lián)網等突出優(yōu)點。其中CAN總線具有高可靠性和適合遠距離傳輸?shù)膬?yōu)點。CAN總線與火災自動報警系統(tǒng)相結合， 突破了傳統(tǒng)溫度監(jiān)測的瓶頸， 它可在探測器內加進MCU， 從而對火災特征信號直接進行分析和判斷， 并將結果傳送給控制器。這種高效、數(shù)字、開放的分布式火災報警系統(tǒng)是一種很好的復合型火災報警的嘗試。

　　1 系統(tǒng)結構

　　圖1所示為管理計算機和智能節(jié)點組成的CAN總線火災自動報警系統(tǒng)的兩層網絡結構框圖。由圖可見， 該系統(tǒng)由上位監(jiān)控機、CAN通信適配卡和多個智能節(jié)點組成。采用CAN總線作為通信網絡來將各節(jié)點連接成一個分布式智能監(jiān)控系統(tǒng)。其中單片機主要完成現(xiàn)場傳感器的信號采集及對系統(tǒng)計算及信息的處理等； CAN總線控制器主要用于系統(tǒng)的通信； CAN收發(fā)器主要用于增強系統(tǒng)的驅動能力， 增大通信距離， 提高系統(tǒng)的瞬時抗干擾能力， 保護總線， 降低射頻干擾（RFI） 等。當火災發(fā)生時， 可通過上位PC 機的報警來獲得火災發(fā)生的時間及地點， 同時通過119火災智能報警器自動與消防指揮中心聯(lián)絡， 從而實現(xiàn)無人值守； 另一方面， 可利用消防聯(lián)動控制系統(tǒng)根據(jù)聯(lián)動控制盤的指令自動啟動消防設施，以達到滅火的目的。此外， 上位PC機還具有系統(tǒng)參數(shù)（如波特率、報文標識與屏蔽等） 設置、監(jiān)視狀態(tài)設置、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)請求、節(jié)點狀態(tài)查詢等功能。而各個下位節(jié)點控制器主要是通過CAN 總線接收上位機的各種操作控制命令和參數(shù)設定， 實時采集現(xiàn)場監(jiān)測到的火災報警信號等。

　　事實上， 各個下位智能節(jié)點間也可通過CAN 總線網絡相互發(fā)起通信， 以進行信息交換。

圖1 基于CAN總線的火災自動報警系統(tǒng)結構框圖

　　2 硬件設計

　　2.1 智能節(jié)點設計

　　圖2所示是本系統(tǒng)的硬件結構圖。本系統(tǒng)的上位監(jiān)控機采用抗干擾能力很強的工業(yè)PC機， 并以TJA1050芯片作為CAN 收發(fā)器， 以SJA1000芯片作為CAN 總線控制器， AT89S52單片機作為節(jié)點控制器， 同時將其與火災傳感器相連。溫度傳感器采集的信號經過處理后傳給AD0809芯片進行A/D轉換， 然后再傳給AT89S52。煙霧傳感器的邏輯信號可直接傳給AT89S52。單片機可結合兩路信號進行火災分級報警處理。SJA1000的TXD和RXD相應的連到TJA1050的TXD和RXD。[!--empirenews.page--]

　　火災探測器采集的信號經單片機處理后的報警信號傳給SJA1000， 再經過驗收濾波后上傳到CAN總線， 由CAN通信適配卡傳給PC機顯示， 這樣，PC機就可以得到產生報警的報警器序號。同時，PC機上的數(shù)據(jù)也可通過SJA1000返傳回單片機進行控制， 這個傳輸無需SJA1000的驗收濾波。

　　CAN一般可通過中斷來接發(fā)數(shù)據(jù)。

圖2 系統(tǒng)硬件結構圖

　　2.2 復合式火災探測器

　　復合式火災探測器結合使用感溫和感煙兩種電路可將兩種火災參數(shù)復合在一個探測器內。溫度檢測電路可使用熱敏電阻， 即在一定的溫度范圍內， 根據(jù)測量熱敏電阻阻值的變化來測量介質的溫度變化。當監(jiān)測點發(fā)生火災時， 外界環(huán)境溫度升高， 熱敏電阻的阻值下降， 從而使得輸出的電壓值產生變化， 這樣， 系統(tǒng)就可以采集電壓值數(shù)據(jù)并進行A/D轉換。

　　檢測煙霧濃度的電路使用紅外線， 當監(jiān)測點發(fā)生火災時， 外界環(huán)境中的煙霧濃度升高從而阻礙紅外線的接收， 以便結合溫度的變化進行火災報警。為了增加紅外線的控制距離， 紅外發(fā)光二極管應工作于脈沖狀態(tài)， 因為脈動光的有效傳送距離與脈沖的峰值電流成正比， 因此， 只需盡量提高峰值Ip， 就能增加紅外光的發(fā)射距離。提高Ip的方法是減小脈沖占空比。設計時可采用555定時器來產生方波以驅動紅外線發(fā)射管發(fā)射紅外線。紅外線接收管接收紅外線后， 接著對接收到的一定頻率的信號進行比較、整形， 濾波處理，再輸出一定頻率范圍的電壓信號。利用鎖相環(huán)電路對所接收到的放大信號進行鎖頻， 然后， 再調節(jié)RC的中心頻率來“識別” 信號。無信號輸入或者輸入信號與中心頻率不匹配時， 系統(tǒng)便輸出高電平； 而當輸入信號達到設定的中心頻率時，系統(tǒng)便輸出低電平信號。該信號直接接入AT89S52。

　　3 軟件設計

　　本火災自動報警系統(tǒng)的軟件設計流程如圖3所示。圖中， 當系統(tǒng)啟動并初始化后， 復合式火災探測器便開始采集數(shù)據(jù)， 其中采集到的溫度數(shù)值將進行A/D轉換， 轉換完后的溫度值和煙霧邏輯值將傳給單片機， 然后由單片機根據(jù)兩種數(shù)據(jù)結合進行火災判斷， 再把得到的報警信號上傳給CAN總線， 并由CAN通信適配卡傳給PC機顯示，由此實現(xiàn)火災自動報警的功能。

圖3 系統(tǒng)軟件流程圖

　　4 結束語

　　本文設計的火災自動報警系統(tǒng)采用CAN總線控制形式， 并利用總線通信來實現(xiàn)總控制器和下掛在總線上的多個火災報警控制器之間的通信。

　　本系統(tǒng)的硬件電路是以AT89S52單片機為主控芯片， 結合使用AD0809進行數(shù)據(jù)轉換， 再使用SJA1000和TJA1050在總線上進行通信。由于本系統(tǒng)使用感溫感煙式火災探測器， 而這種復合式火災探測器在原本單一火災因素報警的基礎上， 又增加了判斷條件， 因而減少了火災誤判、誤報的幾率。