圖像型火災(zāi)探測器開關(guān)量接口板的開發(fā)

1、大連海事大學(xué)畢 業(yè) 論 文裝訂線二一四年六月圖像型火災(zāi)探測器開關(guān)量接口板的開發(fā)專業(yè)班級：電子信息科學(xué)與技術(shù)1班姓 名： 張 克 杰 指導(dǎo)老師： 李 愛 國 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院摘 要圖像型火災(zāi)探測器，是利用CCD攝像機作為探頭，將被監(jiān)視現(xiàn)場的畫面輸入圖像處理單元，然后利用圖像處理的算法，從圖像序列中來識別有無火災(zāi)的發(fā)生。在發(fā)現(xiàn)火災(zāi)的情況下，計算火災(zāi)的空間位置，自動啟動滅火系統(tǒng)和疏散系統(tǒng)。常見的火災(zāi)探測器，在信號傳輸方面有很多缺陷。本文設(shè)計的基于單片機的圖像型火災(zāi)探測器是將以太網(wǎng)和火災(zāi)報警裝置結(jié)合在一起，用以太網(wǎng)傳輸信號，網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機從網(wǎng)絡(luò)信號中提取報警信息，經(jīng)RS485通過開關(guān)板轉(zhuǎn)化為無源開關(guān)量

2、，而后經(jīng)輸入模塊送到火災(zāi)報警控制器。經(jīng)過設(shè)計和實驗表明由以太網(wǎng)傳輸信號，豐富了報警輸出方式，能夠很好的起到火災(zāi)報警的作用，提高了工作效率和值班人員的人身安全，而且建設(shè)容易，故障排除比較簡單，故障也容易隔離。關(guān)鍵詞：單片機；圖像型；火災(zāi)報警器 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 錄第1章 課題的背景和任務(wù)1第2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計32.1單片機模塊32.1.1 C8051F410模擬外設(shè)42.1.2 C8051F410在片調(diào)試52.1.3 C8051F410存儲器52.1.4 C8051F410片內(nèi)存儲器52.1.5 C8051F410模/數(shù)轉(zhuǎn)換器62.1.6 C8051F410電流輸出DAC62.1.7 C8051F410循環(huán)冗余檢查單元62.1.8 C8051F410穩(wěn)壓器62.1.9 C8051F410串

7、行端口62.1.10 C8051F410smaRTClock（實時時鐘）72.1.11 C8051F410端口輸入/輸出72.1.12 C8051F410工作方式72.2 RS485模塊92.2.1 RS-485 芯片和標(biāo)準(zhǔn)92.2.2 MAX487概述112.3繼電器輸出模塊132.3.1 繼電器原理132.3.2 74HC14芯片152.3.3 繼電器電路152.4電源模塊162.3.1 AC/DC變換172.3.3 LM2576器件介紹18第3章 軟件設(shè)計213.1 RS-485 通訊協(xié)議213.1.1 485軟件的編程213.2 主程序流程圖223.2.1主程序如下223.2.2子程序

8、如下30結(jié)論32參 考 文 獻33致 謝34附錄35圖像型火災(zāi)探測器開關(guān)量接口板的開發(fā)第1章 課題的背景和任務(wù)圖像型火災(zāi)探測器，是利用CCD攝像機作為探頭，將被監(jiān)視現(xiàn)場的畫面輸入圖像處理單元，然后利用圖像處理的算法，從圖像序列中來識別有無火災(zāi)的發(fā)生。在發(fā)現(xiàn)火災(zāi)的情況下，計算火災(zāi)的空間位置，自動啟動滅火系統(tǒng)和疏散系統(tǒng)。目前常見的圖像型火災(zāi)探測器提供三種信號：模擬視頻信號、開關(guān)量信號和RS485信號。其中模擬視頻信號用來傳輸現(xiàn)場的視頻畫面，開關(guān)量信號表示現(xiàn)場有無報警，RS485信號通常設(shè)置探測器的參數(shù)。但是，模擬視頻信號的傳輸目前仍然使用電纜，中間的信號線，外部包屏蔽層作為地。視頻傳輸過程中的容易

9、出現(xiàn)頻率失真，傳輸距離比較短；易受電源波動影響，因為系統(tǒng)中使用的直流電源一般是交流電經(jīng)過變壓、整流，濾波、穩(wěn)壓后產(chǎn)生的，由于交流電源公用，所以電源變動會產(chǎn)生干擾；模擬視頻信號在傳輸過程中線纜出現(xiàn)問題也不以查找問題點。RS-485接口采用差分方式傳輸信號，并不需要相對于某個參照點來檢測信號，系統(tǒng)只需檢測兩線之間的電位差就可以了。但人們往往忽視了收發(fā)器有一定的共模電壓范圍，RS-485收發(fā)器共模電壓范圍為-7+12V，只有滿足上述條件，整個網(wǎng)絡(luò)才能正常工作。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)線路中共模電壓超出此范圍時就會影響通信的穩(wěn)定可靠，甚至損壞接口。隨著網(wǎng)路技術(shù)的發(fā)展，越來越多的信號采用以太網(wǎng)進行傳輸?；谝蕴W(wǎng)的圖像型

10、火災(zāi)探測器通過以太網(wǎng)同時傳輸視頻信號、報警信號、探測器調(diào)試參數(shù)，以太網(wǎng)可以采用多種連接介質(zhì)，包括同軸纜、雙絞線和光纖等。其中雙絞線多用于從主機到集線器或交換機的連接，而光纖則主要用于交換機間的級聯(lián)和交換機到路由器間的點到點鏈路上。以太網(wǎng)具有建設(shè)容易，排除故障簡單，隔離故障容易等優(yōu)點。火災(zāi)報警控制器可分為聯(lián)動型和非聯(lián)動型。聯(lián)動型的火災(zāi)報警控制器可以根據(jù)報警信號的來源，聯(lián)動其它滅火裝置，如噴淋、消防水炮等?；馂?zāi)探測器一般需要提供無源開關(guān)量，通過輸入模塊接入火災(zāi)報警控制器。而網(wǎng)絡(luò)型的圖像火災(zāi)探測器全部信號都是通過網(wǎng)線傳輸，因此需要從網(wǎng)線中將報警解析出來。本課題的目的就是從網(wǎng)絡(luò)信號的提取報警信息，轉(zhuǎn)化

11、成無源的開關(guān)量，通過輸入模塊送到火災(zāi)報警控制器。探測點1探測點2探測點n-交換機電腦主機網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機開關(guān)板火災(zāi)報警控制器圖1.1 圖像火災(zāi)探測系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)探測點1探測點2探測點n-交換機電腦主機網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機開關(guān)板火災(zāi)報警控制器交換機圖1.2 網(wǎng)絡(luò)型圖像火災(zāi)探測系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)第2章 系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1單片機模塊C8051F410屬于Silicon Labs的小外型微控制器系列。C8051F410在極小的封裝中集成了高速8051CPU、Flash存儲器和高性能模擬電路，允許設(shè)計者在提高系統(tǒng)性能的同時，大大減少所需元件的數(shù)目。C8051F410包含一個擴展中斷系統(tǒng)，支持18個中斷源，每個中斷源

12、有兩個優(yōu)先級。沒個中斷源可在一個SFR中有一個或多個中斷標(biāo)志，中斷響應(yīng)時間取決于CPU當(dāng)時狀態(tài)，最快響應(yīng)為7個系統(tǒng)時鐘時間。C8051F410器件是完全集成的低功耗混合信號片上系統(tǒng)型MCU。下面列出了一些主要特性。*高速、流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的微控制器核（可達50MIPS）*全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口片內(nèi)）*真12位200ksps的24通道ADC，帶模擬多路器*兩個12位電流輸出DAC*高精度可編程的24.5MHz內(nèi)部振蕩器*達32KB的片內(nèi)FLASH存儲器*2304字節(jié)片內(nèi)RAM*硬件實現(xiàn)的SMBus/I2C、增強型UART和增強型SPI串行接口*4個通用的16位定時器*具有6個捕捉

13、/比較模塊和看門狗定時器功能可編程計數(shù)器/定時器陣列*硬件實時時鐘（smaRTClock），工作電壓可低至1V，帶64字節(jié)電池后備 RAM和后備穩(wěn)壓器*硬件CRC引擎*片內(nèi)上電復(fù)位、VDD監(jiān)視器和溫度傳感器*片內(nèi)電壓比較器*多達4個端口I/O圖2.1 C8051F410原理框圖圖2.2 C8051F410/2引腳圖（頂視圖）2.1.1 C8051F410模擬外設(shè)*12位ADC*±1LSB INL無失碼*可編程轉(zhuǎn)換速率，最高200ksps*可多達24個外部輸入*數(shù)據(jù)窗口中斷發(fā)生器*內(nèi)建溫度傳感器*兩個12位電流輸出DAC*兩個比較器*可編程回差電壓和響應(yīng)時間*可配置為喚醒或復(fù)位源*上電

14、復(fù)位/欠壓檢測器2.1.2 C8051F410在片調(diào)試*片內(nèi)調(diào)試電路提供全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試（不需仿真器）*支持?jǐn)帱c、單步、觀察/修改存儲器和寄存器*完全的開發(fā)套件供電電壓2.0V5.25V*內(nèi)建LDO穩(wěn)壓器：2.1或2.5V高速8051微控制器內(nèi)核*流水線指令結(jié)構(gòu)；70%的指令的執(zhí)行時間為一個或兩個系統(tǒng)時鐘周期*速度可達50MIPS（時鐘頻率為50MHz時）*擴展的中斷系統(tǒng)2.1.3 C8051F410存儲器*2304字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)RAM（256+2048）*32/16KB FLASH；可在系統(tǒng)編程，扇區(qū)大小為512字節(jié)*64字節(jié)電池后備RAM（smaRTClock）數(shù)字外設(shè)*24個端口

15、I/O；推挽或漏極開路，耐5.25V電壓*可同時使用的硬件SMBus（I2C兼容）、SPI和UART串口*4個通用16位計數(shù)器/定時器*16位可編程計數(shù)器/定時器陣列（PCA），有6個捕捉/比較模塊和WDT*硬件實時時鐘（smaRTClock），工作電壓可低至1V，64字節(jié)電池后備RAM 和后備穩(wěn)壓器時鐘源*內(nèi)部振蕩器：24.5MHz，±2%精度，可支持UART操作；時鐘乘法器可達50MHz*外部振蕩器：晶體、RC、C、或外部時鐘*smaRTClock振蕩器：32KHz 晶體或諧振器*可在運行中切換時鐘源32腳LQFP或28 腳 5x5 QFN 封裝*溫度范圍：-40°C

16、- +85°C2.1.4 C8051F410片內(nèi)存儲器C8051F410有標(biāo)準(zhǔn)8051的程序和數(shù)據(jù)地址配置。它包括256字節(jié)的數(shù)據(jù) RAM，其中高128字節(jié)為雙映射。用間接尋址訪問通用RAM的高128字節(jié)，用直接尋址訪問128字節(jié)的SFR地址空間。數(shù)據(jù)RAM的低128字節(jié)可用直接或間接尋址方式訪問。前32個字節(jié)為4個通用寄存器區(qū)，接下來的16字節(jié)既可以按字節(jié)尋址也可以按位尋址。程序存儲器包含32KB（F401/1）或16KB（F402/3）的FLASH。該存儲器以512字節(jié)為一個扇區(qū)，可以在系統(tǒng)編程，且不需特別的編程電壓。圖1.6 給出了MCU系統(tǒng)的存儲器結(jié)構(gòu)。2.1.5 C8051

17、F410模/數(shù)轉(zhuǎn)換器C8051F410器件內(nèi)部有一個12位SAR ADC和一個27通道單端輸入多路選擇器，該ADC的最大轉(zhuǎn)換速率為200ksps。ADC系統(tǒng)包含一個可編程的模擬多路選擇器，用于選擇ADC的輸入。端口02可以作為ADC的輸入；另外，片內(nèi)溫度傳感器的輸出和電源電壓（VDD）也可以作為ADC的輸入。用戶固件可以將ADC置于關(guān)斷狀態(tài)或使用突發(fā)模式以節(jié)省功耗。2.1.6 C8051F410電流輸出DACC8051F410內(nèi)部有兩個12位電流方式數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（IDAC）。IDAC的最大輸出電流可以有4種不同的設(shè)置：0.25mA、0.5mA、1mA和2mA。IDAC具有靈活的輸出更新機制，允

18、許無縫滿度變化，支持無抖動波形更新。兩個IDAC輸出可以匯合到一個端口I/O引腳，以提高滿度電流輸出或提高分辨率。IDAC有三種更新方式：要求時更新、定時器溢出更新和與外部信號同步更新。2.1.7 C8051F410循環(huán)冗余檢查單元C8051F410器件內(nèi)部有一個循環(huán)冗余檢查單元（CRC0），它能使用16位或32位多項式執(zhí)行CRC操作。CRC0接受字節(jié)數(shù)據(jù)流，輸出一個16位或32位的結(jié)果。CRC0還具有硬件位反轉(zhuǎn)功能，可以進行快速數(shù)據(jù)操作。2.1.8 C8051F410穩(wěn)壓器C8051F410器件內(nèi)部包含一個低降落穩(wěn)壓器（REG0）。輸入到REG0的VREGIN引腳的電壓可以高達5.25V。穩(wěn)

19、壓器的輸出可以用軟件選擇為2.0V或2.5V。當(dāng)被使能時，REG0輸出為器件供電并驅(qū)動VDD引腳。穩(wěn)壓器可用于為連接到VDD的外部器件提供電源。2.1.9 C8051F410串行端口C8051F410系列MCU內(nèi)部有一個SMBus/I2C接口、一個具有增強型波特率配置的全雙工UART和一個增強型SPI接口。每種串行總線都完全用硬件實現(xiàn)，都能向CIP-51產(chǎn)生中斷，因此需要很少的CPU干預(yù)。2.1.10 C8051F410smaRTClock（實時時鐘）C8051F410器件內(nèi)部有一個smaRTClock外設(shè)（實時時鐘）。smaRTClock有一個專用的32KHz振蕩器（可以被配置為使用或不使用

20、晶體）、一個具有告警功能的47位smaRTClock定時器、一個后備電源穩(wěn)壓器和64字節(jié)的后備SRAM。當(dāng)后備電源供電時，即使控制器核沒有電源，smaRTClock也會保持全功能運行。2.1.11 C8051F410端口輸入/輸出C8051F410器件最多有24個I/O引腳，端口引腳被組織為三個8位端口。端口的工作情況與標(biāo)準(zhǔn)8051相似，但有一些改進。每個端口引腳都可以被配置為數(shù)字或模擬I/O引腳。被選擇作為數(shù)字I/O的引腳還可以被配置為推挽或漏極開路輸出。在標(biāo)準(zhǔn)8051中固定的“弱上拉”可以被單獨或總體禁止，以降低功耗。2.1.12 C8051F410工作方式C8051F410 器件有四種工

21、作方式：活動（正常）、空閑、掛起和停機。當(dāng)振蕩器和外設(shè)處于活動狀態(tài)時，MCU 工作在正常方式。在空閑方式，CPU 停止運行，而外設(shè)和內(nèi)部時鐘處于活動狀態(tài)。在掛起方式，SYSCLK 停止，直到有喚醒事件發(fā)生，所有使用SYSCLK的外設(shè)也停止運行。在停機方式，CPU 停止運行，所有的中斷和定時器都處于非活動狀態(tài)，內(nèi)部振蕩器停止根據(jù)C8051F410單片機的特性，我們設(shè)計的電路如下：圖2.3 C8051F410 最小系統(tǒng)電路圖系統(tǒng)電路中，Vio、VDD、Vregin三個管腳所接電路中電容為濾波和退耦電容。在RST端口接了一個上拉電阻，可以將不確定的信號通過一個電阻鉗位在高電平，同時還起到限流作用。表

22、2.1 C8051F410/2引腳定義引腳名稱引腳號引腳類型說明VDD7內(nèi)核電源VIO1I/O電源GND6地VREGIN8內(nèi)部穩(wěn)壓器輸入/RSTC2CK2數(shù)字 I/O數(shù)字 I/O器件復(fù)位P2.7C2D32數(shù)字 I/O數(shù)字 I/O端口 P2.7C2 調(diào)試接口的雙向數(shù)據(jù)信號XTAL35模擬輸入smaRTClock 振蕩器晶體輸入XTAL44模擬輸出smaRTClock 振蕩器晶體輸出P0.0IDAC017數(shù)字 I/O或模擬輸入模擬輸出端口 P0.0IDAC0 輸出P0.1IDAC118數(shù)字I/O或模擬輸入模擬輸出端口 P0.1IDAC1 輸出P0.219數(shù)字 I/O或模擬輸入端口 P0.2P0.3

23、20數(shù)字 I/O端口 P0.3P0.4TX21數(shù)字I/O或模擬輸入數(shù)字輸出端口 P0.4UART TX 引腳P0.5RX22數(shù)字I/O或模擬輸入數(shù)字輸入端口 P0.5UART RX 引腳P0.6CNVSTR23數(shù)字I/O或模擬輸入數(shù)字輸入端口 P0.6ADC0、IDA0 和 IDA1 的外部轉(zhuǎn)換啟動輸入P0.724數(shù)字I/O或模擬輸入端口 P0.7P1.0XTAL19數(shù)字I/O或模擬輸入模擬輸入端口 P1.0外部時鐘輸入P1.1XTAL210數(shù)字I/O或模擬輸入模擬I/O或數(shù)字輸入端口 P1.1外部時鐘輸出P1.2VREF11數(shù)字I/O或模擬輸入模擬輸入端口 P1.2外部 VREF 輸入P1.

24、3P2.61231數(shù)字I/O或模擬輸入端口 P1.3端口 P2.62.2 RS485模塊2.2.1 RS-485 芯片和標(biāo)準(zhǔn)RS485接口芯片已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器、儀表、多媒體網(wǎng)絡(luò)、機電一體化產(chǎn)品等諸多領(lǐng)域。可用于RS485接口的芯片種類也越來越多。如何在種類繁多的接口芯片中找到最合適的芯片，是擺在每一個使用者面前的一個問題。RS485接口在不同的使用場合，對芯片的要求和使用方法也有所不同。RS485接口標(biāo)準(zhǔn)如下傳輸方式：差分 傳輸介質(zhì)：雙絞線 標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點數(shù)：32 最遠(yuǎn)通信距離：1200m 共模電壓最大、最小值：+12V；-7V 差分輸入范圍：-7V+12V 接收器輸入靈敏度：±

25、200mV 接收器輸入阻抗：12k 圖2.4 RS485芯片管腳圖電子工業(yè)協(xié)會（EIA）于1983 年制訂并發(fā)布RS-485標(biāo)準(zhǔn)，并經(jīng)通訊工業(yè)協(xié)會（TIA）修訂后命名為TIA/EIA-485-A，習(xí)慣地稱之為RS-485標(biāo)準(zhǔn)。RS-485標(biāo)準(zhǔn)是為彌補RS-232通信距離短、速率低等缺點而產(chǎn)生的。RS-485 標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定了平衡發(fā)送器和接收器的電特性，而沒有規(guī)定接插件、傳輸電纜和應(yīng)用層通信協(xié)議。RS-485標(biāo)準(zhǔn)與RS-232不一樣，數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式（Differential Driver Mode），也稱作平衡傳輸，它使用一對雙絞線，將其中一線定義為A，另一線定義為B，如圖2.4所示。圖2

26、.5 RS-485 發(fā)送器的示意圖通常情況下，發(fā)送發(fā)送器A、B之間的正電平在+2+6V，是一個邏輯狀態(tài)；負(fù)電平在-2-6V，是另一個邏輯狀態(tài)。另有一個信號地C。在RS-485器件中，一般還有一個“使能”控制信號?！笆鼓堋毙盘栍糜诳刂瓢l(fā)送發(fā)送器與傳輸線的切斷與連接，當(dāng)“使能”端起作用時，發(fā)送發(fā)送器處于高阻狀態(tài)，稱作“第三態(tài)”，它是有別于邏輯“1”與“0”的第三種狀態(tài)。對于接收發(fā)送器，也作出與發(fā)送發(fā)送器相對的規(guī)定，收、發(fā)端通過平衡雙絞線將A-A與B-B對應(yīng)相連。當(dāng)在接收端A-B之間有大于+200mV的電平時，輸出為正邏輯電平；小于-200mV時，輸出為負(fù)邏輯電平。在接收發(fā)送器的接收平衡線上，電平范

27、圍通常在200mV至6V之間。參見圖2.5圖2.5 RS-485 接收器的示意圖RS-485標(biāo)準(zhǔn)的最大傳輸距離約為1219米，最大傳輸速率為10Mbps。通常，RS-485網(wǎng)絡(luò)采用平衡雙絞線作為傳輸媒體。平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，只有在20kbps速率以下，才可能使用規(guī)定最長的電纜長度。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般來說，15米長雙絞線最大傳輸速率僅為 1Mbps。注意：并不是所有的RS-485收發(fā)器都能夠支持高達10Mbps的通訊速率。如果采用光電隔離方式，則通訊速率一般還會受到光電隔離器件響應(yīng)速度的限制。RS-485網(wǎng)絡(luò)采用直線拓樸結(jié)構(gòu)，需要安裝2個終端匹配電阻，其阻

28、值要求等于傳輸電纜的特性阻抗（一般取值為120）。在矩距離、或低波特率波數(shù)據(jù)傳輸時可不需終端匹配電阻，即一般在300米以下、19200bps不需終端匹配電阻。終端匹配電阻安裝在RS-485傳輸網(wǎng)絡(luò)的兩個端點，并聯(lián)連接在A-B引腳之間。RS-485標(biāo)準(zhǔn)通常被用作為一種相對經(jīng)濟、具有相當(dāng)高噪聲抑制、相對高的傳輸速率、傳輸距離遠(yuǎn)、寬共模范圍的通信平臺。同時，RS-485電路具有控制方便、成本低廉等優(yōu)點。在過去的20年時間里，建議性標(biāo)準(zhǔn)RS-485作為一種多點差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)碾姎庖?guī)范，被應(yīng)用在許多不同的領(lǐng)域，作為數(shù)據(jù)傳輸鏈路。目前，在我國應(yīng)用的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)中，RS-485半雙工異步通信總線也是被各個研發(fā)機構(gòu)

29、廣泛使用的數(shù)據(jù)通信總線。但是基于在RS-485總線上任一時刻只能存在一個主機的特點，它往往應(yīng)用在集中控制樞紐與分散控制單元之間。RS485的電氣特性：發(fā)送端：邏輯“1”以兩線間的電壓差+（2至6）V表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差-（2至6）V表示。接收端：A比B高200mV以上即認(rèn)為是邏輯“1”，A比B低200mV以上即認(rèn)為是邏輯“0”。2.2.2 MAX487概述MAX487是用于RS485通信的低功耗收發(fā)器，每個器件中都有一個驅(qū)動器和一個接收器。MAX487具有限擺率驅(qū)動器，可以減小EMI，并降低由不恰當(dāng)?shù)慕K端匹配電纜引起的反射，實現(xiàn)最高250kbps的無差錯數(shù)據(jù)傳輸。MAX487在驅(qū)動

30、禁用的空載或滿載狀態(tài)下，吸收的電源電流在120A至500A之間。另外，MAX487具有低電流關(guān)斷模式，僅僅消耗0.1uA。所有器件都工作在5V單電源下。驅(qū)動器具有短路電流限制，并可以通過熱關(guān)斷電路將驅(qū)動器輸出置為高阻狀態(tài)，防止過度的功率損耗。接收器輸入具有失效保護特性，當(dāng)輸入開路時，可以確保邏輯高電平輸出。MAX487具有四分之一單位負(fù)載的接收器輸入阻抗，使得總線上最多可以有128個MAX487收發(fā)器，MAX487為半雙工應(yīng)用設(shè)計。圖2.6 MAX487管腳圖6N137光耦合器是一款用于單通道的高速光耦合器，其內(nèi)部有一個850nm波長AlGaAs LED和一個集成檢測器組成，其檢測器由一個光敏

31、二極管、高增益線性運放及一個肖特基鉗位的集電極開路的三極管組成。具有溫度、電流和電壓補償功能，高的輸入輸出隔離，LSTTL/TTL兼容，高速(典型為10MBd)，5mA的極小輸入電流。特性：轉(zhuǎn)換速率高達10MBit/s;擺率高達10kV/us;扇出系數(shù)為8;邏輯電平輸出;集電極開路輸出;工作參數(shù)：最大輸入電流，低電平：250uA最大輸入電流，高電平：15mA最大允許低電平電壓(輸出高)：0.8v最大允許高電平電壓：Vcc最大電源電壓、輸出：5.5V扇出(TTL負(fù)載)：8個(最多)工作溫度范圍：-40°C+85°C信號從腳2和腳3輸入，發(fā)光二極管發(fā)光，經(jīng)片內(nèi)光通道傳到光敏二極

32、管，反向偏置的光敏管光照后導(dǎo)通，經(jīng)電流-電壓轉(zhuǎn)換后送到與門的一個輸入端，與門的另一個輸入為使能端，當(dāng)使能端為高時與門輸出高電平，經(jīng)輸出三極管反向后光電隔離器輸出低電平。當(dāng)輸入信號電流小于觸發(fā)閾值或使能端為低時，輸出高電平，但這個邏輯高是集電極開路的，可針對接收電路加上拉電阻或電壓調(diào)整電路。圖2.7 6N137芯片管腳圖6N137真值表輸入使能輸出HHLLHHHLHLLH根據(jù)以上芯片的特性，我們設(shè)計的隔離型RS485電路如下：圖2.6 RS485輸出電路圖電路中OND和ROND是兩組不共地的電源，一般用隔離型的DC-DC來實現(xiàn)。通過光耦隔離來實現(xiàn)信號的隔離傳輸，MAX487E與MCU系統(tǒng)不共地，

33、完全隔離則有效的抑制了高共模電壓的產(chǎn)生，消除了共模電壓的影響，大大降低了485的損壞率，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。2.3繼電器輸出模塊2.3.1 繼電器原理繼電器（英文名稱：relay）是一種電控制器件，是當(dāng)輸入量（激勵量）的變化達到規(guī)定要求時，在電氣輸出電路中使被控量發(fā)生預(yù)定的階躍變化的一種電器。它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路）之間的互動關(guān)系。通常應(yīng)用于自動化的控制電路中，它實際上是用小電流去控制大電流運作的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。繼電器的觸點有三種基本形式：1、動合型（常開）（H型）線圈不通電時兩觸點是斷開的，通電后，兩個觸點

34、就閉合。以合字的拼音字頭“H”表示。2、動斷型（常閉）（D型）線圈不通電時兩觸點是閉合的，通電后兩個觸點就斷開。用斷字的拼音字頭“D”表示。3、轉(zhuǎn)換型（Z型）這是觸點組型。這種觸點組共有三個觸點，即中間是動觸點，上下各一個靜觸點。線圈不通電時，動觸點和其中一個靜觸點斷開和另一個閉合，線圈通電后，動觸點就移動，使原來斷開的成閉合，原來閉合的成斷開狀態(tài)，達到轉(zhuǎn)換的目的。這樣的觸點組稱為轉(zhuǎn)換觸點。用“轉(zhuǎn)”字的拼音字頭“z”表示。繼電器是具有隔離功能的自動開關(guān)元件，廣泛應(yīng)用于遙控、遙測、通訊、自動控制、機電一體化及電力電子設(shè)備中，是最重要的控制元件之一。繼電器一般都有能反映一定輸入變量（如電流、電壓、

35、功率、阻抗、頻率、溫度、壓力、速度、光等）的感應(yīng)機構(gòu)（輸入部分）；有能對被控電路實現(xiàn)“通”、“斷”控制的執(zhí)行機構(gòu)（輸出部分）；在繼電器的輸入部分和輸出部分之間，還有對輸入量進行耦合隔離，功能處理和對輸出部分進行驅(qū)動的中間機構(gòu)（驅(qū)動部分）。作為控制元件，概括起來，繼電器有如下幾種作用：1、擴大控制范圍：例如，多觸點繼電器控制信號達到某一定值時，可以按觸點組的不同形式，同時換接、開斷、接通多路電路。2、放大：例如，靈敏型繼電器、中間繼電器等，用一個很微小的控制量，可以控制很大功率的電路。3、綜合信號：例如，當(dāng)多個控制信號按規(guī)定的形式輸入多繞組繼電器時，經(jīng)過比較綜合，達到預(yù)定的控制效果。4、自動、遙

36、控、監(jiān)測：例如，自動裝置上的繼電器與其他電器一起，可以組成程序控制線路，從而實現(xiàn)自動化運行。HJR-4102-5V繼電器觸點參數(shù)：觸點形式：1A（1H）1C觸點負(fù)載：3A/240VAC，3A/14VDC，2A-240VAC 3A/14VDC阻 抗：30m額定電流：1A線圈功耗：0.09W額定電壓：DC5V吸合電壓：DC90V釋放電壓：DC 1.2V工作溫度：-55+100絕緣電阻：1000M線圈與觸點間耐壓：4000VAC/1分鐘觸點與觸點間耐壓：1500VAC/1分鐘2.3.2 74HC14芯片74HC14是一款高速CMOS器件，74HC14引腳兼容低功耗肖特基TTL（LSTTL）系列。74

37、HC14遵循JEDEC標(biāo)準(zhǔn)no.7A。74HC14實現(xiàn)了6路施密特觸發(fā)反相器，可將緩慢變化的輸入信號轉(zhuǎn)換成清晰、無抖動的輸出信號。圖2.7 74HC14芯片管腳圖74HC14真值表Input輸入Output輸出AYLHHL2.3.3 繼電器電路 根據(jù)上述的各個芯片的特性，設(shè)計的電路如下：圖2.8 繼電器模塊電路圖當(dāng)網(wǎng)絡(luò)信號中提取出報警信息，經(jīng)過單片機處理，控制Relay01和Relay02為高電平，則三極管導(dǎo)通，整個電路形成回路形成電流，當(dāng)電流經(jīng)過繼電器時，使得開關(guān)閉合，于是報警信息就轉(zhuǎn)化為了無源的開關(guān)量。再通過輸入模塊送到火災(zāi)報警控制器。2.4電源模塊電源模塊是可以直接貼裝在印刷電路板上的電

38、源供應(yīng)器，其特點是可為專用集成電路（ASIC）、數(shù)字信號處理器(DSP)、微處理器、存儲器、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)及其他數(shù)字或模擬負(fù)載提供供電。一般來說，這類模塊稱為負(fù)載點 (POL)電源供應(yīng)系統(tǒng)或使用點電源供應(yīng)系統(tǒng)(PUPS)。由于模塊式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點甚多，因此模塊電源廣泛用于交換設(shè)備、接入設(shè)備、移動通訊、微波通訊以及光傳輸、路由器等通信領(lǐng)域和汽車電子、航空航天等。DC/DC變換是將可變的直流電壓變換成固定的直流電壓，也稱為直流斬波。斬波器的工作方式有兩種，一是脈寬調(diào)制方式Ts不變，改變ton(通用)，二是頻率調(diào)制（1）Buck電路降壓斬波器，其輸出平均電壓U0小于輸入電壓Ui，極性相同。

39、 （2）Boost電路升壓斬波器，其輸出平均電壓U0大于輸入電壓Ui，極性相同。 （3）BuckBoost電路降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓U0大于或小于輸入電壓Ui，極性相反，電感傳輸。 （4）Cuk電路降壓或升壓斬波器，其輸出平均電壓U0大于或小于輸入電壓Ui，極性相反，電容傳輸。 還有Sepic、Zeta電路。上述為非隔離型電路，隔離型電路有正激電路、反激電路、半橋電路、全橋電路、推挽電路。當(dāng)今軟開關(guān)技術(shù)使得DC/DC發(fā)生了質(zhì)的飛躍，美國VICOR公司設(shè)計制造的多種ECI軟開關(guān)DC/DC變換器，其最大輸出功率有300W、600W、800W等，相應(yīng)的功率密度為(6.2、10、17)W/c

40、m3，效率為（8090）。日本NemicLambda公司最新推出的一種采用軟開關(guān)技術(shù)的高頻開關(guān)電源模塊RM系列，其開關(guān)頻率為（200300)kHz，功率密度已達到27W/cm3，采用同步整流器（MOSFET代替肖特基二極管），使整個電路效率提高到90。 2.3.1 AC/DC變換 AC/DC變換是將交流變換為直流，其功率流向可以是雙向的，功率流由電源流向負(fù)載的稱為“整流”，功率流由負(fù)載返回電源的稱為“有源逆變”。AC/DC變換器輸入為50/60Hz的交流電，因必須經(jīng)整流、濾波，因此體積相對較大的濾波電容器是必不可少的，同時因遇到安全標(biāo)準(zhǔn)（如UL、CCEE等）及EMC指令的限制（如IEC、FCC

41、、CSA），交流輸入側(cè)必須加EMC濾波及使用符合安全標(biāo)準(zhǔn)的元件，這樣就限制AC/DC電源體積的小型化，另外，由于內(nèi)部的高頻、高壓、大電流開關(guān)動作，使得解決EMC電磁兼容問題難度加大，也就對內(nèi)部高密度安裝電路設(shè)計提出了很高的要求，由于同樣的原因，高電壓、大電流開關(guān)使得電源工作損耗增大，限制了AC/DC變換器模塊化的進程，因此必須采用電源系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法才能使其工作效率達到一定的滿意程度。 AC/DC變換按電路的接線方式可分為，半波電路、全波電路。按電源相數(shù)可分為，單相、三相、多相。按電路工作象限又可分為一象限、二象限、三象限、四象限。 2.3.2 開關(guān)電源的選用 開關(guān)電源在輸入抗干擾性能上，由于

42、其自身電路結(jié)構(gòu)的特點（多級串聯(lián)），一般的輸入干擾如浪涌電壓很難通過，在輸出電壓穩(wěn)定度這一技術(shù)指標(biāo)上與線性電源相比具有較大的優(yōu)勢，其輸出電壓穩(wěn)定度可達(0.51）。開關(guān)電源模塊作為一種電力電子集成器件，在選用中應(yīng)注意以下幾點： 1、輸出電流的選擇 因開關(guān)電源工作效率高，一般可達到80以上，故在其輸出電流的選擇上，應(yīng)準(zhǔn)確測量或計算用電設(shè)備的最大吸收電流，以使被選用的開關(guān)電源具有高的性能價格比，通常輸出計算公式為： Is=KIf 式中：Is開關(guān)電源的額定輸出電流； If用電設(shè)備的最大吸收電流； K裕量系數(shù)，一般取1.51.8； 2、保護電路 開關(guān)電源在設(shè)計中必須具有過流、過熱、短路等保護功能，故在設(shè)

43、計時應(yīng)首選保護功能齊備的開關(guān)電源模塊，并且其保護電路的技術(shù)參數(shù)應(yīng)與用電設(shè)備的工作特性相匹配，以避免損壞用電設(shè)備或開關(guān)電源。電源的幾大指標(biāo)*功率P=UI,是輸出電壓和輸出電流的乘積。*輸入電壓分交流輸入和直流輸入2種。*輸出電壓一般是直流輸出，但也有交流輸出的。*工作溫度*隔離電壓：隔離就是將輸出與輸入進行電路上的分離。有以下幾個作用： 一、電流變換； 二、為了防止輸入輸出相互干擾； 三、輸入輸出電路的信號特性相差太大，比如用弱信號控制強電的設(shè)備封裝尺寸有插針，貼片的，和螺旋。輸出有單路輸出，雙路輸出及多路輸出。電源模塊是可以直接貼裝在印刷電路板上的電源供應(yīng)器，其特點是可為專用集成電路（ASIC

44、）、數(shù)字信號處理器(DSP)、微處理器、存儲器、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)及其他數(shù)字或模擬負(fù)載提供供電。一般來說，這類模塊稱為負(fù)載點(POL)電源供應(yīng)系統(tǒng)或使用點電源供應(yīng)系統(tǒng)(PUPS)。由于模塊式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點甚多，因此模塊電源廣泛用于交換設(shè)備、接入設(shè)備、移動通訊、微波通訊以及光傳輸、路由器等通信領(lǐng)域和汽車電子、航空航天等。2.3.3 LM2576器件介紹LM2576系列是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的3A電流輸出降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓電路，它內(nèi)含固定頻率振蕩器（52kHz）和基準(zhǔn)穩(wěn)壓器（1.23V），并具有完善的保護電路，包括電流限制及熱關(guān)斷電路等，利用該器件只需極少的外圍器件便可構(gòu)成高效穩(wěn)壓電路。L

45、M2576系列包括LM2576（最高輸入電壓40V）及LM2576HV（最高輸入電壓60V）二個系列。各系列產(chǎn)品均提供有3.3V（-3.3）、5V（-5.0）、12V（-12）、15V（-15）及可調(diào)（-ADJ）等多個電壓檔次產(chǎn)品。此外，該芯片還提供了工作狀態(tài)的外部控制引腳。 LM2576系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路的主要特性如下： * 最大輸出電流：3A；* 最高輸入電壓：LM2576為40V，LM2576HV為60V； * 輸出電壓：3.3V、5V、12V、15V和ADJ（可調(diào)）等可選； * 振東頻率：52kHz；* 轉(zhuǎn)換效率：75%88%（不同電壓輸出時的效率不同）； * 控制方式：PWM； *

46、 工作溫度范圍：-40+125 * 工作模式：低功耗/正常兩種模式可外部控制； * 工作模式控制：TTL電平兼容； * 所需外部元件：僅四個（不可調(diào)）或六個（可調(diào)）； * 器件保護：熱關(guān)斷及電流限制； * 封裝形式：TO-220或TO-263圖 2.9 LM2576引腳圖圖 2.10 LM2576的內(nèi)部框圖LM2576內(nèi)部包含52kHz振蕩器、1.23V基準(zhǔn)穩(wěn)壓電路、熱關(guān)斷電路、電流限制電路、放大器、比較器及內(nèi)部穩(wěn)壓電路等。為了產(chǎn)生不同的輸出電壓，通常將比較器的負(fù)端接基準(zhǔn)電壓（1.23V），正端接分壓電阻網(wǎng)絡(luò)，這樣可根據(jù)輸出電壓的不同選定不同的阻值，其中R1=1k（可調(diào)-ADJ時開路），R2分

47、別為1.7k（3.3V）、11.3k（15V）和0（-ADJ），上述電阻依據(jù)型號不同已在芯片內(nèi)部做LM2576系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路是線性三端穩(wěn)壓器件（如78xx系列端穩(wěn)壓集成電路）的替代品，它具有可靠的工作性能、較高的工作效率和較強的輸出電流驅(qū)動能力，從而為MCU的穩(wěn)定、可靠工作提供了強有力的保證。根據(jù)以上芯片的介紹和特性的了解，我們設(shè)計的電源模塊電路如下：圖2.9 電源模塊電路圖該電路圖為以LM2576為核心的開關(guān)穩(wěn)壓電源電路，采用LM2576系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路作為MCU穩(wěn)壓電源的核心器件不僅可以提高穩(wěn)壓電源的工作效率，減少能源損耗，減少對MCU的熱損害，而且可減少外部交流電壓大幅波動對M

48、CU的干擾，同時可降低經(jīng)電源竄入的高頻干擾，這對保障MCU的安全和可靠運行能起到事半功倍的作用。第3章 軟件設(shè)計3.1 RS-485 通訊協(xié)議RS-485標(biāo)準(zhǔn)只對接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議；因此，用戶需要在RS-485應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上建立自己的應(yīng)用層通信協(xié)議。由于RS-485標(biāo)準(zhǔn)是基于PC的UART芯片上的處理方式，因此，其通訊協(xié)議也規(guī)定了串行數(shù)據(jù)單元的格式（8-N-1格式）：1位邏輯0的起始位，6/7/8位數(shù)據(jù)位，1位可選擇的奇(ODD)/偶(EVEN)校驗位，1/2位邏輯1的停止位。目前，RS-485在國內(nèi)有著非常廣泛的應(yīng)用，許多領(lǐng)域，比如工業(yè)控制、電力通訊、智能樓

49、宇等都經(jīng)?？梢砸姷骄哂蠷S-485接口電路的設(shè)備。但是，這些設(shè)備采用的用戶層協(xié)議(術(shù)語參考自O(shè)SI的7層結(jié)構(gòu))都不相同；這些設(shè)備之間并不可以直接連接通訊。比如，很多具有RS-485接口電路的用戶設(shè)備采用自己制定的簡單通訊協(xié)議，或是直接取自ModBus協(xié)議(AscII/RTU模式)中的一部分功能；在電力通訊領(lǐng)域，當(dāng)前國家現(xiàn)在執(zhí)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，頒布有按設(shè)備分類的各種通訊規(guī)約，如CDT、SC-1801、u4F、DNP3.0規(guī)約和1995年的IEC60870-5-101傳輸規(guī)約、1997年的國際101規(guī)約的國內(nèi)版本DL/T634-1997規(guī)約；在電表應(yīng)用中，國內(nèi)大多數(shù)地區(qū)的廠商采用多功能電能表通訊規(guī)約

50、(DL/T645-1997)(DL/T645-1997)。3.1.1 485軟件的編程 485芯片的軟件編程對產(chǎn)品的可靠性也有很大影響。由于485總線是異步半雙工的通信總線，在某一個時刻，總線只可能呈現(xiàn)一種狀態(tài)，所以這種方式一般適用于主機對分機的查詢方式通信，總線上必然有一臺始終處于主機地位的設(shè)備在巡檢其它的分機，所以需要制定一套合理的通信協(xié)議來協(xié)調(diào)總線的分時共用。這里采用的是數(shù)據(jù)包通信方式。通信數(shù)據(jù)是成幀成包發(fā)送的，每包數(shù)據(jù)都有引導(dǎo)碼、長度碼、地址碼、命令碼、內(nèi)容、校驗碼等部分組成。其中引導(dǎo)碼是用于同步每一包數(shù)據(jù)的引導(dǎo)頭；長度碼是這一包數(shù)據(jù)的總長度；命令碼是主機對分機（或分機應(yīng)答主機）的控制

51、命令；地址碼是分機的本機地址號；“內(nèi)容”是這一包數(shù)據(jù)里的各種信息；校驗碼是這一包數(shù)據(jù)的校驗標(biāo)志，可以采用奇偶校驗、和校驗等不同的方式。 在485芯片的通信中，尤其要注意對485控制端DE的軟件編程。為了可靠的工作，在485總線狀態(tài)切換時需要做適當(dāng)延時，再進行數(shù)據(jù)的收發(fā)。具體的做法是在數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)下，先將控制端置“1”，延時1ms左右的時間，再發(fā)送有效的數(shù)據(jù)，一包數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束后再延時1ms后，將控制端置“0”。這樣的處理會使總線在狀態(tài)切換時，有一個穩(wěn)定的工作過程。3.2 主程序流程圖正確錯誤報警收校驗和進入中斷接收信號檢測中斷初始化外設(shè)開始無有圖3.1 主程序流程圖3.2.1主程序/-/ 軟件名

52、稱：滅火裝置控制器/ / 模塊名稱：ESIP_Main.c/ 目標(biāo)器件：C8051F410，ESIP8.3主板/ 功能說明：/ 1、系統(tǒng)配置/ /-#include <ESIP_Global.h>extern void Init_Device(void);/MCU配置子程序/extern void InitParam(void);/初始化各參數(shù)/extern void Write_tBuf(uchar a);/初始化各參數(shù)/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;*/*/* 處理主機命令函數(shù) */*/void ProcessCommand(void) using 3switch(chMessageType)case 0x30:/巡檢break;case 0x40:/攝像頭遮擋狀態(tài)b