基于CAN總線的電氣火災報警系統(tǒng)設計方案

　　溫度測量采用數(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：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(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;通過編程可實現(xiàn)9~12位的數(shù)字讀數(shù)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(wǎng)功能，實現(xiàn)多點測溫；負壓特性，電源極性接反時，溫度計不會因發(fā)熱而燒毀。因而使用DSl8B20可使系統(tǒng)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(shù)據(jù)線接到單片機的I/O口，數(shù)據(jù)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(fā)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(jīng)過負荷后就會產(chǎn)生感應電壓。這個電壓經(jīng)過調(diào)理電路整形放大，再經(jīng)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(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)的低功率運算放大器、4運放封裝、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，把電流信號轉變?yōu)殡妷盒盘朧i.輸出信號Vo2與單片機的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，實現(xiàn)起來也比較簡單，就是每次單片機采樣完，使端口定義為輸出，稍做延時，使電容迅速放電，再把端口定義為輸入。

　　探測器通過控制繼電器來完成斷路器的脫扣功能。斷路器上有一個AC220V的脫扣器，給脫扣器一個交流220V電壓就能使斷路器斷開，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現(xiàn)脫扣器的開關，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的抗干擾能力，如雷擊、強電場、電磁輻射的干擾。本設計使用了兩個高速光耦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來，這樣總線的干擾就不會影響電路運行。同時在光耦兩邊用不同的獨立電源供電，實現(xiàn)了真正意義上的電氣隔離。此處用了B0505-1W實現(xiàn)電源隔離。B0505-1W最大輸出功率1W，體積小、價格便宜，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標準，最高速度1Mbps，電磁輻射EME非常低，差動接收器具有較寬的共模范圍，可抗電磁干擾（EMI），待機模式消耗電流極低，具有通過總線喚醒的功能和熱保護功能。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 電氣火災監(jiān)控設備

　　電氣火災監(jiān)控設備由主板、鍵盤和顯示器組成。主板采用Atmel公司的AT90CANl28為控制核心。監(jiān)控設備先連接探測器，然后通過鍵盤配置每個探測器的ID，打開通信端口，就可以接收CAN總線上面的數(shù)據(jù)（溫度和漏電流）。一旦檢測到報警信號，監(jiān)控設備就會持續(xù)發(fā)出聲光報警，直到管理人員消除報警信號并按復位鍵才能恢復正常狀態(tài)。報警時，液晶顯示屏上會顯示出報警節(jié)點的具體信息，如節(jié)點地址、報警值和設定值，方便用戶快速定位報警節(jié)點，及時消除火災隱患。若同時有多處報警，顯示界面按國標要求顯示的是最近的那個報警節(jié)點信息。監(jiān)控設備還可遠程設置各探測器的漏電流和溫度報警值，指定探測器的斷路器脫扣以切斷用戶線路和對探測器遠程復位、消音等操作。監(jiān)控設備設計框圖如圖7所示。