基于CAN总线的电气火灾报警系统的设计方案

以实现脱扣器的开关，断路器脱扣电路如图5.

　　图5 断路器脱扣控制电路

　　CAN通信电路必须具备较强的抗干扰能力，如雷击、强电场、电磁辐射的干扰。本设计使用了两个高速光耦6N137,分别加在了电路的CAN发送和接收端口，用于把总线和电路隔离开来，这样总线的干扰就不会影响电路运行。同时在光耦两边用不同的独立电源供电，实现了真正意义上的电气隔离。此处用了B0505-1W实现电源隔离。B0505-1W最大输出功率1W,体积小、价格便宜，输入5V输出为电气隔离的5V.收发电路如图6所示，V+和0为隔离后的电源和地。

　　CAN收发器是CAN协议控制器和物理总线上的接口，这里采用TJAl050.TJAl050是高速CAN收发器，完全符合ISO11898标准，最高速度1Mbps,电磁辐射EME非常低，差动接收器具有较宽的共模范围，可抗电磁干扰（EMI），待机模式消耗电流极低，具有通过总线唤醒的功能和热保护功能。TJAl050采用了高速模式，并用隔离电源供电。CANH和CANL上的电容和二极管使CAN总线实现要求更高的抗干扰/辐射性能。

　　图6 CAN通信原理图

　　3.2 电气火灾监控设备

　　电气火灾监控设备由主板、键盘和显示器组成。主板采用Atmel公司的AT90CANl28为控制核心。监控设备先连接探测器，然后通过键盘配置每个探测器的ID,打开通信端口，就可以接收CAN总线上面的数据（温度和漏电流）。一旦检测到报警信号，监控设备就会持续发出声光报警，直到管理人员消除报警信号并按复位键才能恢复正常状态。报警时，液晶显示屏上会显示出报警节点的具体信息，如节点地址、报警值和设定值，方便用户快速定位报警节点，及时消除火灾隐患。若同时有多处报警，显示界面按国标要求显示的是最近的那个报警节点信息。监控设备还可远程设置各探测器的漏电流和温度报警值，指定探测器的断路器脱扣以切断用户线路和对探测器远程复位、消音等操作。监控设备设计框图如图7所示。

　　图7 监控设备硬件结构图

　　AT90CANl28是Atmel公司推出的高性能8位AVR单片机，基于AVR RISC结构。芯片采用哈佛结构，所有的寄存器直接与算术逻辑单元相连，大大提高了代码效率。硬件资源丰富，有53个通用I/O口。程序存储器大小为128KB,同时带4k容量的内部EEPROM.支持ITAG在线仿真技术，给软件开发带来了极大的方便，同时带CAN控制器。

　　键盘电路采用5×5矩阵键盘，一共25个键。实际只用到24个，功能为：0~9数字输入、上下左右4个方向键、确定、取消、自检、消音、复位和5个功能键。键盘的列KEY L1到KEY L5分别连接单片机的5个外部中断口，键盘的行KEY H1到KEY H5与单片机的5个普通IO口相连。

　　本设计为了达到良好的人机交互界面效果，采用了320×240点阵的液晶模块。该模块为蓝底白字，带中文字库，支持图形和文字模式，使用十分方便。接口电路如图8所示。液晶模块留出了22个接口供用户编程使用。图中LCD-RS为写入命令/数据选择，LCD-RW和LCD-RD为数据读写接口，LCD-CS为模块片选，LCD-RES为复位口，LCD-DB0~LCD-DB7为数据输入口，采用并行通信，一次可写入一个字节。

　　图8 液晶显示接口电路

　　4 系统软件设计及实现

　　电气火灾探测器总体软件设计如图9所示。程序从初始化开始，初始化包括了单片机I/O口初始化、A/D初始化、CAN控制器初始化等准备工作。接着单片机开始采集漏电流和温度数据。为了保证采样的实时性，漏电流的采集采用了定时采样。

　　图9 电气火灾探测器软件流程

　　根据国标对监控设备的要求，用户对监控设备的操作权限分三级级别：操作员、管理员和超级管理员。要切换到另一个级别之前必须先注销，然后登录。操作员只能查看一些记录信息，操作权限低；管理员可以查看建筑的实时信息，远程控制探测器，操作权限高；超级管理员可以配置探测器节点，操作权限最高。级别高的可以操作低级别任务，反之不行。软件总体构架如图10,清晰展示了电气火灾监控设备的程序运行情况。

　　图10 电气火灾监控设备软件流程

　　5 结论

　　本文提出的电气火灾监控系统设计方案包括一个最多可带的200个节点的电气火灾监控设备和电气火灾监控探测器。电气火灾监控探测器用于检测各线路的剩余电流（漏电流）和温度。监控设备与探测器之间通过CAN总线通信。监控设备能实时显示各监控节点的运行状态，一旦检测到有漏电报警或温度报警，监控设备和探测器都能发出声光报警信号，同时在监控设备上面显示报警地点和何种报警，并存储报警记录。该方案中设计的报警系统通信距离远、速度快，数据传输可靠性高，即插即用，使用灵活。