基于CNA的智能楼宇的火灾探测报警及信息传输系统设计Word格式.docx
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第1章绪论4
1.1智能防火系统4
1.2CNA总线4
第2章系统总体设计7
2.1火灾报警控制系统8
2.2消防网络通信技术9
2.3消防联动控制技术10
2.4嵌入式Internet技术的发展及其在火灾报警控制系统中的应用10
2.5CAN通信12
2.6CAN总线的智能节点12
第3章系统具体设计14
3.1CAN总线收发器14
3.1.1TJA1040的特点14
3.1.2TJA1040的工作模式16
3.1.3TJA1040的功能描述18
3.2CAN总线控制器19
3.3节点控制器20
3.4原理图设计22
第4章总结23
参考文献25
附录26
第1章绪论
1.1智能防火系统
智能防火系统，是以火灾为监控对象，利用计算机技术、检测技术和现场总线技术，根据防火要求和特点而设计、构成和工作的。
它作为楼宇自控系统（BAS）的部分在智能建筑中与保安系统、其它建筑的智能防火系统联网通信，并向上级管理系统报警和传递信息，同时向远端城市消防中心、防灾管理中心实施报警和传递信息；
也可以与BAS的其它子系统及智能建筑管理中心网络通信。
该系统既能对火灾发生进行早期探测和自动报警，又能根据火情位置，及时输出联动灭火信号，启动相应的消防设施，进行灭火。
火灾智能报警具备对火灾信号的容错识别、分析判断功能。
1.2CNA总线
CAN（ControlAreaNetwork）属于工业现场总线，最初是由德国Bosch公司在80年代初期，为了解决汽车中众多的控制与测量设备之间的数据交换而开发的一种串行数据通信总线，属于现场总线的范畴，1993年成为国际标准（ISOl1898：
道路车辆的高速控制器局域岗数字交换系统标准）。
基于CAN总线构建的通信网络，也是依照开放系统互连规范按层次结构设计的。
考虑到作为工业测控底层网络，其信息传输量相对较少，信息传输的实时性要求较高，网络连接方式相对较简单，因此，CAN总线网络在低层只采用了OSI7层通信模型的最低两层，即物理层和数据链路层，而在高层只有应用层。
CAN的数据链路层又分为逻辑链路控制（LLC）子层和媒体访问控制（MAC）子层。
物理层定义信号怎样传输，完成电气连接，实现驱动器／接收器特性；
MAC子层是实现CAN协议的核心，它的功能主要是传送规则，即控制帧结构、执行仲裁、错误检测、出错标定和故障界定；
LLC子层的功能主要是报文滤波、超载通知和恢复管理。
物理层和数据链路层的功能可由CAN接口器件来完成。
应用层的功能是由微处理器完成的。
CAN总线可有效支持分布式控制或实时控制。
该总线的通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤，其主要特点如下：
（1）CAN总线为多主站总线，各节点可在任意时刻向网络上的其他节点发送信息，且不分主从；
（2）CAN总线采用独特的非破坏性总线仲裁技术，高优先级节点优先传送数据，故实时性好；
（3）CAN总线具有点对点、一点对多点及全局广播传送数据的功能；
（4）CAN总线采用短帧结构，每帧有效字节数最多为8个，数据传输时间短，并有CRC及其它校验措施，数据出错率极低；
（5）CAN总线上某一节点出现严重错误时，可自动脱离总线，而总线上的其他操作不受影响；
（6）CAN总线系统扩充时，可直接将新节点挂在总线上，因而走线少，系统扩充容易，改型灵活；
（7）CAN总线的最大传输速率可达1Mb/s，直接通信距离最远可达到10km（速率在5kbps以下）；
（8）CAN总线上的节点数取决于总线驱动电路。
在标准帧（11位报文标识符）时可达到110个，而在扩展帧（29位报文标识符）时，个数不受限。
由于其独特的设计思想、良好的功能特性、极高的可靠性和现场抗干扰能力，已经被广泛应用于各个领域，被认为是最有前途的现场总线之CAN总线作为应用最广泛的现场总线技术之一。
它的数据通信在可靠性、实时性和灵活性等方面有着突出的优点，能够较好地满足智能大厦对火灾防范的要求。
本文介绍了一种主要由CAN总线收发器TJA1040、CAN总线控制器PCA82C200和节点控制器80C52组成的基于CAN总线的报警信息传输系统。
第2章系统总体设计
该报警信息传输系统的结构框图如图2-1所示。
整个系统由一台集中火灾报警控制器、一台消防联动控制设备、三台区域火灾报警控制器（由CAN总线收发器、CAN总线控制器和节点控制器组成）、A/D转换电路、放大电路、火灾探测器、手动火灾报警按钮、火灾报警装置等组成。
在本文系统中，一个区域机通过一种专门设计的探测器总线可以连接感烟、感光、感温等各种火警探测器。
利用CAN通信技术将区域机联网，管理人员在集中机上就可以观察各个部分的情况，便于管理和检测，随时可以了解到各区域机运行的是否正常，有无报警发生，也可以使各个区域机通过信息交互，实现资源共享，联防控制。
每个区域机都是一个独立的基本报警控制单元，其功能与单独使用时的情况完全一样，它们从本区域机的探测器上采集数据，如有警情出现，在启动本区的有关消防设备的同时，通过CAN总线将报警信号传送给集中火灾报警控制器，集中火灾报警控制器再决定需要起动的由其它区域机管辖的有关消防设备，并通过CAN总线发出联动命令。
图2-1报警信号传输系统结构图
2.1火灾报警控制系统
火灾探测报警控制系统简称火灾报警控制系统或火警控制系统，其结构经历了由多线制系统结构到总线制系统结构，再到集中智能系统结构，最终也发展到分布智能系统结构。
分布智能型系统结构是在保留二总线制集中智能型系统优点基础上发展而来的。
它将集中智能型系统中对火灾探测信息的基本原理、环境补偿、探头报脏和故障判断等功能由火灾报警控制器返还给现场的火灾探测器，从而免去火灾报警控制器大量的信号处理负担，使之能够从容地实现上级管理功能，如系统寻检、火灾参数算法运算、消防设备监控、联网通讯等，提高了系统寻检速度、稳定性和可靠性。
火灾报警控制系统一般由火灾探测器、火灾报警装置、火灾警报装置、消防控制设备和电源五部分组成。
（1）火灾探测器
（2）火灾警报装置
（3）火灾报警装置
（4）消防控制设备
（5）电源
2.2消防网络通信技术
早期多为多线型火灾自动报警系统，每个探测器除需提供两根电源线外，还需提供一根报警信号线，均连接到报警显示盘上，报警时点亮相应的指示灯，如日本“日探”公司生产的CPF火灾报警系统。
此类系统以报警为主，辅以简单的联动功能如驱动警铃，对外围探测器无故障检测功能，系统安装繁琐，特别校线工作量较大。
总线制系统形式是在多线制系统形式的基础上发展起来的。
探测器和模块，均采用地址编码形式，通过总线与控制器实现信号传送。
此类系统可通过现场编程，并通过各种模块对各联动设备实行较复杂的控制。
己具有系统自检以及对外围器件的故障检验等功能，具有先进的报警和控制功能，使工程布线灵活、方便。
目前消防网络系统多采用Rs485、CAN、二总线等。
2.3消防联动控制技术
消防系统的控制模块主要控制各种联动设备的启动和关闭。
信号模块的作用是把各种开关的动作信号反馈到报警器，在报警器上显示该开关设备的位置，从而了解火场的位置。
控制模块的控制对象包括控制消防水泵的开与关、控制自动喷水灭火系统的打开与关闭、控制二氧化碳气体自动灭火系统的紧急启动和切断功能，应能控制电动防火卷帘的启动和切断非消防电源如空调、照明和电梯等。
2.4嵌入式Internet技术的发展及其在火灾报警控制系统中的应用
单片机或微控制器（MCU）都可以通称嵌入式系统。
因为计算机芯片是嵌入在有关的设备中的，没有自己独立的外壳，目前大多数嵌入式系统还处于单独应用的阶段。
以MCU为核心，与一些监测、伺服、指示设备配合实现一定的功能。
在一些工业和汽车应用中，为了实现多个MCU之间的信息交流，利用CAN、RS-232、RS-485等总线将MCU组网，但这种网络的有效半径比较有限，有关的通信协议也比较少，并且一般是孤立于Internet以外的。
Internet现已成为社会重要的基础信息设施之一，是信息流通的重要渠道，如果嵌入式系统能够连接到Internet上面，则可以方便、低廉地将信息传送到几乎世界上的任何一个地方。
将嵌入式系统与Internet结合起来的想法其实很早以前就有了，从技术角度的解决方法经历了三个阶段：
第一阶段是将由现场总线连接测控设备组成的分布式测控系统接入以太网，将管理PC机放在以太网内，组成一个较大的自控系统。
这种组成方式成本很高，只适用于大的自控系统。
第二阶段是人们采用嵌入式系统+以太网卡+采集卡来组成以太网测控网关。
嵌入式系统实际上是在硬件和软件上均可按用户需要进行剪裁的PC机，例如PC-104实际就是一台没有显示器、键盘、硬盘、软盘的PC-486DX计算机，它有电子硬盘及各种I/O插口，可装入WINDOWSCE或其它PC机应用软件。
所以它实际上是第一种网关的简化和微型化。
它的成本比第一种有所下降，但价格还是较高，但它利用了PC机的软件，开发速度较快。
第三阶段是，人们利用单片微机加上以太网接口芯片组成以太网测控网关。
这实际上是嵌入式网关向大众化、普及化的进一步发展，它以单片微机取代PC机，用以太网接口芯片取代以太网卡，使嵌入式网关的价格下降到几百元，这就使设备能以低廉的费用、以简捷的方式接入以太网，使网络化各种电器设备变为现实，使以太网分布式测控系统能得到迅速的发展，也才进入真正的嵌入式Internet阶段。
其应用也成为人们研究的重点。
智能公路、植物工厂、信息家电、工业制冷、VR库房、VR家政系统、工业自动化、POS网络及电子商务、环境工程与自然等众多行业都已经成为嵌入式Internet的主要应用范围。
将火灾报警控制器连接入Internet，正是在嵌入式Internet进入第三个阶段后在火灾报警行业提出的。
就此项技术而言国内外并没有什么差别，国外的日本“报时机”公司、国内的海湾、亨利等公司都在研究并推出了具有一定远程报警功能的火灾报警控制器。
2.5CAN通信
控制器局域网CAN为串行通讯协议，能有效地支持具有很高安全等级的分布实时控制。
CAN的应用范围很广，从高速的网络到低价位的多路接线都可以使用CAN，其传输速度可达1Mb1t/s。
CAN总线通信原理的制定目的是为了在任何两个CAN仪器之间建立兼容性。
CAN总线通信系统协议中定义了许多通信传输的规范，这些规范保证着CAN总线系统的正常通信。
2.6CAN总线的智能节点
节点，是网络上信息的接收和发送站点，而所谓智能节点，用当前流行的说法来讲，就是一个嵌入式系统。
在本系统中,它位于传感器和执行机构所在的工业现场，起着承上启下的作用。
智能节点一方面和上位机（PC）进行通信，完成数据交换，另一方面又根据系统需要对现场执行机构或传感器进行控制或采集。
实现两大基本功能：
通信和I/O口管理。
为了提高系统的实时性，一些简单的处理运算可以不通过上位机的干预和控制，直接在现场完成，从而大大减少通信量，以发挥智能节点的优势。
CAN总线把挂接在现场总线上
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