基于CAN總線(xiàn)的電氣火災報警系統設計方案
溫度測量采用數字式傳感器DSl8B20.與傳統的熱敏電阻相比,DSl8B20具有如下性能特點(diǎn):獨特的單線(xiàn)接口方式,與微處理器連接時(shí)僅需要一條線(xiàn)即可實(shí)現雙向通訊;在使用中不需要任何外圍元件;可用數據線(xiàn)供電,電壓范圍3.0V~5.5V;通過(guò)編程可實(shí)現9~12位的數字讀數方式;用戶(hù)可自設定非易失性的報警上下限值;支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能,實(shí)現多點(diǎn)測溫;負壓特性,電源極性接反時(shí),溫度計不會(huì )因發(fā)熱而燒毀。因而使用DSl8B20可使系統結構更簡(jiǎn)單,可靠性更高。溫度檢測電路比較簡(jiǎn)單,只需一根數據線(xiàn)接到單片機的I/O口,數據線(xiàn)通過(guò)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(xiàn)制線(xiàn)路中,正常情況下是沒(méi)有剩余電流的,流過(guò)A 相、B相和C相的電流應和流過(guò)N相的相等,即矢量和為零,此時(shí)互感器的二級繞組沒(méi)有感應電流;如果發(fā)生漏電,則矢量和不為零,二級繞組上就有感應電流,該電流經(jīng)過(guò)負荷后就會(huì )產(chǎn)生感應電壓。這個(gè)電壓經(jīng)過(guò)調理電路整形放大,再經(jīng)過(guò)單片機A/D采樣處理后就能得到準確的剩余電流值。剩余電流放大調理電路如圖4所示。
圖4 電流放大調理電路
圖4中,MCP6004是Microchip公司生產(chǎn)的低功率運算放大器、4運放封裝、1M增益帶寬、供電電壓1.8V到5.5V、供電電流100μA.功耗低、性能穩定,適合工控產(chǎn)品的使用。Sensor為電流互感器,其二次繞組引出兩根線(xiàn),一根接地,另一根與電阻R152相連,把電流信號轉變?yōu)殡妷盒盘朧i.輸出信號Vo2與單片機的A/D口連接。為了使峰值檢波電路能根據輸入漏電流的大小變化跟著(zhù)瞬態(tài)變化,實(shí)現起來(lái)也比較簡(jiǎn)單,就是每次單片機采樣完,使端口定義為輸出,稍做延時(shí),使電容迅速放電,再把端口定義為輸入。
探測器通過(guò)控制繼電器來(lái)完成斷路器的脫扣功能。斷路器上有一個(gè)AC220V的脫扣器,給脫扣器一個(gè)交流220V電壓就能使斷路器斷開(kāi),切斷線(xiàn)路。脫扣器一端接零線(xiàn),一端接繼電器1腳,繼電器的3腳接火線(xiàn)。繼電器控制火線(xiàn)的通斷就可以實(shí)現脫扣器的開(kāi)關(guān),斷路器脫扣電路如圖5.
圖5 斷路器脫扣控制電路
CAN通信電路必須具備較強的抗干擾能力,如雷擊、強電場(chǎng)、電磁輻射的干擾。本設計使用了兩個(gè)高速光耦6N137, 分別加在了電路的CAN發(fā)送和接收端口,用于把總線(xiàn)和電路隔離開(kāi)來(lái),這樣總線(xiàn)的干擾就不會(huì )影響電路運行。同時(shí)在光耦兩邊用不同的獨立電源供電,實(shí)現了真正意義上的電氣隔離。此處用了B0505-1W實(shí)現電源隔離。B0505-1W最大輸出功率1W,體積小、價(jià)格便宜,輸入5V輸出為電氣隔離的5V.收發(fā)電路如圖6所示,V+和0為隔離后的電源和地。
CAN收發(fā)器是CAN協(xié)議控制器和物理總線(xiàn)上的接口,這里采用TJAl050.TJAl050是高速CAN收發(fā)器,完全符合ISO11898標準,最高速度1Mbps,電磁輻射EME非常低,差動(dòng)接收器具有較寬的共模范圍,可抗電磁干擾(EMI),待機模式消耗電流極低,具有通過(guò)總線(xiàn)喚醒的功能和熱保護功能。TJAl050采用了高速模式,并用隔離電源供電。CANH和CANL上的電容和二極管使 CAN總線(xiàn)實(shí)現要求更高的抗干擾/輻射性能。
圖6 CAN通信原理圖
3.2 電氣火災監控設備
電氣火災監控設備由主板、鍵盤(pán)和顯示器組成。主板采用Atmel公司的AT90CANl28為控制核心。監控設備先連接探測器,然后通過(guò)鍵盤(pán)配置每個(gè)探測器的ID,打開(kāi)通信端口,就可以接收CAN總線(xiàn)上面的數據(溫度和漏電流)。一旦檢測到報警信號,監控設備就會(huì )持續發(fā)出聲光報警,直到管理人員消除報警信號并按復位鍵才能恢復正常狀態(tài)。報警時(shí),液晶顯示屏上會(huì )顯示出報警節點(diǎn)的具體信息,如節點(diǎn)地址、報警值和設定值,方便用戶(hù)快速定位報警節點(diǎn),及時(shí)消除火災隱患。若同時(shí)有多處報警,顯示界面按國標要求顯示的是最近的那個(gè)報警節點(diǎn)信息。監控設備還可遠程設置各探測器的漏電流和溫度報警值,指定探測器的斷路器脫扣以切斷用戶(hù)線(xiàn)路和對探測器遠程復位、消音等操作。監控設備設計框圖如圖7所示。
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