基于CAN总线的复合型火灾报警探测器设计方案

　　0 引言

　　随着城市现代化建设进程的加快发展， 城市抗御火灾的综合实力也在不断增强。火灾自动探测与报警技术就是将传感技术、通讯技术和智能化信息处理技术应用于火灾预防的一项综合性技术， 该技术具有速度快、实时性好、可直接与城市119消防中心的计算机联网等突出优点。其中CAN总线具有高可靠性和适合远距离传输的优点。CAN总线与火灾自动报警系统相结合， 突破了传统温度监测的瓶颈， 它可在探测器内加进MCU， 从而对火灾特征信号直接进行分析和判断， 并将结果传送给控制器。这种高效、数字、开放的分布式火灾报警系统是一种很好的复合型火灾报警的尝试。

　　1 系统结构

　　图1所示为管理计算机和智能节点组成的CAN总线火灾自动报警系统的两层网络结构框图。由图可见， 该系统由上位监控机、CAN通信适配卡和多个智能节点组成。采用CAN总线作为通信网络来将各节点连接成一个分布式智能监控系统。其中单片机主要完成现场传感器的信号采集及对系统计算及信息的处理等； CAN总线控制器主要用于系统的通信； CAN收发器主要用于增强系统的驱动能力， 增大通信距离， 提高系统的瞬时抗干扰能力， 保护总线， 降低射频干扰（RFI） 等。当火灾发生时， 可通过上位PC 机的报警来获得火灾发生的时间及地点， 同时通过119火灾智能报警器自动与消防指挥中心联络， 从而实现无人值守； 另一方面， 可利用消防联动控制系统根据联动控制盘的指令自动启动消防设施，以达到灭火的目的。此外， 上位PC机还具有系统参数（如波特率、报文标识与屏蔽等） 设置、监视状态设置、数据发送、数据请求、节点状态查询等功能。而各个下位节点控制器主要是通过CAN 总线接收上位机的各种操作控制命令和参数设定， 实时采集现场监测到的火灾报警信号等。

　　事实上， 各个下位智能节点间也可通过CAN 总线网络相互发起通信， 以进行信息交换。 

　　图1 基于CAN总线的火灾自动报警系统结构框图

　　2 硬件设计

　　2.1 智能节点设计

　　图2所示是本系统的硬件结构图。本系统的上位监控机采用抗干扰能力很强的工业PC机， 并以TJA1050芯片作为CAN 收发器， 以SJA1000芯片作为CAN 总线控制器， AT89S52单片机作为节点控制器， 同时将其与火灾传感器相连。温度传感器采集的信号经过处理后传给AD0809芯片进行A/D转换， 然后再传给AT89S52。烟雾传感器的逻辑信号可直接传给AT89S52。单片机可结合两路信号进行火灾分级报警处理。SJA1000的TXD和RXD相应的连到TJA1050的TXD和RXD。

　　火灾探测器采集的信号经单片机处理后的报警信号传给SJA1000， 再经过验收滤波后上传到CAN总线， 由CAN通信适配卡传给PC机显示， 这样，PC机就可以得到产生报警的报警器序号。同时，PC机上的数据也可通过SJA1000返传回单片机进行控制， 这个传输无需SJA1000的验收滤波。

　　CAN一般可通过中断来接发数据。 

　　图2 系统硬件结构图

　　2.2 复合式火灾探测器

　　复合式火灾探测器结合使用感温和感烟两种电路可将两种火灾参数复合在一个探测器内。温度检测电路可使用热敏电阻， 即在一定的温度范围内， 根据测量热敏电阻阻值的变化来测量介质的温度变化。当监测点发生火灾时， 外界环境温度升高， 热敏电阻的阻值下降， 从而使得输出的电压值产生变化， 这样， 系统就可以采集电压值数据并进行A/D转换。

　　检测烟雾浓度的电路使用红外线， 当监测点发生火灾时， 外界环境中的烟雾浓度升高从而阻碍红外线的接收， 以便结合温度的变化进行火灾报警。为了增加红外线的控制距离， 红外发光二极管应工作于脉冲状态， 因为脉动光的有效传送距离与脉冲的峰值电流成正比， 因此， 只需尽量提高峰值Ip， 就能增加红外光的发射距离。提高Ip的方法是减小脉冲占空比。设计时可采用555定时器来产生方波以驱动红外线发射管发射红外线。红外线接收管接收红外线后， 接着对接收到的一定频率的信号进行比较、整形， 滤波处理，再输出一定频率范围的电压信号。利用锁相环电路对所接收到的放大信号进行锁频， 然后， 再调节RC的中心频率来“识别” 信号。无信号输入或者输入信号与中心频率不匹配时， 系统便输出高电平； 而当输入信号达到设定的中心频率时，系统便输出低电平信号。该信号直接接入AT89S52。

　　3 软件设计

　　本火灾自动报警系统的软件设计流程如图3所示。图中， 当系统启动并初始化后， 复合式火灾探测器便开始采集数据， 其中采集到的温度数值将进行A/D转换， 转换完后的温度值和烟雾逻辑值将传给单片机， 然后由单片机根据两种数据结合进行火灾判断， 再把得到的报警信号上传给CAN总线， 并由CAN通信适配卡传给PC机显示，由此实现火灾自动报警的功能。 

　　图3 系统软件流程图

　　4 结束语

　　本文设计的火灾自动报警系统采用CAN总线控制形式， 并利用总线通信来实现总控制器和下挂在总线上的多个火灾报警控制器之间的通信。

　　本系统的硬件电路是以AT89S52单片机为主控芯片， 结合使用AD0809进行数据转换， 再使用SJA1000和TJA1050在总线上进行通信。由于本系统使用感温感烟式火灾探测器， 而这种复合式火灾探测器在原本单一火灾因素报警的基础上， 又增加了判断条件， 因而减少了火灾误判、误报的几率。