基于ＣＡＮ總線的分布式微型自動滅火系統

摘要：本文介紹一種基于CAN總線的分布式微型自動滅火系統，包括系統組成、功能以及節點模塊的設計，并結合實際應用給出了一些抗干擾措施。

關鍵詞：CAN總線；分布式；微型自動滅火系統

中圖分類號：TP273文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)09-11728-02

Distributed Control System of Mini-stream Auto-fire-extinguish Based on CAN Bus

LV Zhong-hua

(Anhui Broadcasting Movie TV Vocational College， Hefei 230022， China)

Abstract: This document described one ofDistributed Control System of Mini-stream Auto-fire-extinguish based on CAN bus，it include system form， function and designed of node module， Moreover， This document provided some method of anti-jamming，via practice.

Key words: CAN-bus; Distributed Control System; Mini-stream Auto-fire-extinguish System

1 引言

微型自動滅火系統實質上是一個數據采集和控制系統，主要實現消防火災撲救功能；整個系統采樣的環境參數和

數據種類繁多，且數量龐大，需要控制設備種類和數量也較多；實時監控現場環境，及時準確地發現火災隱患，正確可靠地聯動滅火設備對于整個系統運行過程是至關重要的。

CAN總線是一種應用廣泛的實時性現場總線。具有實時性強、可靠性高、結構簡單、互操作性好、價格低廉等優點，克服了傳統的工業總線的缺陷，是構建分布式測控系統的一種有效的解決方案。

2 分布式微型自動滅火系統的組成及功能

系統要實現不同類型的功能，集中的中央處理方式無法滿足安全性要求，自然要采用分布式結構；系統的工作環境惡劣，多處于強電磁干擾及脈沖電流干擾下，為了確?？煽啃?，采用高性能CAN總線作為現場總線的通訊方式；CAN總線在汽車上已得到廣泛的應用，具有很強的抗干擾性能，同時該技術比較成熟，已成為汽車使用通訊的標準。因此，在系統的內部通訊以及跟外部通訊都采用CAN總線來實現。

微型自動滅火系統采用分層分布式開放結構，即由信息處理主機、集中控制單元和現場控制單元組成，如圖1所示。

2.1 信息處理主機

主要完成狀態監控、遠程控制、自動化管理等。

(1)定期查詢和收集集中控制單元傳送的系統實時運行的信息，生成實時數據庫和歷史紀錄表格。

(2)實時顯示各個現場單元的狀態和參數；有異常時，發出聲光提示報警，給出異常部位的位置描述、狀態和參數描述。

(3)操作人員可以通過鍵盤和鼠標對現場控制單元進行遠程控制，如：微型自動掃描滅火裝置的控制、電動閥的開啟和關閉操作等。

(4)自動生成運行日志、操作紀錄、運行狀態記錄等。

2.2 集中控制單元

集中控制單元是由控制器、集中控制盤、泵控制盤和閥控制盤等組成。主要是實現控制室集中控制和顯示。

(1)實時顯示各個現場單元的狀態和參數。

(2)操作人員可以通過控制盤對現場控制單元進行遠程控制，如：微型自動掃描滅火裝置的控制、電動閥的開啟和關閉操作等。

2.3 現場控制單元

現場控制單元有微型自動掃描滅火裝置、現場控制盤、閥控制模塊、泵控制模塊、水流采集模塊、壓力采集模塊等。主要實現火災發現、火源自動定位和撲救、現場設備的狀態采集和控制等。

現場控制單元采用高性能微處理器作為核心，具有數據計算和數字通訊能力；采用CAN總線作為現場總線的通訊方式，不僅各個現場控制單元與控制器之間可以實現數據和信息交換，做到遠程控制和顯示，而且各個現場控制單元與現場控制盤之間也可以實現數據和信息交換，做到現場控制和顯示。

3 CAN總線系統

3.1 CAN總線介紹

CAN總線是現場總線的一種，是德國Bosch公司在1986 為解決現代汽車中眾多的控制與測試儀器之間的數據交換而開發的一種串行高速數據通信總線。它采用了ISO/OSI模型的七層結構中的物理層和數據鏈路層，具有較高的可靠性、實時性和靈活性。

CAN總線具有以下獨特的優點：

(1)CAN能以多主方式工作，網絡上任意一個節點均可以在任意時刻向網絡上其他節點發送信息，而不分主從，通信方式靈活；

(2)CAN可以實現點對點、一點對多點及全局廣播等方式傳送和接收數據，通信介質采用雙絞線、同軸電纜或光纖，選擇靈活，通信距離最遠可達10km（5kb/s），通信速率最高可達1Mb/s（40m）。CAN上節點數取決于總線驅動電路，實際可達110個；

(3)CAN節點在錯誤嚴重的情況下，具有自動關閉輸出功能，切斷它與總線的聯系，以使總線上其它操作不受影響。采用NRZ編碼/解碼方式，并采用位填充技術。用戶接口簡單，編程方便，很容易構成用戶系統；

(4)CAN采用非破壞性仲裁技術，當兩個節點同時向網絡上傳送信息時，優先級低的節點主動停止數據發送，而優先級高的節點可不受影響地繼續傳輸數據，有效避免了總線沖突。

(5)CAN采用短幀結構，傳輸時間短，受干擾的概率低，每幀信息都有CRC校驗及其它檢錯措施，保證了數據的出錯率極低。

3.2 CAN節點模塊設計

一個CAN總線節點通常至少包括三個部分，即負責節點任務控制的單片機AT89C52、CAN總線控制器SJA1000以及CAN總線收發器PCA82C250。如圖2所示。

CAN總線的三層結構模型為：物理層、數據鏈路層和應用層。其中物理層和數據鏈路層的功能由SJA1000本身完成，系統的開發主要在應用層軟件的設計上，它主要由三個子程序：初始化子程序、發送數據和接收數據程序。同時，還包括一些數據溢出中斷以及幀出錯的處理。

4 抗干擾措施

本系統所應用的場合中，有一些可以產生強電磁場的設備，如大型風機、廣播系統、中央空調等等，這些設備對微型自動滅火系統造成干擾，因此需要采取一些抗干擾措施。

(1)為了提高CAN總線上各個節點模塊的抗干擾性能，確保各個節點模塊之間在電氣上是完全獨立的和隔離的。節點模塊采用了隔離電源、光耦等措施，使節點模塊自身與供電系統、其他節點模塊之間沒有電氣上的連接。

(2)在總線的兩端各接有一個終端電阻，以滿足CAN總線的阻抗匹配。

(3)CAN總線的CANH、CANL和地之間采取抗干擾措施，如增加限流電阻、高頻電容、防雷擊器件等，可以保護設備免受過流的沖擊，濾除總線上的高頻干擾，提高了防電磁干擾能力。

(4)系統采用屏蔽雙絞線作為通訊介質，可以減少現場環境對節點模塊的干擾。

5 結束語

微型自動滅火裝置采用了CAN總線通訊的分布式結構。這種方式具有較強可擴展性，可以任意增加或去除總線的設備，同時各設備之間可以無需與主機直接聯動；在實際工程應用，得到了良好使用效果。

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