图像型火灾探测器开关量接口板的开发

1、大连海事大学毕 业 论 文装订线二一四年六月图像型火灾探测器开关量接口板的开发专业班级：电子信息科学与技术1班姓 名： 张 克 杰 指导老师： 李 爱 国 信息科学技术学院摘 要图像型火灾探测器，是利用CCD摄像机作为探头，将被监视现场的画面输入图像处理单元，然后利用图像处理的算法，从图像序列中来识别有无火灾的发生。在发现火灾的情况下，计算火灾的空间位置，自动启动灭火系统和疏散系统。常见的火灾探测器，在信号传输方面有很多缺陷。本文设计的基于单片机的图像型火灾探测器是将以太网和火灾报警装置结合在一起，用以太网传输信号，网络硬盘录像机从网络信号中提取报警信息，经RS485通过开关板转化为无源开关量

2、，而后经输入模块送到火灾报警控制器。经过设计和实验表明由以太网传输信号，丰富了报警输出方式，能够很好的起到火灾报警的作用，提高了工作效率和值班人员的人身安全，而且建设容易，故障排除比较简单，故障也容易隔离。关键词：单片机；图像型；火灾报警器 AbstractImage type fire detector, is to use CCD camera as the probe, will be monitoring the scene of an input image processing unit, and then use the algorithms of image processin

3、g, from image sequences to identify whether there is fire. Found in case of fire, calculate the space position of the fire, automatic start fire extinguishing system and evacuation system.Fire detectors in common, there are many defects in signal transmission. In this paper, the design of image type

4、 fire detector based on single chip microcomputer is the Ethernet and the fire alarm device together, using Ethernet signal transmission, network hard disk video recorder from the network signal alarm information, through RS485, through the switch board into a passive switch, and the input module to

5、 the fire alarm controller. Through the design and experimental results show that the Ethernet transmission signal, the alarm output mode, can play a very good fire alarm function, improve work efficiency and staff's personal safety, and the construction is easy, troubleshooting is relatively si

6、mple, also easy to isolate the fault.Keywords: C8051F410; Image type; Fire alarm目 录第1章 课题的背景和任务1第2章 系统硬件设计32.1单片机模块32.1.1 C8051F410模拟外设42.1.2 C8051F410在片调试52.1.3 C8051F410存储器52.1.4 C8051F410片内存储器52.1.5 C8051F410模/数转换器62.1.6 C8051F410电流输出DAC62.1.7 C8051F410循环冗余检查单元62.1.8 C8051F410稳压器62.1.9 C8051F410串

7、行端口62.1.10 C8051F410smaRTClock（实时时钟）72.1.11 C8051F410端口输入/输出72.1.12 C8051F410工作方式72.2 RS485模块92.2.1 RS-485 芯片和标准92.2.2 MAX487概述112.3继电器输出模块132.3.1 继电器原理132.3.2 74HC14芯片152.3.3 继电器电路152.4电源模块162.3.1 AC/DC变换172.3.3 LM2576器件介绍18第3章 软件设计213.1 RS-485 通讯协议213.1.1 485软件的编程213.2 主程序流程图223.2.1主程序如下223.2.2子程序

8、如下30结论32参 考 文 献33致 谢34附录35图像型火灾探测器开关量接口板的开发第1章 课题的背景和任务图像型火灾探测器，是利用CCD摄像机作为探头，将被监视现场的画面输入图像处理单元，然后利用图像处理的算法，从图像序列中来识别有无火灾的发生。在发现火灾的情况下，计算火灾的空间位置，自动启动灭火系统和疏散系统。目前常见的图像型火灾探测器提供三种信号：模拟视频信号、开关量信号和RS485信号。其中模拟视频信号用来传输现场的视频画面，开关量信号表示现场有无报警，RS485信号通常设置探测器的参数。但是，模拟视频信号的传输目前仍然使用电缆，中间的信号线，外部包屏蔽层作为地。视频传输过程中的容易

9、出现频率失真，传输距离比较短；易受电源波动影响，因为系统中使用的直流电源一般是交流电经过变压、整流，滤波、稳压后产生的，由于交流电源公用，所以电源变动会产生干扰；模拟视频信号在传输过程中线缆出现问题也不以查找问题点。RS-485接口采用差分方式传输信号，并不需要相对于某个参照点来检测信号，系统只需检测两线之间的电位差就可以了。但人们往往忽视了收发器有一定的共模电压范围，RS-485收发器共模电压范围为-7+12V，只有满足上述条件，整个网络才能正常工作。当网络线路中共模电压超出此范围时就会影响通信的稳定可靠，甚至损坏接口。随着网路技术的发展，越来越多的信号采用以太网进行传输。基于以太网的图像型

10、火灾探测器通过以太网同时传输视频信号、报警信号、探测器调试参数，以太网可以采用多种连接介质，包括同轴缆、双绞线和光纤等。其中双绞线多用于从主机到集线器或交换机的连接，而光纤则主要用于交换机间的级联和交换机到路由器间的点到点链路上。以太网具有建设容易，排除故障简单，隔离故障容易等优点。火灾报警控制器可分为联动型和非联动型。联动型的火灾报警控制器可以根据报警信号的来源，联动其它灭火装置，如喷淋、消防水炮等。火灾探测器一般需要提供无源开关量，通过输入模块接入火灾报警控制器。而网络型的图像火灾探测器全部信号都是通过网线传输，因此需要从网线中将报警解析出来。本课题的目的就是从网络信号的提取报警信息，转化

11、成无源的开关量，通过输入模块送到火灾报警控制器。探测点1探测点2探测点n-交换机电脑主机网络硬盘录像机开关板火灾报警控制器图1.1 图像火灾探测系统的基本结构探测点1探测点2探测点n-交换机电脑主机网络硬盘录像机开关板火灾报警控制器交换机图1.2 网络型图像火灾探测系统的基本结构第2章 系统硬件设计2.1单片机模块C8051F410属于Silicon Labs的小外型微控制器系列。C8051F410在极小的封装中集成了高速8051CPU、Flash存储器和高性能模拟电路，允许设计者在提高系统性能的同时，大大减少所需元件的数目。C8051F410包含一个扩展中断系统，支持18个中断源，每个中断源

12、有两个优先级。没个中断源可在一个SFR中有一个或多个中断标志，中断响应时间取决于CPU当时状态，最快响应为7个系统时钟时间。C8051F410器件是完全集成的低功耗混合信号片上系统型MCU。下面列出了一些主要特性。*高速、流水线结构的8051兼容的微控制器核（可达50MIPS）*全速、非侵入式的在系统调试接口片内）*真12位200ksps的24通道ADC，带模拟多路器*两个12位电流输出DAC*高精度可编程的24.5MHz内部振荡器*达32KB的片内FLASH存储器*2304字节片内RAM*硬件实现的SMBus/I2C、增强型UART和增强型SPI串行接口*4个通用的16位定时器*具有6个捕捉

13、/比较模块和看门狗定时器功能可编程计数器/定时器阵列*硬件实时时钟（smaRTClock），工作电压可低至1V，带64字节电池后备 RAM和后备稳压器*硬件CRC引擎*片内上电复位、VDD监视器和温度传感器*片内电压比较器*多达4个端口I/O图2.1 C8051F410原理框图图2.2 C8051F410/2引脚图（顶视图）2.1.1 C8051F410模拟外设*12位ADC*±1LSB INL无失码*可编程转换速率，最高200ksps*可多达24个外部输入*数据窗口中断发生器*内建温度传感器*两个12位电流输出DAC*两个比较器*可编程回差电压和响应时间*可配置为唤醒或复位源*上电

14、复位/欠压检测器2.1.2 C8051F410在片调试*片内调试电路提供全速、非侵入式的在系统调试（不需仿真器）*支持断点、单步、观察/修改存储器和寄存器*完全的开发套件供电电压2.0V5.25V*内建LDO稳压器：2.1或2.5V高速8051微控制器内核*流水线指令结构；70%的指令的执行时间为一个或两个系统时钟周期*速度可达50MIPS（时钟频率为50MHz时）*扩展的中断系统2.1.3 C8051F410存储器*2304字节内部数据RAM（256+2048）*32/16KB FLASH；可在系统编程，扇区大小为512字节*64字节电池后备RAM（smaRTClock）数字外设*24个端口

15、I/O；推挽或漏极开路，耐5.25V电压*可同时使用的硬件SMBus（I2C兼容）、SPI和UART串口*4个通用16位计数器/定时器*16位可编程计数器/定时器阵列（PCA），有6个捕捉/比较模块和WDT*硬件实时时钟（smaRTClock），工作电压可低至1V，64字节电池后备RAM 和后备稳压器时钟源*内部振荡器：24.5MHz，±2%精度，可支持UART操作；时钟乘法器可达50MHz*外部振荡器：晶体、RC、C、或外部时钟*smaRTClock振荡器：32KHz 晶体或谐振器*可在运行中切换时钟源32脚LQFP或28 脚 5x5 QFN 封装*温度范围：-40°C

16、- +85°C2.1.4 C8051F410片内存储器C8051F410有标准8051的程序和数据地址配置。它包括256字节的数据 RAM，其中高128字节为双映射。用间接寻址访问通用RAM的高128字节，用直接寻址访问128字节的SFR地址空间。数据RAM的低128字节可用直接或间接寻址方式访问。前32个字节为4个通用寄存器区，接下来的16字节既可以按字节寻址也可以按位寻址。程序存储器包含32KB（F401/1）或16KB（F402/3）的FLASH。该存储器以512字节为一个扇区，可以在系统编程，且不需特别的编程电压。图1.6 给出了MCU系统的存储器结构。2.1.5 C8051

17、F410模/数转换器C8051F410器件内部有一个12位SAR ADC和一个27通道单端输入多路选择器，该ADC的最大转换速率为200ksps。ADC系统包含一个可编程的模拟多路选择器，用于选择ADC的输入。端口02可以作为ADC的输入；另外，片内温度传感器的输出和电源电压（VDD）也可以作为ADC的输入。用户固件可以将ADC置于关断状态或使用突发模式以节省功耗。2.1.6 C8051F410电流输出DACC8051F410内部有两个12位电流方式数/模转换器（IDAC）。IDAC的最大输出电流可以有4种不同的设置：0.25mA、0.5mA、1mA和2mA。IDAC具有灵活的输出更新机制，允

18、许无缝满度变化，支持无抖动波形更新。两个IDAC输出可以汇合到一个端口I/O引脚，以提高满度电流输出或提高分辨率。IDAC有三种更新方式：要求时更新、定时器溢出更新和与外部信号同步更新。2.1.7 C8051F410循环冗余检查单元C8051F410器件内部有一个循环冗余检查单元（CRC0），它能使用16位或32位多项式执行CRC操作。CRC0接受字节数据流，输出一个16位或32位的结果。CRC0还具有硬件位反转功能，可以进行快速数据操作。2.1.8 C8051F410稳压器C8051F410器件内部包含一个低降落稳压器（REG0）。输入到REG0的VREGIN引脚的电压可以高达5.25V。稳

19、压器的输出可以用软件选择为2.0V或2.5V。当被使能时，REG0输出为器件供电并驱动VDD引脚。稳压器可用于为连接到VDD的外部器件提供电源。2.1.9 C8051F410串行端口C8051F410系列MCU内部有一个SMBus/I2C接口、一个具有增强型波特率配置的全双工UART和一个增强型SPI接口。每种串行总线都完全用硬件实现，都能向CIP-51产生中断，因此需要很少的CPU干预。2.1.10 C8051F410smaRTClock（实时时钟）C8051F410器件内部有一个smaRTClock外设（实时时钟）。smaRTClock有一个专用的32KHz振荡器（可以被配置为使用或不使用

20、晶体）、一个具有告警功能的47位smaRTClock定时器、一个后备电源稳压器和64字节的后备SRAM。当后备电源供电时，即使控制器核没有电源，smaRTClock也会保持全功能运行。2.1.11 C8051F410端口输入/输出C8051F410器件最多有24个I/O引脚，端口引脚被组织为三个8位端口。端口的工作情况与标准8051相似，但有一些改进。每个端口引脚都可以被配置为数字或模拟I/O引脚。被选择作为数字I/O的引脚还可以被配置为推挽或漏极开路输出。在标准8051中固定的“弱上拉”可以被单独或总体禁止，以降低功耗。2.1.12 C8051F410工作方式C8051F410 器件有四种工

21、作方式：活动（正常）、空闲、挂起和停机。当振荡器和外设处于活动状态时，MCU 工作在正常方式。在空闲方式，CPU 停止运行，而外设和内部时钟处于活动状态。在挂起方式，SYSCLK 停止，直到有唤醒事件发生，所有使用SYSCLK的外设也停止运行。在停机方式，CPU 停止运行，所有的中断和定时器都处于非活动状态，内部振荡器停止根据C8051F410单片机的特性，我们设计的电路如下：图2.3 C8051F410 最小系统电路图系统电路中，Vio、VDD、Vregin三个管脚所接电路中电容为滤波和退耦电容。在RST端口接了一个上拉电阻，可以将不确定的信号通过一个电阻钳位在高电平，同时还起到限流作用。表

22、2.1 C8051F410/2引脚定义引脚名称引脚号引脚类型说明VDD7内核电源VIO1I/O电源GND6地VREGIN8内部稳压器输入/RSTC2CK2数字 I/O数字 I/O器件复位P2.7C2D32数字 I/O数字 I/O端口 P2.7C2 调试接口的双向数据信号XTAL35模拟输入smaRTClock 振荡器晶体输入XTAL44模拟输出smaRTClock 振荡器晶体输出P0.0IDAC017数字 I/O或模拟输入模拟输出端口 P0.0IDAC0 输出P0.1IDAC118数字I/O或模拟输入模拟输出端口 P0.1IDAC1 输出P0.219数字 I/O或模拟输入端口 P0.2P0.3

23、20数字 I/O端口 P0.3P0.4TX21数字I/O或模拟输入数字输出端口 P0.4UART TX 引脚P0.5RX22数字I/O或模拟输入数字输入端口 P0.5UART RX 引脚P0.6CNVSTR23数字I/O或模拟输入数字输入端口 P0.6ADC0、IDA0 和 IDA1 的外部转换启动输入P0.724数字I/O或模拟输入端口 P0.7P1.0XTAL19数字I/O或模拟输入模拟输入端口 P1.0外部时钟输入P1.1XTAL210数字I/O或模拟输入模拟I/O或数字输入端口 P1.1外部时钟输出P1.2VREF11数字I/O或模拟输入模拟输入端口 P1.2外部 VREF 输入P1.

24、3P2.61231数字I/O或模拟输入端口 P1.3端口 P2.62.2 RS485模块2.2.1 RS-485 芯片和标准RS485接口芯片已广泛应用于工业控制、仪器、仪表、多媒体网络、机电一体化产品等诸多领域。可用于RS485接口的芯片种类也越来越多。如何在种类繁多的接口芯片中找到最合适的芯片，是摆在每一个使用者面前的一个问题。RS485接口在不同的使用场合，对芯片的要求和使用方法也有所不同。RS485接口标准如下传输方式：差分 传输介质：双绞线 标准节点数：32 最远通信距离：1200m 共模电压最大、最小值：+12V；-7V 差分输入范围：-7V+12V 接收器输入灵敏度：±

25、200mV 接收器输入阻抗：12k 图2.4 RS485芯片管脚图电子工业协会（EIA）于1983 年制订并发布RS-485标准，并经通讯工业协会（TIA）修订后命名为TIA/EIA-485-A，习惯地称之为RS-485标准。RS-485标准是为弥补RS-232通信距离短、速率低等缺点而产生的。RS-485 标准只规定了平衡发送器和接收器的电特性，而没有规定接插件、传输电缆和应用层通信协议。RS-485标准与RS-232不一样，数据信号采用差分传输方式（Differential Driver Mode），也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B，如图2.4所示。图2

26、.5 RS-485 发送器的示意图通常情况下，发送发送器A、B之间的正电平在+2+6V，是一个逻辑状态；负电平在-2-6V，是另一个逻辑状态。另有一个信号地C。在RS-485器件中，一般还有一个“使能”控制信号。“使能”信号用于控制发送发送器与传输线的切断与连接，当“使能”端起作用时，发送发送器处于高阻状态，称作“第三态”，它是有别于逻辑“1”与“0”的第三种状态。对于接收发送器，也作出与发送发送器相对的规定，收、发端通过平衡双绞线将A-A与B-B对应相连。当在接收端A-B之间有大于+200mV的电平时，输出为正逻辑电平；小于-200mV时，输出为负逻辑电平。在接收发送器的接收平衡线上，电平范

27、围通常在200mV至6V之间。参见图2.5图2.5 RS-485 接收器的示意图RS-485标准的最大传输距离约为1219米，最大传输速率为10Mbps。通常，RS-485网络采用平衡双绞线作为传输媒体。平衡双绞线的长度与传输速率成反比，只有在20kbps速率以下，才可能使用规定最长的电缆长度。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般来说，15米长双绞线最大传输速率仅为 1Mbps。注意：并不是所有的RS-485收发器都能够支持高达10Mbps的通讯速率。如果采用光电隔离方式，则通讯速率一般还会受到光电隔离器件响应速度的限制。RS-485网络采用直线拓朴结构，需要安装2个终端匹配电阻，其阻

28、值要求等于传输电缆的特性阻抗（一般取值为120）。在矩距离、或低波特率波数据传输时可不需终端匹配电阻，即一般在300米以下、19200bps不需终端匹配电阻。终端匹配电阻安装在RS-485传输网络的两个端点，并联连接在A-B引脚之间。RS-485标准通常被用作为一种相对经济、具有相当高噪声抑制、相对高的传输速率、传输距离远、宽共模范围的通信平台。同时，RS-485电路具有控制方便、成本低廉等优点。在过去的20年时间里，建议性标准RS-485作为一种多点差分数据传输的电气规范，被应用在许多不同的领域，作为数据传输链路。目前，在我国应用的现场网络中，RS-485半双工异步通信总线也是被各个研发机构

29、广泛使用的数据通信总线。但是基于在RS-485总线上任一时刻只能存在一个主机的特点，它往往应用在集中控制枢纽与分散控制单元之间。RS485的电气特性：发送端：逻辑“1”以两线间的电压差+（2至6）V表示；逻辑“0”以两线间的电压差-（2至6）V表示。接收端：A比B高200mV以上即认为是逻辑“1”，A比B低200mV以上即认为是逻辑“0”。2.2.2 MAX487概述MAX487是用于RS485通信的低功耗收发器，每个器件中都有一个驱动器和一个接收器。MAX487具有限摆率驱动器，可以减小EMI，并降低由不恰当的终端匹配电缆引起的反射，实现最高250kbps的无差错数据传输。MAX487在驱动

30、禁用的空载或满载状态下，吸收的电源电流在120A至500A之间。另外，MAX487具有低电流关断模式，仅仅消耗0.1uA。所有器件都工作在5V单电源下。驱动器具有短路电流限制，并可以通过热关断电路将驱动器输出置为高阻状态，防止过度的功率损耗。接收器输入具有失效保护特性，当输入开路时，可以确保逻辑高电平输出。MAX487具有四分之一单位负载的接收器输入阻抗，使得总线上最多可以有128个MAX487收发器，MAX487为半双工应用设计。图2.6 MAX487管脚图6N137光耦合器是一款用于单通道的高速光耦合器，其内部有一个850nm波长AlGaAs LED和一个集成检测器组成，其检测器由一个光敏

31、二极管、高增益线性运放及一个肖特基钳位的集电极开路的三极管组成。具有温度、电流和电压补偿功能，高的输入输出隔离，LSTTL/TTL兼容，高速(典型为10MBd)，5mA的极小输入电流。特性：转换速率高达10MBit/s;摆率高达10kV/us;扇出系数为8;逻辑电平输出;集电极开路输出;工作参数：最大输入电流，低电平：250uA最大输入电流，高电平：15mA最大允许低电平电压(输出高)：0.8v最大允许高电平电压：Vcc最大电源电压、输出：5.5V扇出(TTL负载)：8个(最多)工作温度范围：-40°C+85°C信号从脚2和脚3输入，发光二极管发光，经片内光通道传到光敏二极

32、管，反向偏置的光敏管光照后导通，经电流-电压转换后送到与门的一个输入端，与门的另一个输入为使能端，当使能端为高时与门输出高电平，经输出三极管反向后光电隔离器输出低电平。当输入信号电流小于触发阈值或使能端为低时，输出高电平，但这个逻辑高是集电极开路的，可针对接收电路加上拉电阻或电压调整电路。图2.7 6N137芯片管脚图6N137真值表输入使能输出HHLLHHHLHLLH根据以上芯片的特性，我们设计的隔离型RS485电路如下：图2.6 RS485输出电路图电路中OND和ROND是两组不共地的电源，一般用隔离型的DC-DC来实现。通过光耦隔离来实现信号的隔离传输，MAX487E与MCU系统不共地，

33、完全隔离则有效的抑制了高共模电压的产生，消除了共模电压的影响，大大降低了485的损坏率，提高了系统的稳定性。2.3继电器输出模块2.3.1 继电器原理继电器（英文名称：relay）是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器的触点有三种基本形式：1、动合型（常开）（H型）线圈不通电时两触点是断开的，通电后，两个触点

34、就闭合。以合字的拼音字头“H”表示。2、动断型（常闭）（D型）线圈不通电时两触点是闭合的，通电后两个触点就断开。用断字的拼音字头“D”表示。3、转换型（Z型）这是触点组型。这种触点组共有三个触点，即中间是动触点，上下各一个静触点。线圈不通电时，动触点和其中一个静触点断开和另一个闭合，线圈通电后，动触点就移动，使原来断开的成闭合，原来闭合的成断开状态，达到转换的目的。这样的触点组称为转换触点。用“转”字的拼音字头“z”表示。继电器是具有隔离功能的自动开关元件，广泛应用于遥控、遥测、通讯、自动控制、机电一体化及电力电子设备中，是最重要的控制元件之一。继电器一般都有能反映一定输入变量（如电流、电压、

35、功率、阻抗、频率、温度、压力、速度、光等）的感应机构（输入部分）；有能对被控电路实现“通”、“断”控制的执行机构（输出部分）；在继电器的输入部分和输出部分之间，还有对输入量进行耦合隔离，功能处理和对输出部分进行驱动的中间机构（驱动部分）。作为控制元件，概括起来，继电器有如下几种作用：1、扩大控制范围：例如，多触点继电器控制信号达到某一定值时，可以按触点组的不同形式，同时换接、开断、接通多路电路。2、放大：例如，灵敏型继电器、中间继电器等，用一个很微小的控制量，可以控制很大功率的电路。3、综合信号：例如，当多个控制信号按规定的形式输入多绕组继电器时，经过比较综合，达到预定的控制效果。4、自动、遥

36、控、监测：例如，自动装置上的继电器与其他电器一起，可以组成程序控制线路，从而实现自动化运行。HJR-4102-5V继电器触点参数：触点形式：1A（1H）1C触点负载：3A/240VAC，3A/14VDC，2A-240VAC 3A/14VDC阻 抗：30m额定电流：1A线圈功耗：0.09W额定电压：DC5V吸合电压：DC90V释放电压：DC 1.2V工作温度：-55+100绝缘电阻：1000M线圈与触点间耐压：4000VAC/1分钟触点与触点间耐压：1500VAC/1分钟2.3.2 74HC14芯片74HC14是一款高速CMOS器件，74HC14引脚兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。74

37、HC14遵循JEDEC标准no.7A。74HC14实现了6路施密特触发反相器，可将缓慢变化的输入信号转换成清晰、无抖动的输出信号。图2.7 74HC14芯片管脚图74HC14真值表Input输入Output输出AYLHHL2.3.3 继电器电路 根据上述的各个芯片的特性，设计的电路如下：图2.8 继电器模块电路图当网络信号中提取出报警信息，经过单片机处理，控制Relay01和Relay02为高电平，则三极管导通，整个电路形成回路形成电流，当电流经过继电器时，使得开关闭合，于是报警信息就转化为了无源的开关量。再通过输入模块送到火灾报警控制器。2.4电源模块电源模块是可以直接贴装在印刷电路板上的电

38、源供应器，其特点是可为专用集成电路（ASIC）、数字信号处理器(DSP)、微处理器、存储器、现场可编程门阵列(FPGA)及其他数字或模拟负载提供供电。一般来说，这类模块称为负载点 (POL)电源供应系统或使用点电源供应系统(PUPS)。由于模块式结构的优点甚多，因此模块电源广泛用于交换设备、接入设备、移动通讯、微波通讯以及光传输、路由器等通信领域和汽车电子、航空航天等。DC/DC变换是将可变的直流电压变换成固定的直流电压，也称为直流斩波。斩波器的工作方式有两种，一是脉宽调制方式Ts不变，改变ton(通用)，二是频率调制（1）Buck电路降压斩波器，其输出平均电压U0小于输入电压Ui，极性相同。

39、 （2）Boost电路升压斩波器，其输出平均电压U0大于输入电压Ui，极性相同。 （3）BuckBoost电路降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电感传输。 （4）Cuk电路降压或升压斩波器，其输出平均电压U0大于或小于输入电压Ui，极性相反，电容传输。 还有Sepic、Zeta电路。上述为非隔离型电路，隔离型电路有正激电路、反激电路、半桥电路、全桥电路、推挽电路。当今软开关技术使得DC/DC发生了质的飞跃，美国VICOR公司设计制造的多种ECI软开关DC/DC变换器，其最大输出功率有300W、600W、800W等，相应的功率密度为(6.2、10、17)W/c

40、m3，效率为（8090）。日本NemicLambda公司最新推出的一种采用软开关技术的高频开关电源模块RM系列，其开关频率为（200300)kHz，功率密度已达到27W/cm3，采用同步整流器（MOSFET代替肖特基二极管），使整个电路效率提高到90。 2.3.1 AC/DC变换 AC/DC变换是将交流变换为直流，其功率流向可以是双向的，功率流由电源流向负载的称为“整流”，功率流由负载返回电源的称为“有源逆变”。AC/DC变换器输入为50/60Hz的交流电，因必须经整流、滤波，因此体积相对较大的滤波电容器是必不可少的，同时因遇到安全标准（如UL、CCEE等）及EMC指令的限制（如IEC、FCC

41、、CSA），交流输入侧必须加EMC滤波及使用符合安全标准的元件，这样就限制AC/DC电源体积的小型化，另外，由于内部的高频、高压、大电流开关动作，使得解决EMC电磁兼容问题难度加大，也就对内部高密度安装电路设计提出了很高的要求，由于同样的原因，高电压、大电流开关使得电源工作损耗增大，限制了AC/DC变换器模块化的进程，因此必须采用电源系统优化设计方法才能使其工作效率达到一定的满意程度。 AC/DC变换按电路的接线方式可分为，半波电路、全波电路。按电源相数可分为，单相、三相、多相。按电路工作象限又可分为一象限、二象限、三象限、四象限。 2.3.2 开关电源的选用 开关电源在输入抗干扰性能上，由于

42、其自身电路结构的特点（多级串联），一般的输入干扰如浪涌电压很难通过，在输出电压稳定度这一技术指标上与线性电源相比具有较大的优势，其输出电压稳定度可达(0.51）。开关电源模块作为一种电力电子集成器件，在选用中应注意以下几点： 1、输出电流的选择 因开关电源工作效率高，一般可达到80以上，故在其输出电流的选择上，应准确测量或计算用电设备的最大吸收电流，以使被选用的开关电源具有高的性能价格比，通常输出计算公式为： Is=KIf 式中：Is开关电源的额定输出电流； If用电设备的最大吸收电流； K裕量系数，一般取1.51.8； 2、保护电路 开关电源在设计中必须具有过流、过热、短路等保护功能，故在设

43、计时应首选保护功能齐备的开关电源模块，并且其保护电路的技术参数应与用电设备的工作特性相匹配，以避免损坏用电设备或开关电源。电源的几大指标*功率P=UI,是输出电压和输出电流的乘积。*输入电压分交流输入和直流输入2种。*输出电压一般是直流输出，但也有交流输出的。*工作温度*隔离电压：隔离就是将输出与输入进行电路上的分离。有以下几个作用： 一、电流变换； 二、为了防止输入输出相互干扰； 三、输入输出电路的信号特性相差太大，比如用弱信号控制强电的设备封装尺寸有插针，贴片的，和螺旋。输出有单路输出，双路输出及多路输出。电源模块是可以直接贴装在印刷电路板上的电源供应器，其特点是可为专用集成电路（ASIC

44、）、数字信号处理器(DSP)、微处理器、存储器、现场可编程门阵列(FPGA)及其他数字或模拟负载提供供电。一般来说，这类模块称为负载点(POL)电源供应系统或使用点电源供应系统(PUPS)。由于模块式结构的优点甚多，因此模块电源广泛用于交换设备、接入设备、移动通讯、微波通讯以及光传输、路由器等通信领域和汽车电子、航空航天等。2.3.3 LM2576器件介绍LM2576系列是美国国家半导体公司生产的3A电流输出降压开关型集成稳压电路，它内含固定频率振荡器（52kHz）和基准稳压器（1.23V），并具有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等，利用该器件只需极少的外围器件便可构成高效稳压电路。L

45、M2576系列包括LM2576（最高输入电压40V）及LM2576HV（最高输入电压60V）二个系列。各系列产品均提供有3.3V（-3.3）、5V（-5.0）、12V（-12）、15V（-15）及可调（-ADJ）等多个电压档次产品。此外，该芯片还提供了工作状态的外部控制引脚。 LM2576系列开关稳压集成电路的主要特性如下： * 最大输出电流：3A；* 最高输入电压：LM2576为40V，LM2576HV为60V； * 输出电压：3.3V、5V、12V、15V和ADJ（可调）等可选； * 振东频率：52kHz；* 转换效率：75%88%（不同电压输出时的效率不同）； * 控制方式：PWM； *

46、 工作温度范围：-40+125 * 工作模式：低功耗/正常两种模式可外部控制； * 工作模式控制：TTL电平兼容； * 所需外部元件：仅四个（不可调）或六个（可调）； * 器件保护：热关断及电流限制； * 封装形式：TO-220或TO-263图 2.9 LM2576引脚图图 2.10 LM2576的内部框图LM2576内部包含52kHz振荡器、1.23V基准稳压电路、热关断电路、电流限制电路、放大器、比较器及内部稳压电路等。为了产生不同的输出电压，通常将比较器的负端接基准电压（1.23V），正端接分压电阻网络，这样可根据输出电压的不同选定不同的阻值，其中R1=1k（可调-ADJ时开路），R2分

47、别为1.7k（3.3V）、11.3k（15V）和0（-ADJ），上述电阻依据型号不同已在芯片内部做LM2576系列开关稳压集成电路是线性三端稳压器件（如78xx系列端稳压集成电路）的替代品，它具有可靠的工作性能、较高的工作效率和较强的输出电流驱动能力，从而为MCU的稳定、可靠工作提供了强有力的保证。根据以上芯片的介绍和特性的了解，我们设计的电源模块电路如下：图2.9 电源模块电路图该电路图为以LM2576为核心的开关稳压电源电路，采用LM2576系列开关稳压集成电路作为MCU稳压电源的核心器件不仅可以提高稳压电源的工作效率，减少能源损耗，减少对MCU的热损害，而且可减少外部交流电压大幅波动对M

48、CU的干扰，同时可降低经电源窜入的高频干扰，这对保障MCU的安全和可靠运行能起到事半功倍的作用。第3章 软件设计3.1 RS-485 通讯协议RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议；因此，用户需要在RS-485应用网络的基础上建立自己的应用层通信协议。由于RS-485标准是基于PC的UART芯片上的处理方式，因此，其通讯协议也规定了串行数据单元的格式（8-N-1格式）：1位逻辑0的起始位，6/7/8位数据位，1位可选择的奇(ODD)/偶(EVEN)校验位，1/2位逻辑1的停止位。目前，RS-485在国内有着非常广泛的应用，许多领域，比如工业控制、电力通讯、智能楼

49、宇等都经常可以见到具有RS-485接口电路的设备。但是，这些设备采用的用户层协议(术语参考自OSI的7层结构)都不相同；这些设备之间并不可以直接连接通讯。比如，很多具有RS-485接口电路的用户设备采用自己制定的简单通讯协议，或是直接取自ModBus协议(AscII/RTU模式)中的一部分功能；在电力通讯领域，当前国家现在执行的行业标准中，颁布有按设备分类的各种通讯规约，如CDT、SC-1801、u4F、DNP3.0规约和1995年的IEC60870-5-101传输规约、1997年的国际101规约的国内版本DL/T634-1997规约；在电表应用中，国内大多数地区的厂商采用多功能电能表通讯规约

50、(DL/T645-1997)(DL/T645-1997)。3.1.1 485软件的编程 485芯片的软件编程对产品的可靠性也有很大影响。由于485总线是异步半双工的通信总线，在某一个时刻，总线只可能呈现一种状态，所以这种方式一般适用于主机对分机的查询方式通信，总线上必然有一台始终处于主机地位的设备在巡检其它的分机，所以需要制定一套合理的通信协议来协调总线的分时共用。这里采用的是数据包通信方式。通信数据是成帧成包发送的，每包数据都有引导码、长度码、地址码、命令码、内容、校验码等部分组成。其中引导码是用于同步每一包数据的引导头；长度码是这一包数据的总长度；命令码是主机对分机（或分机应答主机）的控制

51、命令；地址码是分机的本机地址号；“内容”是这一包数据里的各种信息；校验码是这一包数据的校验标志，可以采用奇偶校验、和校验等不同的方式。 在485芯片的通信中，尤其要注意对485控制端DE的软件编程。为了可靠的工作，在485总线状态切换时需要做适当延时，再进行数据的收发。具体的做法是在数据发送状态下，先将控制端置“1”，延时1ms左右的时间，再发送有效的数据，一包数据发送结束后再延时1ms后，将控制端置“0”。这样的处理会使总线在状态切换时，有一个稳定的工作过程。3.2 主程序流程图正确错误报警收校验和进入中断接收信号检测中断初始化外设开始无有图3.1 主程序流程图3.2.1主程序/-/ 软件名

52、称：灭火装置控制器/ / 模块名称：ESIP_Main.c/ 目标器件：C8051F410，ESIP8.3主板/ 功能说明：/ 1、系统配置/ /-#include <ESIP_Global.h>extern void Init_Device(void);/MCU配置子程序/extern void InitParam(void);/初始化各参数/extern void Write_tBuf(uchar a);/初始化各参数/extern void WriteFlashData();static uchar chMessageType;static uchar chMessageSt

53、ate;static bdata uchar chRBuf4;/*sbit bRelay8 = chRBuf20;sbit bRelay9 = chRBuf21;sbit bRelay10 = chRBuf22;sbit bRelay11 = chRBuf23;sbit bRelay12 = chRBuf24;sbit bRelay13 = chRBuf25;sbit bRelay14 = chRBuf26;sbit bRelay15 = chRBuf27;*/*/* 处理主机命令函数 */*/void ProcessCommand(void) using 3switch(chMessageType)case 0x30:/巡检break;case 0x40:/摄像头遮挡状态b