基于CAN總線的火災(zāi)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

0引言：
以現(xiàn)代通信和網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來的火災(zāi)遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控技術(shù),可以確保火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)和消防安全設(shè)施正常運(yùn)行并發(fā)揮其應(yīng)有作用。本文介紹利用 CAN 總線在分布式控制方面的特點(diǎn)和數(shù)據(jù)傳輸方面的優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)分布式遠(yuǎn)程火災(zāi)信息的數(shù)據(jù)采集；再使用嵌入式網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)CAN 到以太局域網(wǎng)或 Internet 的無縫連接,提高了火災(zāi)信息的傳輸距離,從而利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源，達(dá)成火災(zāi)信息的遠(yuǎn)程監(jiān)控。
1．系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)
火災(zāi)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集終端是位于采集現(xiàn)場(chǎng)的各種火災(zāi)信號(hào)探測(cè)器,并且分散在各個(gè)不同的位置（樓層）,而集中報(bào)警控制器在中央控制室（消防控制室）, 它們之間距離通常在幾十米到幾百米之間, 有時(shí)甚至達(dá)到幾千米。因此,連接導(dǎo)線少、可靠性高、實(shí)時(shí)性好、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比高就顯得尤為重要。為了解決了以上問題,采用 CAN總線來解決分布式控制和可靠性、實(shí)時(shí)性、抗干擾能力等問題。同時(shí)采用嵌入式網(wǎng)關(guān)解決以太網(wǎng)和 Internet的接入問題[１]，從而使火災(zāi)達(dá)到火災(zāi)信息遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控的目的。該系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框架如圖1 所示。

本系統(tǒng)分三個(gè)層次: (1)底層為基于 CAN總線的分布式數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò),用來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集和底層之間的通訊和數(shù)據(jù)傳輸; (2) 中間層為基于嵌入式技術(shù)的網(wǎng)關(guān),利用MAXIM 公司生產(chǎn)的DS80C400 為核心的嵌入式網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)CAN 到以太局域網(wǎng)和Internet 的無縫連接,通過該網(wǎng)關(guān)可以把底層采集來的數(shù)據(jù)傳送到控制計(jì)算機(jī)或數(shù)據(jù)服務(wù)器上; (3) 頂層為現(xiàn)有的以太局域網(wǎng)和Internet 。
2基于 CAN 總線的火災(zāi)信號(hào)采集網(wǎng)絡(luò)（底層設(shè)計(jì)）
CAN 總線是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r(shí)控制的串行通信網(wǎng)絡(luò)。CAN協(xié)議的一個(gè)最大特點(diǎn)是廢除了傳統(tǒng)的站地址編碼,而代之以對(duì)通信數(shù)據(jù)塊進(jìn)行編碼。采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)是使網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)在理論上不受限制, 數(shù)據(jù)塊的標(biāo)識(shí)碼可由 11位或 29位二進(jìn)制數(shù)組成,因此可以定義 211或 229個(gè)不同的數(shù)據(jù)塊, 這種按數(shù)據(jù)塊編碼的方式,還可使不同的節(jié)點(diǎn)同時(shí)接收到相同的數(shù)據(jù)。CAN 總線采用短幀結(jié)構(gòu), 從而保證了通信的實(shí)時(shí)性。CAN協(xié)議采用 CRC檢驗(yàn)并可提供相應(yīng)的錯(cuò)誤處理功能, 保證了數(shù)據(jù)通信的可靠性 [2 ]。CAN 總線這些特點(diǎn)都滿足了火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求。
基于CAN 總線的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的底層構(gòu)成如圖２所示。系統(tǒng)中,控制中心主機(jī)為上位機(jī),運(yùn)行時(shí)負(fù)責(zé)向各樓層集控器詢問各種火災(zāi)探測(cè)器數(shù)據(jù)及工作狀態(tài),判斷和顯示發(fā)生或可能發(fā)生火災(zāi)的樓層和具體位置。各樓層集控器由 CAN總線控制器、CAN收發(fā)器、探測(cè)器通信接口和手動(dòng)報(bào)警裝置組成。CAN 總線控制器用于集控器與控制中心主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳遞;CAN收發(fā)器增強(qiáng)了控制器的驅(qū)動(dòng)能力,保證通信距離;探測(cè)器通信接口向下連接各種探測(cè)器和手動(dòng)報(bào)警裝置。
發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),火災(zāi)報(bào)警器把需要傳送的數(shù)據(jù)寫入 CAN 控制器的發(fā)送緩沖區(qū),啟動(dòng)發(fā)送,數(shù)據(jù)即通過CAN收發(fā)器發(fā)送到總線上; 接收數(shù)據(jù)時(shí),CAN控制器通過CAN收發(fā)器從總線上接收數(shù)據(jù),處理后存入接收緩沖區(qū),并給出接收中斷信號(hào),這時(shí),集控器可以從 CAN控制器的接收緩沖區(qū)取走數(shù)據(jù)。

圖２火災(zāi)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)底層結(jié)構(gòu)

其中RS232/CAN 轉(zhuǎn)換器是控制中心上位機(jī)與CAN總線的接口,對(duì)傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行RS232總線標(biāo)準(zhǔn)和 CAN總線標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換。另外,報(bào)文的拼接和拆分、定時(shí)向集控器發(fā)校時(shí)命令等功能也由該轉(zhuǎn)換器完成。RS232/CAN 轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)如圖３所示。

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