基于CAN總線的電氣火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計方案

　　1 引言

　　目前，我國總線式電氣火災(zāi)報警裝置正在發(fā)展當(dāng)中，傳統(tǒng)的總線式電氣火災(zāi)報警器（比如二總線、RS-485等）存在一定缺陷：數(shù)據(jù)傳輸速度低、距離短，數(shù)據(jù)丟失率高，可連接的探測器數(shù)量較少，無法充分發(fā)揮總線式電氣火災(zāi)報警裝置的優(yōu)勢。因此設(shè)計一種新型總線式電氣火災(zāi)報警裝置勢在必行。

　　由于電氣火災(zāi)具有發(fā)生頻率高、發(fā)生時間和地點隨機、危害特別大等特點，國家消防局陸續(xù)制定和修改了多項政策法規(guī)，對一些高層建筑強制安裝電氣防火設(shè)備，電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)面臨著巨大的商機。

　　2 系統(tǒng)整體方案

　　本設(shè)計方案的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)包括電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備和電氣火災(zāi)探測器兩部分。每個電氣火災(zāi)探測器至少可帶一路漏電流互感器、一個斷路器和一路溫度傳感器。輸電線路經(jīng)過斷路器和漏電流互感器接到用戶負載。探測器通過互感器檢測一組用戶線路的漏電流，通過溫度傳感器檢測線纜溫度。探測器和監(jiān)控設(shè)備之間通過CAN總線通信。每個探測器必須設(shè)置一個獨一無二的ID,用于區(qū)別其他的探測器。用戶在使用之前，先根據(jù)需要設(shè)置好漏電流報警值和溫度報警值。系統(tǒng)的總體方案如圖1所示。

　　圖1 系統(tǒng)總體方案結(jié)構(gòu)圖

　　一旦檢測到報警信號，探測器會再次復(fù)核，若還能檢測到報警信號，探測器會控制斷路器迅速切斷電路，同時發(fā)出聲光報警，并把報警信息發(fā)送給監(jiān)控設(shè)備。探測器會一直保持聲、光報警信號，直到用戶按消音鍵消除聲音或排除故障后才能恢復(fù)正常。監(jiān)控設(shè)備通過320×240液晶屏實時顯示各監(jiān)控線路的運行狀態(tài)，如果監(jiān)控設(shè)備接收到報警信息，則顯示報警所在節(jié)點的位置、報警類型、報警值和設(shè)定值等。同時發(fā)出聲光報警信號，提醒消防人員及時去現(xiàn)場查明原因，有效預(yù)防電氣火災(zāi)的發(fā)生。還可以存儲報警信息，作為消防人員排查火災(zāi)原因的依據(jù)。

　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計與實現(xiàn)

　　3.1 電氣火災(zāi)探測器

　　電氣火災(zāi)探測器的主要功能是檢測電路的剩余電流和溫度，并把采集到的數(shù)據(jù)通過CAN總線發(fā)送給監(jiān)控設(shè)備。探測器可配置ID,用于網(wǎng)絡(luò)中區(qū)別于其他探測器?？稍O(shè)置漏電報警值和溫度報警值，并可選擇在漏電達到報警值時手動或者自動斷開斷路器。其硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　圖2 探測器硬件結(jié)構(gòu)圖

　　探測器的主控制芯片選用價格低廉的PIC系列單片機PIC24H64GP506.該芯片是Microchip公司推出的高性能16位單片機，采用改進型哈佛結(jié)構(gòu)。有53個通用I/O口、64K的程序存儲區(qū)、8通道硬件DMA、集成PLL可實現(xiàn)擴頻。帶一個增強型的ECAN模塊，在報文接收和發(fā)送時采用DMA的FIFO模式，提高了代碼的執(zhí)行效率。采用了低功耗CMOS閃存工藝，全靜態(tài)設(shè)計，工作電壓3.3V.

　　溫度測量采用數(shù)字式傳感器DSl8B20.與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，DSl8B20具有如下性能特點：獨特的單線接口方式，與微處理器連接時僅需要一條線即可實現(xiàn)雙向通訊；在使用中不需要任何外圍元件；可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍3.0V~5.5V;通過編程可實現(xiàn)9~12位的數(shù)字讀數(shù)方式；用戶可自設(shè)定非易失性的報警上下限值；支持多點組網(wǎng)功能，實現(xiàn)多點測溫；負壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀。因而使用DSl8B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡單，可靠性更高。溫度檢測電路比較簡單，只需一根數(shù)據(jù)線接到單片機的I/O口，數(shù)據(jù)線通過4.7K電阻上拉。電路如圖3所示。

　　圖3 溫度檢測電路

　　剩余電流測量采用的是穿心式電流互感器。在三相四線制線路中，正常情況下是沒有剩余電流的，流過A相、B相和C相的電流應(yīng)和流過N相的相等，即矢量和為零，此時互感器的二級繞組沒有感應(yīng)電流；如果發(fā)生漏電，則矢量和不為零，二級繞組上就有感應(yīng)電流，該電流經(jīng)過負荷后就會產(chǎn)生感應(yīng)電壓。這個電壓經(jīng)過調(diào)理電路整形放大，再經(jīng)過單片機A/D采樣處理后就能得到準(zhǔn)確的剩余電流值。剩余電流放大調(diào)理電路如圖4所示。