基于CAN總線的電氣火災報警系統的設計方案

　　1 引言

　　目前，我國總線式電氣火災報警裝置正在發展當中，傳統的總線式電氣火災報警器（比如二總線、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，無法充分發揮總線式電氣火災報警裝置的優勢。因此設計一種新型總線式電氣火災報警裝置勢在必行。

　　由于電氣火災具有發生頻率高、發生時間和地點隨機、危害特別大等特點，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。每個電氣火災探測器至少可帶一路漏電流互感器、一個斷路器和一路溫度傳感器。輸電線路經過斷路器和漏電流互感器接到用戶負載。探測器通過互感器檢測一組用戶線路的漏電流，通過溫度傳感器檢測線纜溫度。探測器和監控設備之間通過CAN總線通信。每個探測器必須設置一個獨一無二的ID,用于區別其他的探測器。用戶在使用之前，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，探測器會再次復核，若還能檢測到報警信號，探測器會控制斷路器迅速切斷電路，同時發出聲光報警，并把報警信息發送給監控設備。探測器會一直保持聲、光報警信號，直到用戶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320×240液晶屏實時顯示各監控線路的運行狀態，如果監控設備接收到報警信息，則顯示報警所在節點的位置、報警類型、報警值和設定值等。同時發出聲光報警信號，提醒消防人員及時去現場查明原因，有效預防電氣火災的發生。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CAN總線發送給監控設備。探測器可配置ID,用于網絡中區別于其他探測器。可設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手動或者自動斷開斷路器。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，采用改進型哈佛結構。有53個通用I/O口、64K的程序存儲區、8通道硬件DMA、集成PLL可實現擴頻。帶一個增強型的ECAN模塊，在報文接收和發送時采用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：獨特的單線接口方式，與微處理器連接時僅需要一條線即可實現雙向通訊；在使用中不需要任何外圍元件；可用數據線供電，電壓范圍3.0V~5.5V;通過編程可實現9~12位的數字讀數方式；用戶可自設定非易失性的報警上下限值；支持多點組網功能，實現多點測溫；負壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發熱而燒毀。因而使用DSl8B20可使系統結構更簡單，可靠性更高。溫度檢測電路比較簡單，只需一根數據線接到單片機的I/O口，數據線通過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。在三相四線制線路中，正常情況下是沒有剩余電流的，流過A相、B相和C相的電流應和流過N相的相等，即矢量和為零，此時互感器的二級繞組沒有感應電流；如果發生漏電，則矢量和不為零，二級繞組上就有感應電流，該電流經過負荷后就會產生感應電壓。這個電壓經過調理電路整形放大，再經過單片機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。