基于CAN總線(xiàn)的電氣火災報警系統的設計方案

　　1 引言

　　目前，我國總線(xiàn)式電氣火災報警裝置正在發(fā)展當中，傳統的總線(xiàn)式電氣火災報警器（比如二總線(xiàn)、RS-485等）存在一定缺陷：數據傳輸速度低、距離短，數據丟失率高，可連接的探測器數量較少，無(wú)法充分發(fā)揮總線(xiàn)式電氣火災報警裝置的優(yōu)勢。因此設計一種新型總線(xiàn)式電氣火災報警裝置勢在必行。

　　由于電氣火災具有發(fā)生頻率高、發(fā)生時(shí)間和地點(diǎn)隨機、危害特別大等特點(diǎn)，國家消防局陸續制定和修改了多項政策法規，對一些高層建筑強制安裝電氣防火設備，電氣火災監控系統面臨著(zhù)巨大的商機。

　　2 系統整體方案

　　本設計方案的電氣火災監控系統包括電氣火災監控設備和電氣火災探測器兩部分。每個(gè)電氣火災探測器至少可帶一路漏電流互感器、一個(gè)斷路器和一路溫度傳感器。輸電線(xiàn)路經(jīng)過(guò)斷路器和漏電流互感器接到用戶(hù)負載。探測器通過(guò)互感器檢測一組用戶(hù)線(xiàn)路的漏電流，通過(guò)溫度傳感器檢測線(xiàn)纜溫度。探測器和監控設備之間通過(guò)CAN總線(xiàn)通信。每個(gè)探測器必須設置一個(gè)獨一無(wú)二的ID,用于區別其他的探測器。用戶(hù)在使用之前，先根據需要設置好漏電流報警值和溫度報警值。系統的總體方案如圖1所示。

　　圖1 系統總體方案結構圖

　　一旦檢測到報警信號，探測器會(huì )再次復核，若還能檢測到報警信號，探測器會(huì )控制斷路器迅速切斷電路，同時(shí)發(fā)出聲光報警，并把報警信息發(fā)送給監控設備。探測器會(huì )一直保持聲、光報警信號，直到用戶(hù)按消音鍵消除聲音或排除故障后才能恢復正常。監控設備通過(guò)320×240液晶屏實(shí)時(shí)顯示各監控線(xiàn)路的運行狀態(tài)，如果監控設備接收到報警信息，則顯示報警所在節點(diǎn)的位置、報警類(lèi)型、報警值和設定值等。同時(shí)發(fā)出聲光報警信號，提醒消防人員及時(shí)去現場(chǎng)查明原因，有效預防電氣火災的發(fā)生。還可以存儲報警信息，作為消防人員排查火災原因的依據。

　　3 系統硬件設計與實(shí)現

　　3.1 電氣火災探測器

　　電氣火災探測器的主要功能是檢測電路的剩余電流和溫度，并把采集到的數據通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送給監控設備。探測器可配置ID,用于網(wǎng)絡(luò )中區別于其他探測器?？稍O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(shí)手動(dòng)或者自動(dòng)斷開(kāi)斷路器。其硬件結構如圖2所示。

　　圖2 探測器硬件結構圖

　　探測器的主控制芯片選用價(jià)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(jìn)型哈佛結構。有53個(gè)通用I/O口、64K的程序存儲區、8通道硬件DMA、集成PLL可實(shí)現擴頻。帶一個(gè)增強型的ECAN模塊，在報文接收和發(fā)送時(shí)采用DMA的FIFO模式，提高了代碼的執行效率。采用了低功耗CMOS閃存工藝，全靜態(tài)設計，工作電壓3.3V.

　　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。