基于CAN總線(xiàn)的電氣火災預警系統設計與實(shí)現

傳統的CAN總線(xiàn)節點(diǎn)之間通信的控制方式有2種，一種是利用單片機控制獨立的CAN總線(xiàn)控制器；另一種是用帶有CAN總線(xiàn)控制器的單片機進(jìn)行控制。這2種方式都存在線(xiàn)路復雜，系統穩定性不高以及無(wú)法實(shí)時(shí)處理大理數據信息的弱點(diǎn)。本系統采用SoPC技術(shù)對CAN總線(xiàn)通信進(jìn)行控制，可編程片上系統(System on a Programmable Chip，SoPC)技術(shù)是由Altera公司提出的一種靈活、高效的片上系統(Systemon a Chip，SOC)解決方案，是一種特殊的嵌入式系統。本系統中用嵌入式軟核NiosⅡ作為控制器，以MieroChip公司的MCP2515作為CAN總線(xiàn)控制器。
以往的CAN總線(xiàn)收發(fā)器，通常采用2個(gè)高速光耦(如6N137)，以實(shí)現電氣隔離和電源上的DC—DC隔離，從而提高CAN總線(xiàn)通信的抗干擾性，另外還需要對阻抗進(jìn)行調節、匹配才能搭出合理的電路，本系統采用廣州周立功公司的CTM1050T。模塊作為CAN總線(xiàn)收發(fā)裝置。它是一款帶隔離的高速CAN收發(fā)器芯片，該芯片內部集成了所有必需的CAN隔離與收發(fā)器件，能直接與CAN總線(xiàn)控制器的TXD，RXD引腳相連，具體電路連接如圖4所示。

系統采用這種拓撲結構，最大的好處在于降低了系統線(xiàn)路的復雜程度，同時(shí)提高了系統的穩定性，并在一定程度上降低了功耗和生產(chǎn)成本。
2．2 軟件設計中的關(guān)鍵問(wèn)題
本系統軟件設計主要包括2個(gè)方面，一是系統對于電氣火災的預測與預報的算法實(shí)現；二是上位機監控軟件的設計和下位機功能軟件的實(shí)現。
設計本系統主要是為了解決傳統火災預警系統中的誤報、漏報率高的問(wèn)題，實(shí)驗測試表明，火災探測器一段時(shí)間內的各采集的量值相互獨立，呈一種相關(guān)隨機分布，火災探測信號是非平移隨機過(guò)程，因此本文對探測器的量測判斷提出一種新的決策方法，即模式分類(lèi)判別方法，火災探測器在臨界點(diǎn)附近的傳感器的量值判斷，對應著(zhù)實(shí)際情況就是2類(lèi)分類(lèi)的問(wèn)題，第一類(lèi)是線(xiàn)路一般故障，不會(huì )引發(fā)火災；第二類(lèi)是線(xiàn)路存在嚴重故障，有發(fā)生火災的可能性，一般在臨界點(diǎn)(閾值)范圍的傳感器在實(shí)際情況中會(huì )出現幾種情況：正常，報警，但是在這一臨界點(diǎn)上，出現這各種情況卻是一種隨機分布，也就是說(shuō)在臨界點(diǎn)上是一種概率分布，當傳感器檢測到的值到了一定的范圍(一般取臨界點(diǎn)的一個(gè)范圍)內，為了減少漏報和誤報，在系統設計的過(guò)程中采用貝葉斯決策進(jìn)行情況分類(lèi)，于是問(wèn)題轉化為對特定模式的決策分類(lèi)問(wèn)題。
上位機軟件主要是顯示目前系統的運行狀況和預測結果，下位機SoPC系統功能軟件中與CAN總線(xiàn)通信部分的軟件設計是整個(gè)系統軟件設計中較為關(guān)鍵的部分，SoPC系統中采用NiosⅡ為處理器，通過(guò)Avalon總線(xiàn)與定制的SPI核在FPGA芯片EP2C8Q208C8N中進(jìn)行系統集成，這一過(guò)程可以通過(guò)QuartusⅡ軟件中的SoPC Builder工具完成，然后通過(guò)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境NiosⅡIDE對定制的SPI的IP核進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)與操作，待仿真驗證無(wú)誤后，利用ISP電纜線(xiàn)將程序燒寫(xiě)至SoPC系統的配置芯片中，使CAN總線(xiàn)節點(diǎn)正常工作，上、下位機程序流程圖如圖5，圖6所示。