基于CAN總線的電氣火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

　　溫度測(cè)量采用數(shù)字式傳感器DSl8B20.與傳統(tǒng)的熱敏電阻相比，DSl8B20具有如下性能特點(diǎn)：獨(dú)特的單線接口方式，與微處理器連接時(shí)僅需要一條線即可實(shí)現(xiàn)雙向通訊；在使用中不需要任何外圍元件；可用數(shù)據(jù)線供電，電壓范圍3.0V~5.5V;通過(guò)編程可實(shí)現(xiàn)9~12位的數(shù)字讀數(shù)方式；用戶可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值；支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測(cè)溫；負(fù)壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀。因而使用DSl8B20可使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，可靠性更高。溫度檢測(cè)電路比較簡(jiǎn)單，只需一根數(shù)據(jù)線接到單片機(jī)的I/O口，數(shù)據(jù)線通過(guò)4.7K電阻上拉。電路如圖3所示。

　　圖3 溫度檢測(cè)電路

　　剩余電流測(cè)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(méi)有剩余電流的，流過(guò)A 相、B相和C相的電流應(yīng)和流過(guò)N相的相等，即矢量和為零，此時(shí)互感器的二級(jí)繞組沒(méi)有感應(yīng)電流；如果發(fā)生漏電，則矢量和不為零，二級(jí)繞組上就有感應(yīng)電流，該電流經(jīng)過(guò)負(fù)荷后就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓。這個(gè)電壓經(jīng)過(guò)調(diào)理電路整形放大，再經(jīng)過(guò)單片機(jī)A/D采樣處理后就能得到準(zhǔn)確的剩余電流值。剩余電流放大調(diào)理電路如圖4所示。

　　圖4 電流放大調(diào)理電路

　　圖4中，MCP6004是Microchip公司生產(chǎn)的低功率運(yùn)算放大器、4運(yùn)放封裝、1M增益帶寬、供電電壓1.8V到5.5V、供電電流100μA.功耗低、性能穩(wěn)定，適合工控產(chǎn)品的使用。Sensor為電流互感器，其二次繞組引出兩根線，一根接地，另一根與電阻R152相連，把電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)Vi.輸出信號(hào)Vo2與單片機(jī)的A/D口連接。為了使峰值檢波電路能根據(jù)輸入漏電流的大小變化跟著瞬態(tài)變化，實(shí)現(xiàn)起來(lái)也比較簡(jiǎn)單，就是每次單片機(jī)采樣完，使端口定義為輸出，稍做延時(shí)，使電容迅速放電，再把端口定義為輸入。

　　探測(cè)器通過(guò)控制繼電器來(lái)完成斷路器的脫扣功能。斷路器上有一個(gè)AC220V的脫扣器，給脫扣器一個(gè)交流220V電壓就能使斷路器斷開(kāi)，切斷線路。脫扣器一端接零線，一端接繼電器1腳，繼電器的3腳接火線。繼電器控制火線的通斷就可以實(shí)現(xiàn)脫扣器的開(kāi)關(guān)，斷路器脫扣電路如圖5.

　　圖5 斷路器脫扣控制電路

　　CAN通信電路必須具備較強(qiáng)的抗干擾能力，如雷擊、強(qiáng)電場(chǎng)、電磁輻射的干擾。本設(shè)計(jì)使用了兩個(gè)高速光耦6N137， 分別加在了電路的CAN發(fā)送和接收端口，用于把總線和電路隔離開(kāi)來(lái)，這樣總線的干擾就不會(huì)影響電路運(yùn)行。同時(shí)在光耦兩邊用不同的獨(dú)立電源供電，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的電氣隔離。此處用了B0505-1W實(shí)現(xiàn)電源隔離。B0505-1W最大輸出功率1W，體積小、價(jià)格便宜，輸入5V輸出為電氣隔離的5V.收發(fā)電路如圖6所示，V+和0為隔離后的電源和地。

　　CAN收發(fā)器是CAN協(xié)議控制器和物理總線上的接口，這里采用TJAl050.TJAl050是高速CAN收發(fā)器，完全符合ISO11898標(biāo)準(zhǔn)，最高速度1Mbps，電磁輻射EME非常低，差動(dòng)接收器具有較寬的共模范圍，可抗電磁干擾（EMI），待機(jī)模式消耗電流極低，具有通過(guò)總線喚醒的功能和熱保護(hù)功能。TJAl050采用了高速模式，并用隔離電源供電。CANH和CANL上的電容和二極管使 CAN總線實(shí)現(xiàn)要求更高的抗干擾/輻射性能。

　　圖6 CAN通信原理圖

　　3.2 電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備

　　電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備由主板、鍵盤(pán)和顯示器組成。主板采用Atmel公司的AT90CANl28為控制核心。監(jiān)控設(shè)備先連接探測(cè)器，然后通過(guò)鍵盤(pán)配置每個(gè)探測(cè)器的ID，打開(kāi)通信端口，就可以接收CAN總線上面的數(shù)據(jù)（溫度和漏電流）。一旦檢測(cè)到報(bào)警信號(hào)，監(jiān)控設(shè)備就會(huì)持續(xù)發(fā)出聲光報(bào)警，直到管理人員消除報(bào)警信號(hào)并按復(fù)位鍵才能恢復(fù)正常狀態(tài)。報(bào)警時(shí)，液晶顯示屏上會(huì)顯示出報(bào)警節(jié)點(diǎn)的具體信息，如節(jié)點(diǎn)地址、報(bào)警值和設(shè)定值，方便用戶快速定位報(bào)警節(jié)點(diǎn)，及時(shí)消除火災(zāi)隱患。若同時(shí)有多處報(bào)警，顯示界面按國(guó)標(biāo)要求顯示的是最近的那個(gè)報(bào)警節(jié)點(diǎn)信息。監(jiān)控設(shè)備還可遠(yuǎn)程設(shè)置各探測(cè)器的漏電流和溫度報(bào)警值，指定探測(cè)器的斷路器脫扣以切斷用戶線路和對(duì)探測(cè)器遠(yuǎn)程復(fù)位、消音等操作。監(jiān)控設(shè)備設(shè)計(jì)框圖如圖7所示。