CAN总线在智能漏电火灾报警系统中运用

1、- . z -. - 考试资料摘要火灾会带来大量的危害，如财产的损失、人员的伤亡。如何有效预防火灾也就成为设计火灾报警系统方案重点考虑的问题。近年来，火灾人员伤亡呈现上升态势，特别是群死群伤恶性火灾时有发生。智能型火灾报警控制系统是一个集信号检测、传输、和控制于一体的控制系统，代表了当今火灾报警系统的开展方向。随着科学技术的迅猛开展以及经济的迅速增长，市场上迫切需要一种容量大、性能优越、可靠性高、便于安装、使用和维修的智能型火灾报警控制系统。CAN总线是德国BOSCH公司从80年代初为解决现代汽车中众多的控制与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，通信介质可以是

2、双绞线、同轴电缆或光导纤维。通信速率可达1MBPS。与其它现场总线比较而言,CAN总线是具有通信速率高、容易实现、且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线。这些也是目前 CAN总线应用于众多领域,具有强劲的市场竞争力的重要原因。关键字：火灾报警系统 CAN总线AbstractFire can bring a lot of damage, such as property loss, personnel casualties. How to effectively prevent fire also bee design fire alarm system solutions of t

3、he problems the key consideration. In recent years, showed a rising trend fire casualties, especially of dead, injured, malignant fires occur frequently. Intelligent fire alarm control system is a collection of signal detection, transmission, and control in one of the control system, which represent

4、s the current fire alarm system development direction. Along with the rapid development of scientific technology and rapid economic growth, on the market in desperate need of a large capacity, superior performance, high reliability, easy installation, use and maintenance of the intelligent fire alar

5、m control system.The CAN bus is Germany BOSCH pany from in the early 1980s to solve many of the modern car control and test instrument of data e*change and the development of a serial data munication protocol, it is a kind of many main bus, munication medium CAN be twisted pair, coa*ial cable or opt

6、ical fibers. munication rate can reach 1MBPS.pared with other fieldbus with munication, the CAN bus is high rate and easy to implement, and high performance-to-price and a few characteristics has formed international standard fieldbus. These are also currently applied to many fields CAN bus with a s

7、trong market petitiveness, the important reasons.Key words：fire alarm system；CAN bus 目录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc2931362671引言 PAGEREF _Toc293136267 h 1HYPERLINK l _Toc2931362682火灾漏电报警系统的总体介绍 PAGEREF _Toc293136268 h 2HYPERLINK l _Toc2931362692.1系统的构成 PAGEREF _Toc293136269 h 2HYPERLINK l _Toc29

8、31362702.2系统的工作原理 PAGEREF _Toc293136270 h 2HYPERLINK l _Toc2931362712.3系统主要功能 PAGEREF _Toc293136271 h 3HYPERLINK l _Toc2931362723CAN总线的概述 PAGEREF _Toc293136272 h 5HYPERLINK l _Toc2931362733.1CAN总线的原理 PAGEREF _Toc293136273 h 5HYPERLINK l _Toc2931362743.2CAN总线的优势 PAGEREF _Toc293136274 h 6HYPERLINK l _

9、Toc2931362754CAN模块详细介绍 PAGEREF _Toc293136275 h 8HYPERLINK l _Toc2931362764.1CAN模块功能介绍 PAGEREF _Toc293136276 h 8HYPERLINK l _Toc2931362774.2CAN的初始化 PAGEREF _Toc293136277 h 8HYPERLINK l _Toc2931362784.3报文的配置、接收与发送 PAGEREF _Toc293136278 h 9HYPERLINK l _Toc2931362795CAN报文发送实现 PAGEREF _Toc293136279 h 10H

10、YPERLINK l _Toc2931362805.1发送报文操作 PAGEREF _Toc293136280 h 10HYPERLINK l _Toc2931362815.2发送报文对象 PAGEREF _Toc293136281 h 11HYPERLINK l _Toc2931362825.3帧格式设计 PAGEREF _Toc293136282 h 12HYPERLINK l _Toc2931362836总结 PAGEREF _Toc293136283 h 14HYPERLINK l _Toc293136284参考文献 PAGEREF _Toc293136284 h 15HYPERLIN

11、K l _Toc293136285致 PAGEREF _Toc293136285 h 16-. z引言随着我国人民生活水平的不断提高，用电量不断增加，但电气火灾也随之剧而也给国家经济和人民生命财产造成巨大损失。据有关资料显示，2021年1至6月份全国共发生火灾73317起指统计月，不含森林、草原、军队、矿井地下局部，下同，死亡656人，受伤271人，直接财产损失79290.7万元，与去年同期相比，四项数字分别下降2%、5.5%、14.8%和16%。另外，发生刑事放火577起，死亡58人，受伤18人，直接财产损失1976.2万元。现代智能建筑一般规模较大，建筑功能齐全，其部各种设施复杂，机电设备

12、多，这些特点都使火灾的危险性显得尤为突出。随着智能建筑的开展和普及，势必对其中的火灾自动报警系统设计、施工、运行等方面提出更高的要求。目前，火灾自动报警系统由于非凡的治理要求，其报警线、联动线、通信线根本自成体系，但是，随着智能建筑的开展，火灾自动报警系统日趋成熟，二者在应用上的集成将越来越密切，在智能建筑中设计火灾自动报警系统叫，一定要使二者在连接界面上相适配，使智能建筑和火灾自动报警及消防联动系统在设计、施工、运行等方面以最正确方式结合起来。火灾漏电报警系统的总体介绍系统的构成系统主要由WFQ-HT剩余电流式电气火灾监控探测器以下简称探测器、WFQ-HT电气火灾监控主机等产品构成。WFQ-

13、HT剩余电流式电气火灾监控探测器检测配出供电线路的剩余电流，当剩余电流到达报警设定值时，通过总线将报警信息传给电气火灾监控主机。探测器也可以对配出供电线路的供电进展检测，并可将配出供电线路的供电状态信息传送给电气火灾监控主机。WFQ-HT电气火灾监控主机是电气火灾监控系统的核心，接收来自电气火灾监控探测器的报警信号，发出声、光报警信号和控制信号，指示报警地理位置，记录并保存报警信息的装置。系统的工作原理1防火原理电气火灾发生的原因可能是多种因素造成的，从电气火灾的主要原因看：安装、接线不当造成的相间短路；环境潮湿、进水导致的相间短路；设计不当或电气故障导致电气线路载流量远超过设计值，长期运行导

14、致线路发热造成火灾；机械损伤、绝缘老化造成线路漏流，漏流导致局部高温、电弧或电火花导致电气火灾。从产生电气火灾发生的机理看主要有故障部位局部长时间发热，造成绝缘进一步下降，最终造成线路短路，导致火灾；另一个是故障部位产生的电弧或电火花瞬间释放热量造成线路短路，导致火灾。一般电气火灾探测的对象有剩余电流和温升，对应有剩余电流式电气火灾监控探测器和测温式电气探测器。剩余电流式电气火灾监控系统可以长期不连续地实时监测线路剩余电流的变化，随时掌握电气线路或电气设备绝缘性能的变化趋势，剩余电流过大时及时报警并指出报警部位，便于查找故障点，真正对电气火灾具有预警作用。可以说剩余电流式电气火灾监控探测器真正

15、做到防微杜渐、防患于未然，能有效减少因漏电发生的火灾，是早期电气火灾监控的主要手段，得到国外的一致认可和大量推广。WFQ-HT电气火灾监控系统是采用检测电气线路剩余电流手段进展电气火灾监控的系统。电气火灾监控系统安装在配电室和配电箱处，实时检测供电线路干线、次干线的剩余电流，如超过剩余电流报警值立即发出声光报警信号，提示检修，主要用于预防漏电引起的电气火灾。2探测原理所谓剩余电流是指流过电气线路三相电流瞬间时值得矢量和用有效值表示，也称漏电流。探测器的传感器为零序电流互感器，零序电流互感器探测剩余电流的根本原理是基于基尔霍夫电流定律即流入电路中任一节点的副电流的代数和等于零，即I=0。在测量时

16、，三相线A、B、C与中性线N一起穿过零序电流互感器，通过检测三相的电流矢量和，即零序电流I0，I0=IA+IB+IC。在线路与电气设备正常的情况下对零序电流保护假定不考虑不平衡电流，无接地故障，且不考虑线路、电气设备正常工作的泄漏电流，理论上个相电流的矢量和等于零，零序电流互感器二次侧绕组无电压信号输出。当发生绝缘下降或接地故障是的各相电流的矢量和不为零，故障电流使零序电流互感器的环形铁芯中产生磁通，二次侧绕组感应电压并输出电压信号，从而测出剩余电流。考虑电气线路的不平衡电流、线路和电气设备正常的泄漏电流，实际的电气线路都存在正常的剩余电流，只检测到剩余电流到达报警只时才报警。3系统通信原理电

17、气火灾监控设备与多个探测器通过CAN线构成一个完整的数字化总线通讯系统。电气火灾监控设备通过CAN总线与探测器连接，并以报文的形式播送给所有网络中的探测器，即向探测器发出巡检命令，接收探测器的状态信息，当电气火灾监控设备监测异常信息时，进展声光报警并显示相应信息和信息类型。显示各种信息，并将信息数据储存在其数据库中。系统主要功能1 系统可以立即处理一个或多个由智能监控探测器主动上传的漏电电流和温度等的报警数据。还可以跟据系统设置对各个监控点进展定时巡检。2检测探测保护供电线路的剩余电流，当到达剩余电流报警设定值时报出超限报警并显示报警地址，假设到达系统允许最大阀值时，则启动保护，系统自动切断电

18、源。3系统可以完成系统操作记录，历史漏电记录的长时间保存。4系统可以对设备的通讯状态、主备电工作状态、智能电气火灾探测器的在线或故障状态进展声光报警指示。5 探测器设有自检按钮，按自检按钮，可手动检测剩余电流探测器的性能。该探测器还具有温度监测功能，外置高灵敏度温度探头可以实时对被测点温升状况进展监测。6 可在线更改探测器编码地址和设置剩余电流报警值功能。CAN总线的概述CAN总线的原理CAN总线在智能漏电火灾报警系统中有着重要的作用。当CAN总线上的一个节点(站)发送数据时,它以报文形式播送给网络中所有节点。对每个节点来说,无论数据是否是发给自己的,都对其进展接收。每组报文开头的11位字符为

19、标识符,定义了报文的优先级,这种报文格式称为面向容的编址方案。在同一系统中标识符是唯一的,不可能有两个站发送具有一样标识符的报文。当几个站同时竞争总线读取时,这种配置十分重要。 当一个站要向其它站发送数据时,该站的CPU将要发送的数据和自己的标识符传送给本站的CAN芯片,并处于准备状态;当它收到总线分配时, 转为发送报文状态。CAN芯片将数据根据协议组织成一定的报文格式发出,这时网上的其它站处于接收状态。每个处于接收状态的站对接收到的报文进展检测,判断这些报文是否是发给自己的,以确定是否接收它。由于CAN总线是一种面向容的编址方案,因此很容易建立高水准的控制系统并灵活地进展配置。我们可以很容易

20、地在CAN总线中加进一些新站而无需在硬件或软件上进展修改。当所提供的新站是纯数据接收设备时,数据传输协议不要求独立的局部有物理目的地址。它允许分布过程同步化,即总线上控制器需要测量数据时,可由网上获得,而无须每个控制器都有自己独立的传感器。CAN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进展编码。采用这种方法的优点可使网络的节点个数在理论上不受限制，数据块的标识码可由11位或29位二进制数组成，因此可以定义211或229个不同的数据块，这种按数据块编码的方式，还可使不同的节点同时接收到一样的数据，这一点在智能漏电火灾报警系统中非常有用。数据段长度最多为8个字节，可满足系统

21、中的控制命令、工作状态及测试数据的一般要求。同时，8个字节不会占用总线时间过长，从而保证了通信的实时性。满足了火灾报警系统中高度的即时性。CAN协议采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。CAN卓越的特性、极高的可靠性和独特的设计，特别适合智能漏电火灾报警系统中的监控设备的互连。CAN总线的优势CAN属于现场总线的畴,它是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。较之目前许多RS-485基于R线构建的分布式控制系统而言, 基于CAN总线的分布式控制系统在以下方面具有明显的优越性： 1网络各节点之间的数据通信实时性强首先,CAN控制器工作于多主方式,网络中的各节点

22、都可根据总线优先权(取决于报文标识符)采用无损构造的逐位仲裁的方式竞争向总线发送数据,且CAN协议废除了站地址编码,而代之以对通信数据进展编码,这可使不同的节点同时接收到一样的数据,这些特点使得CAN总线构成的网络各节点之间的数据通信实时性强,并且容易构成冗余构造,提高系统的可靠性和系统的灵活性。而利用RS-485只能构成主从式构造系统,通信方式也只能以主站轮询的方式进展,系统的实时性、可靠性较差; 2缩短了开发周期CAN总线通过CAN收发器接口芯片82C250的两个输出端CANH和CANL与物理总线相连,而CANH端的状态只能是高电平或悬浮状态,CANL端只能是低电平或悬浮状态。这就保证不会

23、出现象在RS-485网络中,当系统有错误,出现多节点同时向总线发送数据时,导致总线呈现短路,从而损坏*些节点的现象。而且CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出功能,以使总线上其他节点的操作不受影响,从而保证不会出现象在网络中,因个别节点出现问题,使得总线处于死锁状态。而且,CAN具有的完善的通信协议可由CAN控制器芯片及其接口芯片来实现,从而大大降低系统开发难度,缩短了开发周期,这些是只仅仅有电气协议的RS-485所无法比较的。 3已形成国际标准的现场总线另外,与其它现场总线比较而言,CAN总线是具有通信速率高、容易实现、且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线。这些也是目前

24、CAN总线应用于众多领域,具有强劲的市场竞争力的重要原因。 4最有前途的现场总线之一CAN 即控制器局域网络,属于工业现场总线的畴。与一般的通信总线相比,CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。由于其良好的性能及独特的设计,CAN总线越来越受到人们的重视。它在汽车领域上的应用是最广泛的,世界上一些著名的汽车制造厂商,如BENZ(*)、BMW(宝马)、PORSCHE(保时捷)、ROLLS-ROYCE(劳斯莱斯)和JAGUAR(美洲豹)等都采用了CAN总线来实现汽车部控制系统与各检测和执行机构间的数据通信。同时,由于CAN总线本身的特点,其应用围目前已不再局限于汽车行业,而向自动控制

25、、航空航天、航海、过程工业、机械工业、纺织机械、农用机械、机器人、数控机床、医疗器械及传感器等领域开展。CAN已经形成国际标准,并已被公认为几种最有前途的现场总线之一。其典型的应用协议有： SAE J1939/ISO11783、CANOpen、CANaerospace、DeviceNet、NMEA 2000等 。CAN模块详细介绍CAN模块功能介绍本系统使用的LM3S8962微控制器包括很多特性，其中CAN模块中含有以下特性：1支持CAN协议版本2.0 part A/B2传输位速率可达1Mb/s332个消息对象，每个都带有独立的标识符屏蔽4可屏蔽的中断5可制止TTCAN的自动重发模式6可编程设

26、定的自循环自检操作控制局域网CAN是一种连接电子控制单元ECU的多播共享串行总线标准。CAN总线专门为了承受电磁噪声较强的环境而设计，可以使用差分平衡线，如RS-485或更结实的双绞线。最初，它被设计成用在汽车行业中，但是现在已被广泛应用到许多嵌入式控制应用中例如，工业和医疗等。当网络长度缺乏40米时传输的位速率可高达1Mb/s。网络传输距离越长，位速率就越小例如，500m时的位速率为125Kb/s。发送器向所有CAN结点发送一条消息播送。每个节点根据接收到的标识符来判断是否处理该消息。标识符还决定了总线竞争中消息享有的优先级。每个CAN消息都能够传输0到8个字节的用户信息。该LM3S8962

27、 包括 1个CAN 单元。CAN的初始化软件初始化在发送器的错误计数超过255时发生，我们可以通过置位CAN 控制 (CANCTL) 存放器中的INIT位、软件或硬件复位，或通过脱离总线来启动它。在INIT 置位时, 所有CAN总线的报文传输都被中止，而且CAN发送输出的状态为隐性电平逻辑1。进入初始化状态并不会改变CAN控制器、报文对象或错误计数器的配置。但是，*些配置存放器我们只能在初始化状态时才可。为了初始化CAN控制器，应该设置 CAN 位定时 (CANBIT) 存放器并对每个报文对象进展配置。然后，部位流处理器BSP在它参与总线动作和启动报文传输前会等待11个连续隐性位总线空闲序列的

28、出现，以便让自己同步于CAN总线上的数据传输。报文对象的初始化独立于初始化状态，并且可以在不工作时on the fly完成，但是在BSP启动报文传输前报文对象应该全部配置成特定的标志符或设置成无效。要想在正常工作期间改变报文对象的配置，可以将CANIFnARB2存放器中的 MsgVal 位设为0 无效。当配置完成时, MsgVal再次被设为1 (有效)。报文的配置、接收与发送为了把报文对象配置成可以执行这些操作中的任何一个操作，应用程序必须首先要使用CANMessageSet()来设置32个报文对象中的其中一个报文对象。这个函数能把一个报文对象配置成可以发送数据或接收数据。每一个报文对象可以被

29、配置成在发送或接收CAN报文时产生中断。当从CAN总线接收到数据时，应用程序可以使用CANMessageGet()函数读取到所接收到的报文。同样这函数也能读取这样一个报文：在改变报文对象的配置前，报文已被配置以便定位一个报文构造。使用这个函数读取报文对象也将会去除任何报文对象中正在挂起的中断。一旦已使用CANMessageSet()来完成对一个报文对象的配置，则此函数分配报文对象并继续执行其编程功能，除非通过调用CANMessageClear()将其释放。在对报文对象进展新配置前，无需请求应用程序去除报文对象，因此每次调用CANMessageSet()时，它将会覆盖任何之前被编程的配置。32个

30、报文对象是一样的，优先级除外。最小编号的报文对象具有最高的优先级。优先级以二种方式影响着操作。第一种，如果在同一时间准备好多个操作，则具有最高优先级的报文对象将会首先发生。第二种，多个报文对象正在挂起中断时，则在读取中断状态时，具有最高优先级的报文对象将会首先出现。由应用负责把32个报文对象作为一个源来管理并确定分配和释放它们的最正确途径。CAN报文发送实现发送报文操作一旦CAN模块被初始化，并且 CANCTL 存放器中的INIT 位重新设为0，CAN模块自身将同步于CAN总线，并启动报文传输。在接收报文时，如果报文通过了报文处理器的滤波，就会存储在它们相应的报文对象中。整个报文包括所有仲裁位

31、、数据长度码和8个数据字节都存储在报文对象中。如果使用了标识符屏蔽位(CANIFnMSKn 存放器中的Msk 位 ) ，则在报文对象中可能会覆盖被屏蔽为无关的仲裁位。CPU通过CAN接口存放器(CANIFnCRQ、 CANIFnCMSK、 CANIFnMSKn、CANIFnARBn、CANIFnMCTL、 CANIFnDAn和 CANIFnDBn)可以在任意时刻读写每个报文。报文处理器保证在出现同时的情况下数据的一致性。报文对象的发送受管理CAN硬件的软件的控制。这些可以是用来一次数据传输的报文对象，也可以是以多周期方式响应的永久性报文对象。永久性报文对象设置了所有仲裁和控制，并且只更新数据字

32、节。为启动发送，CANT*RQn 存放器中的T*Rqst 位和CANNWDAn 存放器中的NewDat 位必须置位。如果多个发送报文被分配给了同一个报文对象在报文对象不够时，整个报文对象必须在请求发送前被配置。同一时刻可以请求发送任意数量的报文对象；它们根据部的优先级进展发送，其优先级基于报文对象的报文标识符。报文可以在任意时刻被更新或者设置成无效，即使是在它们请求的发送仍然被挂起时。当报文在其挂起发送启动前被更新时，旧的数据会被丢弃。根据报文对象的配置情况，接收含匹配标识符的远程帧会自动请求发送报文。有两组CAN接口存放器 (CANIF1*和CANIF2*) 被用来报文RAM中的报文对象。

33、CAN控制器将传输到报文RAM和从报文RAM那里传输调整成传输到该存放器和从该存放器那里传输。这两组存放器的功能是独立且一样的，并且可以用来排队等待处理。发送报文对象如果CAN模块的部发送移位存放器准备装载，并且如果CAN接口存放器和报文RAM之间无数据传输，则优先级最高并且含有挂起发送请求的有效报文对象将被报文处理器载入发送移位存放器，然后开场发送。报文对象的 NewDat 位被复位，并且可以在 CANNWDAn 存放器中查看其状态。在成功发送后，如果自开场发送起就没有新数据写入报文对象，则CANIFnMCTL 存放器中的T*Rqst位将被复位。如果CANIFnMCTL 存放器 中的 T*I

34、E 位置位，则CANIFnMCTL 存放器中的 IntPnd位会在成功发送后置位。如果CAN模块丧失了仲裁或者如果在发送期间发生错误，则一旦CAN总线再次空闲就会重新发送报文。如果与此同时，优先级最高的报文发送发出了请求，则报文将按照它们的优先级顺序进展发送。以下为发送报文程序：unsigned char canSend(CAN_PORT UNUSED(notused), Message *m) unsigned long ulStatus; tCANMsgObject CANMsgObject; int i; /* Find first free message object */ ulSt

35、atus = CANStatusGet(CAN0_BASE, CAN_STS_T*REQUEST); for(i=CANMSGOBJECT_T*_START; iCANMSGOBJECT_T*_START+CANMSGOBJECT_T*_SIZE;i+) if(!(ulStatus & (1cob_id; /* Set no flags */ CANMsgObject.ulFlags = MSG_OBJ_NO_FLAGS; /* Set message object length */ CANMsgObject.ulMsgLen = m-len; /* Set message object d

36、ata buffer */ CANMsgObject.pucMsgData = m-data; /* Set if this is remote frame */ if(m-rtr) /* Start transmition remote frame */ CANMessageSet(CAN0_BASE,i,&CANMsgObject,MSG_OBJ_TYPE_T*_REMOTE); else /* Start transmition data frame */ CANMessageSet(CAN0_BASE,i,&CANMsgObject,MSG_OBJ_TYPE_T*); return 0;帧格式设计CAN规2.0描述了根本帧格式(使用11位的CAN标识符)以及扩展帧格式(使用29位的CAN标识符)。为了区分根本帧格式和扩展帧格式，根据CAN规2.0中局部A的定义，使用CAN消息的控制域中的标识符扩展(IDE)位。CAN规2.0局部A中的帧格式等于根本帧格式并因此仍然有效，从而实现区分。此外，还定义了扩展帧格式，这样根本帧格式的消息和扩展帧格式的消息可共存于同一个网络中。扩展帧格式要付出一些代价：总线等待时间较长(最小20个位时间)，具有扩展格式的消息要求更多的带宽(大约