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一種基于CAN總線的集散型火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)

作者: 時(shí)間:2009-08-18 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展,社會(huì)對(duì)的規(guī)模的要求越來(lái)越大,為了適應(yīng)市場(chǎng)的需要,筆者利用現(xiàn)場(chǎng)技術(shù),設(shè)計(jì)出了一種,該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)靈活、使用方便,可滿足大、中、小各種規(guī)模的及消防控制的要求。(ControllerAreaNetwork)即控制器區(qū)域網(wǎng)――一種有效的支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的串行通訊網(wǎng)絡(luò),由于其高性能、高可靠行,及獨(dú)特的設(shè)計(jì),越來(lái)越受到人們的重視,其規(guī)范已被ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn),并被公認(rèn)為是最有前途的現(xiàn)場(chǎng)之一。本文主要介紹由MCP2510與MCP2551組成的現(xiàn)場(chǎng)總線的在型火災(zāi)報(bào)警中的應(yīng)用。

1、系統(tǒng)組成與工作原理概述

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/163638.htm

  本文提出的CAN現(xiàn)場(chǎng)總線的型火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示,每個(gè)節(jié)點(diǎn)都以AT89C51單片機(jī)為節(jié)點(diǎn)控制器,MCP2510為總線控制器,MCP2551為總線收發(fā)器,其中,與控制臺(tái)工作站相連接的節(jié)點(diǎn)被稱(chēng)為集中機(jī),其余為區(qū)域機(jī)。在集中機(jī)中,所謂控制臺(tái)工作站,就是一臺(tái)PC機(jī),單片機(jī)通過(guò)外部串行接口與控制臺(tái)工作站交換信息。各個(gè)區(qū)域機(jī)分布在不同的地理位置上,獨(dú)立地執(zhí)行一個(gè)完整的任務(wù)。在本文系統(tǒng)中,一個(gè)區(qū)域機(jī)通過(guò)一種專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的探測(cè)器總線可以連接感煙、感光、感溫等各種火警探測(cè)器,還可以借助適配器控制諸如噴水閥、卷簾門(mén)等各種消防設(shè)備以及各種聲光報(bào)警設(shè)備,探測(cè)器總線上的設(shè)備通稱(chēng)為前端設(shè)備。利用CAN通信技術(shù)將區(qū)域機(jī)聯(lián)網(wǎng),管理人員在集中機(jī)上就可以觀察各個(gè)部分的情況,便于管理和檢測(cè),隨時(shí)可以了解到各區(qū)域機(jī)運(yùn)行的是否正常,有無(wú)報(bào)警發(fā)生,也可以使各個(gè)區(qū)域機(jī)通過(guò)信息交互,實(shí)現(xiàn)資源共享,聯(lián)防控制。每個(gè)區(qū)域機(jī)都是一個(gè)獨(dú)立的基本報(bào)警控制單元,其功能與單獨(dú)使用時(shí)的情況完全一樣,它們從本區(qū)域機(jī)的探測(cè)器上采集數(shù)據(jù),如有警情出現(xiàn),在啟動(dòng)本區(qū)的有關(guān)消防設(shè)備的同時(shí),通過(guò)CAN總線將報(bào)警信號(hào)傳送給集中機(jī),集中機(jī)再?zèng)Q定需要起動(dòng)的由其它區(qū)域機(jī)管轄的有關(guān)消防設(shè)備,并通過(guò)CAN總線發(fā)出聯(lián)動(dòng)命令。另外,由于CAN總線是報(bào)文的,總線上的節(jié)點(diǎn)可以做到即插即用,因而系統(tǒng)的可擴(kuò)展性比較好;并且,增刪CAN總線上除集中機(jī)以外的任何一個(gè)節(jié)點(diǎn),不會(huì)對(duì)其它的節(jié)點(diǎn)造成任何影響。

  圖1中的MCP2510是Microchip公司為簡(jiǎn)化CAN總線的接口應(yīng)用而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的一種獨(dú)立CAN控制器芯片,支持CAN協(xié)議2.0A/2.0B,最大可編程波特率為1Mbps;MCP2551是Microchip公司生產(chǎn)的可容錯(cuò)的高速CAN總線收發(fā)器芯片,支持1Mbps的運(yùn)行速率,可連接高達(dá)112個(gè)節(jié)點(diǎn),適合12V和24V系統(tǒng),管腳特性與MCP2510完全兼容。

2硬件電路與SPI接口技術(shù)

  圖2是本文系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行CAN通信的硬件電路圖,在原理圖中,總線控制器MCP2510與總線收發(fā)器MCP2551直接相連,因?yàn)樗鼈兊墓苣_是完全兼容的,另外,考慮到系統(tǒng)總線速率比較低,所以使MCP2551的斜率電阻輸入引腳RS懸空,選擇最小斜率,這樣,既可將RFI抑制到最小,又可簡(jiǎn)化線路設(shè)計(jì)。下面重點(diǎn)說(shuō)明一下MCP2510與AT89C51的接口技術(shù)。


圖2節(jié)點(diǎn)進(jìn)行CAN通信的硬件接口電路

  MCP2510面向單片機(jī)有1個(gè)高速SPI接口(5Mhz),該接口由片選控制輸入CS、移位脈沖輸入SCK、串行數(shù)據(jù)輸入SI和輸出SO等4個(gè)引腳組成。AT89C51不具備標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口,但是,可以利用UART接口與SPI接口通信。圖3為AT89C51的UART接口工作在方式0,即移位寄存器方式時(shí)的工作時(shí)序圖。AT89C51的UART有4種工作方式,按方式0工作時(shí),串行數(shù)據(jù)從RXD輸入或輸出,TXD輸出移位脈沖,每次發(fā)送或接收8位數(shù)據(jù),波特率固定為時(shí)鐘頻率的1/12,即1個(gè)位周期對(duì)應(yīng)1個(gè)機(jī)器周期,1個(gè)機(jī)器周期由12個(gè)時(shí)鐘周期組成,等分為6個(gè)狀態(tài)(S1~S6),每個(gè)狀態(tài)又等分為2個(gè)相位P1、P2,因此1個(gè)機(jī)器周期的12個(gè)時(shí)鐘周期可記為S1P1、S1P2、S2P1、……、S6P2。TXD輸出的移位脈沖在每個(gè)機(jī)器周期的S3、S4和S5期間為低電平,而在其余時(shí)間為高電平。發(fā)送時(shí),每個(gè)機(jī)器周期的S6P2輸出數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)有效時(shí)間完全覆蓋了TXD輸出脈沖的負(fù)半周,顯然,無(wú)論是在TXD的上升沿,還是下降沿,外設(shè)都可從RXD輸入有效數(shù)據(jù)。接收時(shí),每個(gè)機(jī)器周期的S5P2輸入數(shù)據(jù),顯然,外設(shè)如果在TXD的下降沿輸出數(shù)據(jù),單片機(jī)就可接收到有效數(shù)據(jù)。因?yàn)镸CP2510的SPI接口是在SCK的上升沿輸入數(shù)據(jù),在SCK的下降沿輸出數(shù)據(jù),所以,在電路圖中,可以將TXD直接作為SCK的輸入信號(hào)。MCP2510的SPI接口在讀過(guò)程中,首先接收單片機(jī)發(fā)出的讀命令和地址,這時(shí),輸出信號(hào)線SO處于高祖態(tài),之后,在輸出數(shù)據(jù)時(shí),輸入信號(hào)線SI的狀態(tài)可為任意值。而在寫(xiě)過(guò)程中,SO始終處于高阻態(tài)。一個(gè)寫(xiě)過(guò)程或讀過(guò)程的啟動(dòng)或結(jié)束,都是由片選信號(hào)CS控制的。根據(jù)SPI接口的這一工作機(jī)理,在電路圖中,將MCP2510的SI和SO連接在一起,形成一個(gè)雙向信號(hào)線,再與AT89C51的準(zhǔn)雙向數(shù)據(jù)線RXD連接在一起,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,MCP2510與AT89C51的這種連接方式是完全正確的。因?yàn)樵趩纹瑱C(jī)應(yīng)用領(lǐng)域,51系列單片機(jī)一直是主流產(chǎn)品,所以將其應(yīng)用于CAN總線系統(tǒng),無(wú)疑可以降低成本,縮短開(kāi)發(fā)周期。

  為了實(shí)現(xiàn)與MCP2510的SPI接口交互,單片機(jī)的UART接口選擇方式0,采用12MHz晶振作為單片機(jī)的時(shí)鐘頻率,在方式0下,波特率固定為1Mbps。在圖2所示的硬件電路的支持下,AT89C51就可按照普通移位寄存器的方式與MCP2510進(jìn)行數(shù)據(jù)交互,對(duì)MCP2510進(jìn)行寫(xiě)操作和讀操作的匯編語(yǔ)言子程序從略。值得指出的是,因?yàn)镾PI傳輸數(shù)據(jù)的順序是先高位后低位,與UART傳輸數(shù)據(jù)的順序相反,因此,編寫(xiě)單片機(jī)與MCP2510的接口程序時(shí),對(duì)MCP2510的控制字、狀態(tài)字以及寄存器地址,要進(jìn)行二進(jìn)制到排處理。例如,MCP2510的接收緩沖寄存器RXB0的首地址是01010110B,單片機(jī)讀其中的內(nèi)容時(shí),寫(xiě)入單片機(jī)的串口緩沖寄存器SBUF的地址值應(yīng)該是01101010B。


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