基于CAN總線的電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

傳統(tǒng)的CAN總線節(jié)點(diǎn)之間通信的控制方式有2種，一種是利用單片機(jī)控制獨(dú)立的CAN總線控制器；另一種是用帶有CAN總線控制器的單片機(jī)進(jìn)行控制。這2種方式都存在線路復(fù)雜，系統(tǒng)穩(wěn)定性不高以及無(wú)法實(shí)時(shí)處理大理數(shù)據(jù)信息的弱點(diǎn)。本系統(tǒng)采用SoPC技術(shù)對(duì)CAN總線通信進(jìn)行控制，可編程片上系統(tǒng)(System on a Programmable Chip，SoPC)技術(shù)是由Altera公司提出的一種靈活、高效的片上系統(tǒng)(Systemon a Chip，SOC)解決方案，是一種特殊的嵌入式系統(tǒng)。本系統(tǒng)中用嵌入式軟核NiosⅡ作為控制器，以MieroChip公司的MCP2515作為CAN總線控制器。
以往的CAN總線收發(fā)器，通常采用2個(gè)高速光耦(如6N137)，以實(shí)現(xiàn)電氣隔離和電源上的DC—DC隔離，從而提高CAN總線通信的抗干擾性，另外還需要對(duì)阻抗進(jìn)行調(diào)節(jié)、匹配才能搭出合理的電路，本系統(tǒng)采用廣州周立功公司的CTM1050T。模塊作為CAN總線收發(fā)裝置。它是一款帶隔離的高速CAN收發(fā)器芯片，該芯片內(nèi)部集成了所有必需的CAN隔離與收發(fā)器件，能直接與CAN總線控制器的TXD，RXD引腳相連，具體電路連接如圖4所示。

系統(tǒng)采用這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，最大的好處在于降低了系統(tǒng)線路的復(fù)雜程度，同時(shí)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并在一定程度上降低了功耗和生產(chǎn)成本。
2．2 軟件設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵問(wèn)題
本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括2個(gè)方面，一是系統(tǒng)對(duì)于電氣火災(zāi)的預(yù)測(cè)與預(yù)報(bào)的算法實(shí)現(xiàn)；二是上位機(jī)監(jiān)控軟件的設(shè)計(jì)和下位機(jī)功能軟件的實(shí)現(xiàn)。
設(shè)計(jì)本系統(tǒng)主要是為了解決傳統(tǒng)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)中的誤報(bào)、漏報(bào)率高的問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，火災(zāi)探測(cè)器一段時(shí)間內(nèi)的各采集的量值相互獨(dú)立，呈一種相關(guān)隨機(jī)分布，火災(zāi)探測(cè)信號(hào)是非平移隨機(jī)過(guò)程，因此本文對(duì)探測(cè)器的量測(cè)判斷提出一種新的決策方法，即模式分類判別方法，火災(zāi)探測(cè)器在臨界點(diǎn)附近的傳感器的量值判斷，對(duì)應(yīng)著實(shí)際情況就是2類分類的問(wèn)題，第一類是線路一般故障，不會(huì)引發(fā)火災(zāi)；第二類是線路存在嚴(yán)重故障，有發(fā)生火災(zāi)的可能性，一般在臨界點(diǎn)(閾值)范圍的傳感器在實(shí)際情況中會(huì)出現(xiàn)幾種情況：正常，報(bào)警，但是在這一臨界點(diǎn)上，出現(xiàn)這各種情況卻是一種隨機(jī)分布，也就是說(shuō)在臨界點(diǎn)上是一種概率分布，當(dāng)傳感器檢測(cè)到的值到了一定的范圍(一般取臨界點(diǎn)的一個(gè)范圍)內(nèi)，為了減少漏報(bào)和誤報(bào)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中采用貝葉斯決策進(jìn)行情況分類，于是問(wèn)題轉(zhuǎn)化為對(duì)特定模式的決策分類問(wèn)題。
上位機(jī)軟件主要是顯示目前系統(tǒng)的運(yùn)行狀況和預(yù)測(cè)結(jié)果，下位機(jī)SoPC系統(tǒng)功能軟件中與CAN總線通信部分的軟件設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中較為關(guān)鍵的部分，SoPC系統(tǒng)中采用NiosⅡ?yàn)樘幚砥?，通過(guò)Avalon總線與定制的SPI核在FPGA芯片EP2C8Q208C8N中進(jìn)行系統(tǒng)集成，這一過(guò)程可以通過(guò)QuartusⅡ軟件中的SoPC Builder工具完成，然后通過(guò)集成開發(fā)環(huán)境NiosⅡIDE對(duì)定制的SPI的IP核進(jìn)行訪問(wèn)與操作，待仿真驗(yàn)證無(wú)誤后，利用ISP電纜線將程序燒寫至SoPC系統(tǒng)的配置芯片中，使CAN總線節(jié)點(diǎn)正常工作，上、下位機(jī)程序流程圖如圖5，圖6所示。