江蘇科技大學電氣工程及其自動化專業(yè)本科畢業(yè)設計（論文）

1、江蘇科技大學本科畢業(yè)設計（論文）江蘇科技大學本 科 畢 業(yè) 設 計（論文）學 院 電氣與信息工程學院 專 業(yè) 電氣工程及其自動化 學生姓名 班級學號 0945533115 指導教師 二零一三年六月江蘇科技大學本科生畢業(yè)論文基于CAN總線的火災報警系統(tǒng)設計The fire alarm system design based on the CAN bus 江蘇科技大學畢業(yè)論文（設計）任務書學院名稱：電氣信息工程學院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 學生姓名： 學 號： 0945533115 指導教師： 職 稱: 講 師 2013年 3 月 1 日VIII畢業(yè)設計（論文）題目：基于CAN總線的火災報警

2、系統(tǒng)設計一、畢業(yè)設計（論文）內容及要求（包括原始數據、技術要求、達到的指標和應做的實驗等）1.設計內容：隨著人們防火意識的增強，火災探測報警技術越來越受到人們的重視。傳統(tǒng)的火災報警系統(tǒng)多采用RS-485總線通信方式，與之相比，CAN總線具有突出的可靠性、實時性和靈活性，本文主要研究基于CAN總線的火災報警系統(tǒng)的設計方案及實現(xiàn)方法。2.設計要求： (1)選擇合適的溫度及煙霧傳感器；(2)主從節(jié)點通過CAN總線通信；(3)可進行數據處理、顯示、存儲等；(4)根據測量值可驅動滅火裝置。除以上要求的功能外，設計者可增加其他功能。二、完成后應交的作業(yè)（包括各種說明書、圖紙等）1. 畢業(yè)設計論文一份（不少

3、于1.5萬字）；2. 外文譯文一篇（不少于5000英文單詞）；3. 軟件流程圖；三、完成日期及進度2013年3月25日至2012年6月12日。進度安排：1.3.254.5：系統(tǒng)調研，收集資料，方案論證；2.4.85.10：軟硬件系統(tǒng)設計；3.5.135.24：綜合測試；4.5.276.12：畢業(yè)論文撰寫，答辯。四、同組設計者（若無則留空）： 五、主要參考資料（包括書刊名稱、出版年月等）:1.張毅剛，新編MCS-51單片機應用設計，哈爾濱工業(yè)大學出版社，20062.王振紅，綜合電子設計與實踐，清華大學出版社，20083.張培仁，基于C語言編程MCS-51單片機原理與應用，清華大學出版社，2002

4、4.沈紅衛(wèi)，單片機應用系統(tǒng)設計實例與分析，北京航空航天大學出版社，2003 系(教研室)主任： （簽章） 年 月 日 學院主管領導： （簽章） 年 月 日摘 要 伴隨著人們防火意識的不斷增強，人們也對火災報警系統(tǒng)技術給予了更多的重視。傳統(tǒng)意義上的火災報警系統(tǒng)，很多情況下采用RS-485總線作為系統(tǒng)的通信方式，并且采取單一的溫度傳感器監(jiān)控現(xiàn)場環(huán)境，在執(zhí)行滅火的裝置中使用玻璃球灑水噴頭。本文主要研究的是基于CAN總線的火災報警系統(tǒng)設計的方案以及實現(xiàn)的方法，用CAN總線取代傳統(tǒng)的RS-485總線，以解決抗干擾能力較差、對火災報警響應較慢以及傳輸速率較低等一系列的缺點。本文分為五個章節(jié)，第一章節(jié)是緒論

5、部分，主要介紹本課題研究的背景，國內外發(fā)展現(xiàn)狀，以及研究的意義；第二章節(jié)是災報警系統(tǒng)的總體設計部分，主要介紹了本系統(tǒng)的總體設計的方案；第三章節(jié)是火災報警系統(tǒng)的硬件設計部分，主要介紹了本系統(tǒng)在主節(jié)點的硬件設計和從節(jié)點的硬件設計；第四章是火災報警系統(tǒng)的軟件設計，主要介紹了系統(tǒng)的整體軟件設計，主節(jié)點軟件設計，CAN模塊通信電路軟件設計以及從節(jié)點的軟件設計；第五章是火災報警系統(tǒng)的調試，主要介紹了系統(tǒng)的調試過程中遇到的問題以及問題的處理方案等等。關鍵詞：CAN總線；單片機；火災報警器AbstractWith people's growing awareness of fire preventio

6、n, fire alarm system, people also pay more attention. The traditional sense of the fire alarm system, in many cases by using RS-485 bus as the communication system, and take the temperature sensor to monitor the environment is a single, the use of glass ball sprinkler in the device to carry out the.

7、This paper mainly studies the method of CAN bus fire alarm system design scheme and Realization Based on, to replace the traditional RS-485 bus with CAN bus, in order to solve the problem of poor anti-interference ability, alarm of slow response and low transmission rate of a series of shortcomings

8、on the fire.This paper is divided into five chapters, the first chapter is the introduction part, mainly introduces the research background, development situation at home and abroad, and the significance of the research; the second chapter is fire alarm system design part, mainly introduced the whol

9、e design of the system scheme; the third chapter is the fire alarm part of the hardware design of the system, mainly introduces the hardware design of the system in the master node and the node hardware design; the fourth chapter is the software design of the system of fire alarm, mainly introduces

10、the overall design of system software, the master node software design, communication module circuit design software CAN and from the software design; the fifth chapter is the system debugging fire alarm, mainly introduces the debugging process of the system problems and solutions.Keywords：CAN bus;

11、MCU; fire alarm目 錄第一章 緒論11.1本課題研究背景11.2 火災報警系統(tǒng)的國內外發(fā)展現(xiàn)狀21.3 本文的研究意義3第二章 災報警系統(tǒng)的總體設計42.1系統(tǒng)設計內容42.2 系統(tǒng)設計要求42.3 系統(tǒng)總體方案設計4第三章 火災報警系統(tǒng)的硬件設計 83.1主節(jié)點硬件設計83.1.1 LCD1602顯示器電路設計93.1.2 時鐘電路設計103.1.3 CAN模塊通信電路設計113.2 從節(jié)點硬件設計123.2.1溫度傳感器電路設計123.2.2 可燃氣體及煙霧傳感器電路設計143.2.3滅火裝置電路16第四章 火災報警系統(tǒng)的軟件設計 18 4.1系統(tǒng)整體軟件設計184.2 主節(jié)

12、點軟件設計184.2.1 LCD1602顯示屏的軟件設計194.2.2 時鐘電路軟件設計204.3 CAN模塊通信電路軟件設計204.3.1 CAN控制器的初始化204.3.2信號發(fā)送模塊程序設計214.3.3 信號接收模塊程序設計224.4 從節(jié)點軟件設計234.4.1 溫度傳感器電路的軟件設計244.4.2 可燃氣體及煙霧傳感器電路的軟件設計254.4.3 滅火裝置的軟件設計26第五章 火災報警系統(tǒng)的調試285.1 主節(jié)點模塊功能的測試285.1.1 LCD1602顯示屏功能的測試285.1.2 時鐘電路模塊功能的測試295.2 從節(jié)點模塊功能的測試295.2.1 溫度傳感器電路功能的測試

13、305.2.2可燃氣體及煙霧傳感器電路功能的測試315.2.3 報警電路功能的測試315.2.4 滅火裝置功能的測試325.3 CAN模塊通信功能的測試335.4 火災報警系統(tǒng)的綜合測試34結 語37致 謝38參考文獻 39第一章 緒論1.1本課題研究背景 隨著我們社會的不斷發(fā)展，人們的生活、工作以及我們居住的環(huán)境愈來愈相對的集中，火災發(fā)生的可能性也變得日益突出，火災給人們所造成的損失和危害也越來越不可忽視，對廣大人民群眾的生命財產安全造成了很大的威脅。世界上很多國家都致力于各種各樣的火災報警系統(tǒng)的研究和實驗，人們更加重視對火災發(fā)生的及時發(fā)現(xiàn)與報警。2011年，我國公安部消防局公布了當年的全國

14、火災情況，全國共接到報火災一共125402起，死亡人數一共1106人，受傷人數有572人，直接造成的財產經濟損失有18.8億元。其中，尤其是在節(jié)日期間，燃放煙花原因所造成的火災有所增多，還有建設施工的工地、以及小作坊和小商店等場所火災發(fā)生的數量較多，同時由于用電用火所引起的火災，在火災發(fā)生總量上仍然占據了比較大的比重。統(tǒng)計數據顯示，全國較大火災共接報76起，死亡281人，受傷54人，直接財產損失8468.2萬元，與2010年相比，死亡人數增加3.3%。全國公司廠房所發(fā)生的火災6779起；居民住宅一共發(fā)生了火災有48548起；而用作倉儲場所引起的火災一共5463起，人口比較集中的場所所發(fā)生火災1

15、2471起，因為交通工具事故所造成的火災13049起；易燃易爆地方事故所發(fā)生的火災407起；城鄉(xiāng)火災總量下降。全國農村一共發(fā)生了火災38469起，死亡349人，受傷154人，造成直接財產損失有39301.3萬元。而城市已共引發(fā)火災有43171起，死亡331人，受傷196人，造成的直接財產損失有55330萬元；從以上統(tǒng)計數據可以看出，我國火災情況不容樂觀，因此，傳統(tǒng)的火災報警系統(tǒng)已經越來越不適應當今火災發(fā)生的復雜情況了，而傳統(tǒng)的火災報警系統(tǒng)多采用RS-485總線作為通信方式，通信可靠性比較差。所以現(xiàn)在各國更加注重，更加智能、高效、可靠的型、火災報警控制系統(tǒng)的開發(fā)。 現(xiàn)代智能高效的火災報警系統(tǒng)是一

16、個將信號的檢測、傳輸以及控制集于一體的控制系統(tǒng), 指引了當今智能火災報警系統(tǒng)的發(fā)展方向1。 隨著我國科學技術的迅速發(fā)展和經濟的快速增長, 市場上迫切需要一種容量更大、性能更加優(yōu)越、可靠性更高，更加便于安裝、使用以及維修的更加智能高效的火災報警系統(tǒng)。 1.2 火災報警系統(tǒng)的國內外發(fā)展現(xiàn)狀 在國外，火災自動報警系統(tǒng)從發(fā)展過程來看，大體可分為3個階段： 第一階段是用一些簡單的分立元件構成的火災自動報警系統(tǒng)，從19世紀四十年代一直延續(xù)到20世紀四十年代。 第二階段從20世紀五十年代至七十年代，這期間感煙探測器得到了大力發(fā)展，感溫火災探測器處于次要地位。 第三階段為總線型火災傳到自動報警系統(tǒng)。從八十年代

17、開始至今，總線型火災自動報警系統(tǒng)蓬勃興起，它同以前的產品相比有了很大的飛躍。 此外，國外還有許多比較發(fā)達的國家，已經具有了火災的預防和報警、撲救以及善后處理等等相當完善的消防體系。每年政府都要撥出很大一筆專項資金，主要應用于消防設備的更新、人員方面的培訓以及消防設施的定期維護和升級。比如美國，日本以及德國等比較發(fā)達的國家，就已經采用了計算機與用戶的終端傳感器，抑或是和用戶使用的終端信號采集器進行連接。除此之外，他們還對火災自動報警設備進行實時的監(jiān)控，還有故障的遠距離傳輸2。比如美國、日本、加拿大、澳大利亞以及英國等一些國家就在建設和使用城市的火災自動報警監(jiān)控系統(tǒng)技術方面，均有我們可以利用的成功

18、經驗的地方。這些國家已經將他們的自動火災報警作為了公共報警的手段成功地嵌入了監(jiān)控系統(tǒng)，并且有效的運行了很多年。使得他們的消防指揮中心可以快速而又準確地判斷火災發(fā)生的地點以及火災發(fā)生的類型，這樣使得消防部隊能夠在第一時間到達火災發(fā)生的現(xiàn)場，在這其中，自動火災報警監(jiān)控系統(tǒng)起到了相當大的作用。 除此之外，這些國家在火災監(jiān)控系統(tǒng)的管理方面已經相當的規(guī)范，而且還專門成立了監(jiān)控服務機構，該機構的主要責任就是保證火災報警數據進行通暢的通信，對用戶全面負責，為用戶進行服務。與此同時消防部隊也可以收到可靠的火災報警信號，從而此類服務機構也受到了消防部門是他們資質的審查和監(jiān)督管理。這種管理模式已經取得了很好的效果

19、。 我們國家的火災報警系統(tǒng)的出現(xiàn)和發(fā)達國家相比晚了有幾十年的時間,我國從上世紀的七十年代，才開始真正的對火災報警系統(tǒng)產品的生產和研制。進入上世紀八十年代以來，國內主要的生產廠家也大都是對國外產品進行模仿，或者是引進國外先進的技術進行生產，而且我們并沒有什么核心技術，與此同時中國的市場也剛剛萌芽。 在九十年代以后，火災報警的相關產品才真正的得到發(fā)展。隨著改革開放的春風吹遍祖國大地，國外越來越多的企業(yè)開始大規(guī)模的進軍我國的消防市場，這些企業(yè)帶來先進技術，與此同時也大大促進了中國市場走向成熟。這一時期，我們國家的火災報警產品科技含量得到了極大地提升，同時企業(yè)也得到了快速發(fā)展， 其中部分企業(yè)還和外資進

20、行了合作，共同生產，取得了很大的成績，從而造就了現(xiàn)今一大批市場上有實力的企業(yè)和商家，部分技術已經達到了國際領先水平3。 1.3 本文的研究意義 本文研究是基于CAN總線的火災報警系統(tǒng)，現(xiàn)在我們傳統(tǒng)的火災報警系統(tǒng)大都采用RS-485總線。本系統(tǒng)是使用溫度傳感器和氣體煙霧傳感器對現(xiàn)場環(huán)境相關的信息進行檢測。而為了能夠得到更加可靠、穩(wěn)定的通信，本文所研究的系統(tǒng)選用CAN總線。我們現(xiàn)在使用的傳統(tǒng)火災報警，滅火執(zhí)行裝置很多情況下是采用物理控制方法，即當火災現(xiàn)場的溫度達到所設置的閥值后（火災現(xiàn)場溫度到達玻璃球封頭的啟動溫度），玻璃球就會受熱爆裂，然后灑水噴頭開始工作噴水；本文所研究的火災報警系統(tǒng)，是當某從

21、節(jié)點處的氣體煙霧濃度達到系統(tǒng)所設置的閾值，而火災現(xiàn)場的溫度還沒有升高到使玻璃球炸裂的溫度的時候，火災報警系統(tǒng)執(zhí)行裝置的噴頭，即開始工作噴水。從而大大降低了因為系統(tǒng)執(zhí)行裝置運作不及時而造成的損失。 除此之外，本文所研究的系統(tǒng)所采集的信息是溫度和氣體煙霧濃度的數據，作為判斷是否發(fā)生火災的依據，從而避免了傳統(tǒng)的單一采集溫度信息處理而造成的誤判。第二章 災報警系統(tǒng)的總體設計2.1系統(tǒng)設計內容 隨著人們防火意識的增強，火災探測報警技術越來越受到人們的重視。傳統(tǒng)的火災報警系統(tǒng)多采用RS-485總線通信方式，與之相比，CAN總線具有突出的可靠性、實時性和靈活性，本文主要研究基于CAN總線的火災報警系統(tǒng)的設計

22、方案及實現(xiàn)方法。2.2 系統(tǒng)設計要求 本系統(tǒng)設計要求，選擇合適的溫度及煙霧傳感器進行相關信息的采集，主節(jié)點和從節(jié)點之間通過CAN總線進行通信；系統(tǒng)可以對數據進行處理、顯示、存儲等功能，并且根據測量值可驅動滅火裝置。2.3 課題總體方案設計 本課題是基于CAN總線的火災報警系統(tǒng)，系統(tǒng)的總體方案設計采用主從式的結構，根據設計的要求，設計的主節(jié)點和從節(jié)點功能如下：(1) 主節(jié)點：接收通過CAN通信傳輸過來的從節(jié)點采集到的相關信息，并通過液晶顯示屏顯示接收到的相應信息。主節(jié)點主要包括以下功能模塊：LCD顯示屏：顯示從節(jié)點反饋的相關信息。時鐘電路：記錄火災發(fā)生的時間。報警電路：當探測到的現(xiàn)場環(huán)境數據超過

23、系統(tǒng)的閾值時觸發(fā)報警電路。(2)從節(jié)點：實時的采集現(xiàn)場環(huán)境的相關數據，實時的通過CAN通信反饋現(xiàn)場環(huán)境的溫度和氣體煙霧濃度，若發(fā)生火災則控制執(zhí)行裝置（電機）的工作。從節(jié)點主要包括以下功能模塊：溫度傳感器：采集從節(jié)點現(xiàn)場環(huán)境的溫度信號?？扇細怏w及煙霧傳感器：采集從節(jié)點現(xiàn)場環(huán)境可燃氣體濃度和煙霧濃度信號。執(zhí)行裝置：當環(huán)境可燃氣體濃度和煙霧濃度、溫度升高或超過閾值時，主節(jié)點發(fā)出報警的同時，執(zhí)行裝置受到從節(jié)點的控制而帶動電機，進行滅火的模擬驅動。（3）主從節(jié)點之間用CAN模塊進行通信。（4）根據各模塊需要完成的功能以及實現(xiàn)的需要，設計系統(tǒng)的整體結構框圖如下圖所示：主節(jié)點如上圖所示，系統(tǒng)整體設計框圖是由

24、三大主體部分組成的，分別是：第一部分：主節(jié)點部分；第二部分：CAN總線部分；第三部分：從節(jié)點部分。主節(jié)點和從節(jié)點之間是通過CAN總線進行通信的，也就是說，系統(tǒng)主節(jié)點和從節(jié)點是掛在CAN總線的兩端的。圖2-1 系統(tǒng)整體設計框圖CAN總線從節(jié)點N 。從節(jié)點2從節(jié)點136 主節(jié)點以及從節(jié)點功能框圖如下：LCD1602顯示屏時鐘電路 MCU CAN通信電路報警電路圖2-2 主節(jié)點功能框圖如上圖所示，主節(jié)點是由單片機，LCD1602顯示器，時鐘電路，報警電路，以及CAN通信電路組成的。單片機負責從節(jié)點傳輸過來的數據進行處理；LCD1602顯示屏顯示相關的數據，比如溫度，氣體和煙霧濃度等等；時鐘電路負責火

25、災報警系統(tǒng)報警的時間，以備事后查詢；CAN通信電路負責把從節(jié)點采集到的數據傳輸到主節(jié)點，它是主節(jié)點和從節(jié)點之間信息傳遞的橋梁。滅火裝置電路可燃氣體及煙霧傳感器電路MCUCAN通信電路溫度傳感器電路圖2-3 從節(jié)點功能框圖從節(jié)點功能框圖 如上圖所示，從節(jié)點是由單片機，CAN通信電路，滅火裝置電路，可燃氣體及煙霧傳感器電路，溫度傳感器電路等五大部分組成的。其中，單片機負責處理采集到的數據；CAN總線負責將從節(jié)點采集到的數據信息傳輸給主節(jié)點；滅火裝置，負責火災發(fā)生的時候，及時的進行滅火工作；可燃氣體及煙霧傳感器電路，負責現(xiàn)場環(huán)境可燃氣體及煙霧濃度的收集；溫度傳感電路，負責現(xiàn)場環(huán)境的溫度。綜上可知，當

26、從節(jié)點反饋的現(xiàn)場環(huán)境數據超過系統(tǒng)設定的閾值的時候，觸發(fā)報警電路，并且這個從節(jié)點控制滅火裝置的執(zhí)行，開始工作即電機帶動進行滅火模擬。在實際的應用中，主節(jié)點設置在值班室內，工作人員對其進行控制；而各個從節(jié)點則設置于樓房的走道及各房間處，與主節(jié)點一起掛接在CAN總線上，以便隨時向主節(jié)點發(fā)送信息。各從節(jié)點控制它上面的傳感器和執(zhí)行裝置。各傳感器收集到現(xiàn)場的環(huán)境數據，及時的將信息傳送給主節(jié)點，主節(jié)點將各從節(jié)點的信息顯示在顯示屏上，以便工作人員進行觀測和控制。第三章 火災報警系統(tǒng)的硬件設計 本章任務是對火災報警系統(tǒng)的硬件進行設計，主要闡述了主節(jié)點和從節(jié)點的硬件設計。在從節(jié)點的設計中，根據系統(tǒng)設計要求的分析，

27、即通過傳感器采集到現(xiàn)場環(huán)境的數據，實時的實現(xiàn)CAN通信傳輸到主節(jié)點上，設計出相應模塊的實際功能，主要包括從節(jié)點上信息采集模塊、CAN電路模塊以及其他功能模塊的設計。3.1主節(jié)點硬件設計 主節(jié)點的功能模塊由微控制器MCU（單片機）、CAN通信電路以及時鐘電路、報警電路、液晶顯示屏等外圍電路組成。各模塊具體的硬件電路設計如下一一作出詳細的闡述。 主節(jié)點和從節(jié)點，都用80C51單片機作為微處理器。80C51單片機是MCS-51的系列其中一種單片機，由英特爾公司開發(fā)，其結構是8048的一個延伸，更加優(yōu)化8048的性能，改善了它的缺點，除此之外，還增加了一系列的指令，比如比較（CMP）、乘（MUL）、減

28、（SUBB）、除（DIV）、布爾代數運算、16位數據指針等等指令。與此同時，5個中斷源和串行通信能力也被增加到了其中4。以下是51單片機開發(fā)板上單片機彈簧座及擴展排針電路圖圖3-1 單片機彈簧座及擴展排針電路圖3.1.1 LCD1602顯示器電路設計 液晶顯示的原理是利用了液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就可以顯示，因此就可以顯示出了圖形。液晶顯示器具有很多優(yōu)點，比如厚度比較薄、方便實現(xiàn)全彩色顯示以及適用于大規(guī)模集成電路直接驅動的特點，目前液晶顯示已經廣泛應用于PDA移動通信工具、數字攝像機、便攜式電腦等很多的領域。 1602LCD分為不帶背光和帶背光兩種，基控制器大部分都是

29、HD44780，不帶背光的比帶背光的薄，是否帶背光在應用中并沒有什么差別5。1602A與單片機的以總線方式連接，其硬件連接圖如圖所示：圖3-4 LCD硬件連接圖 3.1.2 時鐘電路設計 為了方便人們可隨時查詢火災事故發(fā)生的時間，本系統(tǒng)設計了時鐘電路主要用以記錄相關時間信息。隨著人們對實時時鐘的要求不斷地提高，且在很多數據的記錄方面需要提供對應的時間等相關的信息，因此實時時鐘（Real-Time Clock）被廣泛的應用于各種系統(tǒng)。在沒有系統(tǒng)電源的情況下，時鐘芯片也能保持時間的走動，因此可以給系統(tǒng)提供準確的時間，來滿足系統(tǒng)對時間各種各樣的要求。時鐘芯片的接口分為并行和串行，不同的芯片要根據不同

30、的情況進行設計。 本系統(tǒng)主節(jié)點采用的是DS1302時鐘芯片。DS1302是達拉斯公司推出的涓流充電時鐘芯片，里面有一個實時時鐘和日歷以及31字節(jié)靜態(tài) RAM，可以通過串行接口和單片機進行通信。DS1302工作時，將復位腳（RST）置為高電平，與此同時將命令信息和8位地址裝入移位寄存器，這樣就可以對任何傳送的數據進行初始化。數據在時鐘（SCLK）的上升沿串行輸入，前8位指定訪問地址，命令字裝入移位寄存器后，在之后的時鐘周期，讀操作時輸出數據，寫操作時輸出數據6。DS1302時鐘電路，主節(jié)點時鐘芯片工作原理圖如圖圖3-5 主節(jié)點時鐘芯片電路圖3.1.3 CAN模塊通信電路設計CAN通信協(xié)議主要是通

31、過CAN 控制器完成的。實現(xiàn)微處理器接口部分和實現(xiàn)CAN總線協(xié)議部分的電路組成了CAN控制器。對于不同型號的CAN 總線通信的控制器，實現(xiàn)CAN協(xié)議部分電路的功能和結構大部分一樣，但是和微處理器接口部分的方式和結構還是有所差異的。 CAN模塊與單片機電路通信電路如下：圖3-6 CAN模塊與單片機電路連接圖3.2 從節(jié)點硬件設計 從節(jié)點的功能模塊由微控制器MCU（單片機）、CAN通信電路以及可燃氣體及煙霧傳感器電路、溫度傳感器電路等電路組成。各模塊具體的硬件電路設計如下一一作出詳細的闡述。3.2.1溫度傳感器電路設計DSl8B20是美國DALLAS公司生產的單總線數字溫度傳感器，它具有很多優(yōu)點，

32、比如它體積比較小、功耗比較低，而且性能有很高，具有很強的抗干擾能力強，除此之外，它很容易和微處理器接口，以及適合各種不同的溫度測控系統(tǒng)等優(yōu)點。 DSl8B20功能特點如下:（1）采用單總線技術，與單片機通信只要一根IO線，在一根線上掛接多個DSl8B20。（2）測溫范圍為-55到+125，在-10到85范圍內誤差為±05。 （3）用戶可自設定報警上下限溫度。（4）每只DSl8B20具有一個獨有的、不可修改的64位序列號，根據序列號訪問對應的器件。（5）低壓供電，電源范圍從3V到5V，可以直接從數據線上進行竊取電源(寄生式供電)，也可以本地供電。（6）報警搜索命令可識別和尋址哪個器件的

33、溫度超出預定值。（7）DSl8B20可將檢測到的溫度值直接轉化數字量，并通過串行通信的方式與主控制器進行數據通信。（8）DSl8B20的分辨率可由用戶通過E2PROM設置為912位11。 DSl8820的內部結構主要包括：64位激光ROM、溫度傳感器、單總線接口和寄生電源、8位循環(huán)冗余校驗碼(CRC)發(fā)生器、用于存儲用戶設定溫度上下限值的TH和Tl觸發(fā)器、存放中間數據的高速暫存器RAM、存儲與控制邏輯等7部分7。DSl8B20測量溫度時使用特有的溫度測量技術，將被測溫度轉換成數值信號，測量結果存入溫度寄存器中。溫度和數字量的關系如表所示。溫度和數字量的對應關系溫度數字輸出（二進制數）數字輸出（

34、十六進制）+1250000011111010000B07D0H+850000010101010000B0550H+25.06250000000110010001B0191H+10.1250000000010100010B00A2H+0.50000000000001000B0008H00000000000000000B0000H-0.51111111111111000BFFF8H-10.1251111111101011110BFF5EH-25.06251111111001101111BFE6FH-551111110010010000BFC90H 在下圖中，DSl8B20的1腳接地、3腳接電源，2

35、腳DQ是數據線引腳。數據以串行通信的方式與P3.7口進行數據通信，將檢測到的信號送給單片機。 圖3-7 DS18B20與80C51的連接圖 3.2.2 可燃氣體及煙霧傳感器電路設計 MQ-2氣體傳感器，具有比較廣泛的探測范圍，除此之外，它還具有靈敏度高，響應恢復反應快速，同時，還具有穩(wěn)定性強，壽命長，以及驅動電路比較簡單等優(yōu)點。因此，它可以應用于家庭和工廠的氣體泄漏情況的監(jiān)測裝置， 對一些可燃性氣體，比如家庭常用的液化氣，甲烷、丁烷、丙烷、氫氣、以及酒精、煙霧等等都具有良好的探測效果8。 MQ-2可燃氣體及煙霧傳感器模塊原理圖如下：圖3-8 MQ-2氣體傳感器原理圖 MQ-2氣體傳感器相關規(guī)格

36、參數：A. 標準工作條件B. 環(huán)境條件C. 靈敏度特性3.2.3滅火裝置電路 本系統(tǒng)使用步進電機進行驅動滅火裝置，當主節(jié)點收到由從節(jié)點傳輸回來的數據的時候，進行判斷，如果氣體和煙霧的濃度或者溫度大于系統(tǒng)設定的閥值的時候，系統(tǒng)就會報警，對滅火裝置進行驅動。本系統(tǒng)所使用的是28BYJ48步進電機，28BYJ48步進電機是永磁式的減速步進電機，減速比為1：64。步進電機如下圖所示，圖3-9 28BYJ48步進電機示意圖 這個步進電機一共有五根引線，他們分別是：紅色、橙色和黃色以及粉色和藍色等五種顏色。其中橙色與黃色，以及粉色和藍色四根接線依次是A、B、C、D繞組的一端，紅色引線是四個繞組的公共端。

37、步進電機有很多它的優(yōu)勢，比如通常不需要任何反饋就可以實現(xiàn)對速度以及位置的控制；不僅有能力和數組設備進行兼容, 可以對數字信號進行直接的接收，而且位置誤差也不會積累起來。除此之外，還可以實現(xiàn)快速啟停等等9。步進電機的品種規(guī)格十分豐富, 按照它們不同的工作原理和結構可以劃分為以下四種主要型式，分別是特種電機，磁阻式電機，永磁式電機和混合式電機。它不使用位移傳感器就可以實現(xiàn)定位的精確, 因此被廣泛的應用到精確定位系統(tǒng)中。目前很多領域，比如說傳真機、數控機床、打字機等設備中都大量使用了步進電機16。 本系統(tǒng)中使用L298N 雙 H 橋直流電機驅動板的目的是，為了提高系統(tǒng)的IO口的載流量。因為80c51

38、單片機的P0、P1、P2、P3的口線，只有10 毫安的輸出驅動能力，但是28BYJ48步進電機在工作的時候所需要的電流需要幾百毫安。所以在IO口必須得增加功率驅動芯片。L298N芯片驅動部分峰值電流2000毫安，完全符合設計的要求。 L298N 雙 H 橋直流電機驅動芯片的驅動部分端子供電范圍 Vs：5V35V ； 如果需要板內取電，則供電范圍Vs：+7V+35V，驅動部分峰值電流 Io：2A；邏輯部分端子供電范圍 Vss：5V7V（可板內取電5V）；邏輯部分工作電流范圍:036mA；控制信號輸入電壓范圍：低電平：0.3VVin1.5V，高電平：2.3VVinVss；使能信號輸入電壓范圍：低電

39、平：0.3Vin1.5V（控制信號無效），高電平：2.3VVinVss（控制信號有效）；最大功耗：20W（溫度 T75時）；存儲溫度：25130；驅動板尺寸: 48mm*43mm*33mm(帶固定銅柱和散熱片高度)；驅動板重量：33g；其他擴展：控制方向指示燈、邏輯部分板內取電接口10。以下是步進電機和L298N 雙 H 橋直流電機驅動板的原理連接圖：圖3-11 步進電機和L298N 雙 H 橋直流電機驅動板原理連接圖第四章 火災報警系統(tǒng)的軟件設計 本章工作主要圍繞基于CAN總線火災報警系統(tǒng)軟件的設計展開。首先根據系統(tǒng)設計所需要完成的整體實現(xiàn)的功能，從而開發(fā)出系統(tǒng)各個部分的設計軟件流程圖。然后

40、根據各部分的流程圖，結合主節(jié)點和從節(jié)點所實現(xiàn)的功能再對主、從節(jié)點進行詳細的軟件設計，進一步完善設計節(jié)點上各功能模塊以及CAN通信的軟件程序。4.1系統(tǒng)整體軟件設計 本系統(tǒng)的軟件設計，主要分為主節(jié)點的軟件設計、CAN模塊通信的軟件設計、從節(jié)點的軟件設計等三大部分。整體實現(xiàn)從節(jié)點對現(xiàn)場相關數據的采集與傳送，主節(jié)點的顯示與報警，并控制執(zhí)行裝置工作等功能。為了確保系統(tǒng)能夠正常的工作，每次上電時，需要對主節(jié)點和從節(jié)點進行初始化。從節(jié)點將采集到的現(xiàn)場環(huán)境相關的數據信息通過CAN通信傳輸到主節(jié)點，而主節(jié)點則通過從節(jié)點傳輸過來的信號數據是否超過傳感器的閾值，來判斷是否發(fā)生了火災。以此同時，把發(fā)生火災的相關信息

41、顯示在顯示屏上，同時控制其執(zhí)行裝置進行工作。4.2 主節(jié)點軟件設計 開始 設計主節(jié)點的整體軟件流程如下圖所示:接收從節(jié)點信息在LCD顯示相關信息否發(fā)生異常是顯示并保存相關信息圖4-1 主節(jié)點整體軟件流程圖 當從節(jié)點將采集到的現(xiàn)場環(huán)境的相關信息數據通過CAN實現(xiàn)通信傳輸給主節(jié)點的售后，此時，相關的信息會在主節(jié)點的顯示屏進行顯示出來。當判斷有異常情況發(fā)生時，顯示屏上顯示出異常情況，并觸發(fā)報警電路，以提示工作人員。4.2.1 LCD1602顯示屏的軟件設計 液晶模塊需要顯示的內容有：從節(jié)點采集到的環(huán)境溫度、環(huán)境的煙霧和氣體濃度以及火災發(fā)生的時間。液晶屏工作流程圖如下：顯示溫度顯示煙霧氣體濃度設第一行

42、顯示位置結束設第二行顯示位置延時LCD初始化開始圖4-2 液晶屏工作流程圖如上圖所示，液晶屏工作的流程圖，首先對LCD進行初始化，其次進行延遲，然后對液晶屏進行設置第一行顯示的位置，顯示的內容是煙霧氣體的濃度，之后對第二行顯示位置進行設置，并顯示的內容是溫度，最后結束，這就是液晶顯示屏一個整體的工作流程。4.2.2 時鐘電路軟件設計 以下是DS1302時鐘電路流程圖，從圖上看出，首先對DS1302進行初始化，其次讀取DS1302時間，然后是顯示時間，顯示時間之后，再次返回到讀取時間的那一步，進行循環(huán)往復，記錄火災發(fā)生的時間，以備事后查詢。詢。 .開始DS1302初始化記錄火災發(fā)生時間時間顯示時

43、間圖4-3 DS1302時鐘電路流程圖4.3 CAN模塊通信電路軟件設計 火災報警器系統(tǒng)中CAN 總線通信軟件設計的任務是：實現(xiàn)主節(jié)點和從節(jié)點之間可靠的通信。CAN 應用節(jié)點的程序設計主要分為 3 部分: SJA1000初始化程序、信號發(fā)送程序、信號接收程序。4.3.1 CAN控制器的初始化 初始化設計在CAN總線系統(tǒng)設計中十分重要，特別是對CAN控制器的初始化尤為重要。在系統(tǒng)正常工作之前，微控制器要對SJAl000進行初始化，以保證系統(tǒng)的各部分之間能進行正確的數據交換。微控制器和 SJA1000 間的狀態(tài)、命令和控制信號的交換都是在控制段內進行完成的。初始化加載以后, 寄存器的接收屏蔽、接收

44、代碼和總線定時寄存器 0和1 以及輸出控制就不能改變了12。 SJA1000 共有 2 種工作模式: 工作模式和復位模式。當硬件復位或控制器掉電的時候，就會自動進入復位模式，SJA1000 只有在復位模式下才能被初始化。初始化主要包括工作方式的設置、接收濾波方式的設置、接受屏蔽寄存器（AMR）和接收代碼寄存器（ACR）的設置、波特率參數設置和中斷允許寄存器（IER）的設置等。在初始化完成以后, CAN總線就可以開始進行數據的接收與發(fā)送工作, 其初始化流程圖：開始 進入CAN控制器復位模式 TXDC腳（P1.1）配置 與CAN有關的中端配置 CAN位定時的配置 驗收濾波器的配置選擇操作模式，推出

45、CAN控制器復位模式結束是否使用CAN中斷？NY CAN初始化流程圖 圖4-4 CAN初始化流程圖4.3.2信號發(fā)送模塊程序設計 發(fā)送信號報文是通過信號發(fā)送模塊實現(xiàn)的。節(jié)點報文的發(fā)送主要是通過發(fā)送子程序執(zhí)行的，在發(fā)送的時候，只需要把待發(fā)送的數據按照特定的格式組成一幀報文，把它傳輸到SJAl000的發(fā)送緩沖區(qū)當中之后，再啟動SJAl000，進行發(fā)送就可以了。發(fā)送程序分發(fā)送遠程幀和數據幀兩種11.開始位置發(fā)送請求位否發(fā)送完畢發(fā)送TX幀信息發(fā)送TX識別碼是結束發(fā)送數據圖4-5 SJAl000發(fā)送程序流程圖4.3.3 信號接收模塊程序設計 采用中斷方式接收數據的流程下圖所示。SJA1000已接收一組報

46、文, 而且報文已通過驗收濾波并放在接收 FIFO 緩沖器中, 那么將會產生一個接收中斷。這個時候，AT89C51可以很快的起到作用, 將自己收到的報文傳輸到自身報文存儲器之中。隨后，通過置位命令寄存器的相應標志位 RRB, 發(fā)送一個釋放接收緩沖器的命令。在釋放了接收緩沖器之后,SJA1000 開啟所有中斷, 等待接收下一組的報文14。 采用中斷方式接受數據的流程圖如下：開始關閉所有中斷接收中斷取出緩沖數據置位RRB位開所有中斷返回中斷 圖4-6 中斷方式接受數據的流程圖4.4 從節(jié)點軟件設計 從節(jié)點主要負責信息的采集，即通過從節(jié)點上的溫度傳感器、氣體和煙霧濃度傳感器進行數據的采集，將采集到的信

47、息傳輸給主節(jié)點?，F(xiàn)在根據從節(jié)點具體實現(xiàn)的功能進行從節(jié)點整體軟件流程的設計，流程圖如下：開始向主節(jié)點發(fā)送相關信息判斷采集的信息超過閥值否是報警并開啟執(zhí)行裝置圖4-7 從節(jié)點整體軟件流程圖如上圖所示，首先采集到的信息向主節(jié)點發(fā)送相關信息，然后對判斷采集到的信息是否超過了閥值，如果沒有繼續(xù)向住接待您發(fā)送相關信息；如果采集到的信息超過了閥值，那么在向主節(jié)點發(fā)送信息的同時，報警并開啟執(zhí)行裝置。4.4.1 溫度傳感器電路的軟件設計 由于DSl8820是采用一根IO總線讀寫數據，因此，DSl8820對讀寫數據佗有嚴格的時序要求。DSl8820遵循相應的通信協(xié)議從而保證數據傳輸的正確性和完整性。該通信協(xié)議定義

48、了多種信號時序，包括初始化時序、寫時序以及讀時序。這幾種時序都是將單片機作為主機，DSl8820作為從機。每一次不管是命令還是數據的傳輸，全部都是從主機啟動寫時序才開始的，如果要求從機問送數據，在寫命令后。主機須要啟動讀時序進行數據的接收。所有的讀、寫時序至少需要60us，且每兩個獨立的時序之間至少需要1us的恢復時間。數據和命令的傳輸都是低位優(yōu)先15。 溫度傳感器電路的軟件設計流程圖如下：開始端口初始化啟動溫度轉換讀取溫度數據溫度數據傳送程序結束圖4-8 溫度傳感器軟件設計流程圖如上圖所示，一開始對端口進行初始化，然后開啟為年度轉換，讀取溫度數據，最后對溫度數據的傳送。4.4.2 可燃氣體及

49、煙霧傳感器電路的軟件設計 本系統(tǒng)采用3 MQ-2可燃氣體及煙霧傳感器模塊探測火災現(xiàn)場煙霧濃度以及氣體濃度。由于傳感器探頭采集到的煙霧濃度信號和氣體濃度為模擬量，因此要將其轉化數字信號。AD轉換工作流程圖如下所示： 如下圖所示，模擬信號輸入A/D轉換口，然后開啟A/D轉換，等待轉換完成，然后讀取A/D轉換數據。開始模擬信號輸入A/D口開啟A/D轉換等待轉換完成讀取A/D轉換數據結束 圖4-9 A/D轉換工作流程圖4.4.3 滅火裝置的軟件設計 本系統(tǒng)采用步進電機作為滅火的執(zhí)行裝置。當從節(jié)點傳輸回來的現(xiàn)場環(huán)境數據超過閾值的時候，系統(tǒng)發(fā)出火災的報警信號，從節(jié)點的步進電機開始運轉，即模擬開啟噴頭噴水。

50、為了達到以上工作需要，設計步進電機工作流程圖如圖所示：開始采集現(xiàn)場各種信號電機不轉動（即不噴水）否檢測各信號量超過閥值是電機轉動（即噴水）圖4-10 滅火裝置工作流程圖從上圖可以看出，首先采集到現(xiàn)場環(huán)境的各種信息，其次對這些信息進行分析判斷，如果檢測各信號量超過閥值的話，則電機轉動，滅火裝置進行工作；如果檢測各信號量沒有超過閥值，則返回繼續(xù)采集現(xiàn)場相關數據進行分析判斷。第五章 火災報警系統(tǒng)的調試 本章主要工作是對火災報警系統(tǒng)的調試，一個系統(tǒng)設計出來，只有在實際的現(xiàn)場環(huán)境中，才能得到真正的檢驗。本章節(jié)，主要分為四大部分測試：首先，是主節(jié)點模塊功能的測試，其中包括LCD1602顯示屏功能的測試和時

51、鐘電路模塊功能的測試；其次，是從節(jié)點模塊功能的測試，其中包括溫度傳感器電路功能的測試和可燃氣體及煙霧傳感器電路功能的測試，以及報警電路功能模塊和滅火裝置功能的測試；然后，是CAN模塊通信功能的測試；最后，是火災報警系統(tǒng)的綜合測試。具體的調試如下一一詳細介紹。5.1 主節(jié)點模塊功能的測試 主節(jié)點，主要負責對從節(jié)點傳輸回來的數據進行分析判斷是否發(fā)出警報指令，將相應的數據信息通過顯示屏進行顯示，并且存儲相關的數據以備查詢。主節(jié)點主要測試時鐘電路模板功能的測試。5.1.1 LCD1602顯示屏功能的測試 將測試程序燒進其所在的單片機進行測試，實現(xiàn)LCD1602的動態(tài)演示，由此來測試LCD1602顯示屏功能是否正常，主要程序如下：此時觀察顯示屏出現(xiàn)動態(tài)的英文：Welcome to huaqinmcu，表明LCD1602顯示屏功能正常，本模塊到此測試成功。以下是測試的圖5-1 LCD1602的動態(tài)演示圖片： 圖5-1 LCD1602的動態(tài)演示圖5.1.2 時鐘電路模塊功能的測試時鐘電路模板主要負責火災發(fā)生時間的存儲，以備時候進行查詢。首先現(xiàn)將準備好的溫度報警程序燒進其所在的單片機開發(fā)板，主要程序如下：Write1302 (WRITE_PROTECT,0X00); /禁止寫保護Write1302 (W