基于can总线的楼宇火灾报警系统设计_毕业设计论文(编辑修改稿)

基于can总线的楼宇火灾报警系统设计_毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

由其标识符 ID 命名， ID 并不指出报文的目的，但描述了数据的含义，以便网络中的所有节点有可能借助报文滤波来决定该数据是否使它们激活。 （ 5） 技术规范 ： CAN 技术规范（ ）包括 和。 的报文标识 [2]周凤余，鲁守银，李贻斌等 .CAN 总线系统智能节点设计与实现 [J].微计算机信息． 1999． (6)： 25～ 27. 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 7 符为 11 位， 有标准和扩展两种报文格式，前者的标识符 19 位，后者 29 位。 （ 6） 远程数据请求 ： 通过发送一个远程帧，需要数据的节点可以请求另一个节点发送一个相应的数据帧，该数据帧和对应的远程帧 以相同的标识符命名。 （ 7） 显性隐性 ： CAN 总线数值为两种互补的逻辑数值 “显性”和“隐性”。 其中显性表示逻辑“ 0”，而隐性表示逻辑“ 1”。 当显性和隐性位同时发送时，总线数值将为显性。 本论文采用的 CAN 通信 主要由 微控制芯片 AT89C5 CAN 控制器 SJAl0 CAN总线驱动器 82C200、光电耦合器 6N17 组成。 其原理是 CAN 数据通过 82C200 传输到SJAl040 经 AT89S52 处理后再传送出去。 CAN 电源采用高性能的 AC/DC 变换器，能起到稳定电压和隔离防干扰的作用。 下面我们来介绍 上述各 元器件在本 论文中的 应用。 本文主节点的 CAN 通信结构框图及其 流程图 如 下 图 所示。 微控制器AT 89 C 52CA N 控制器SJ A 1 0 4 0光隔6 N 137C A N 总线收发器 82 C 200C A N HC A N L 图 CAN 通信结构框图 由上图我们可以看出，主节点的 CAN 总线电路由由单片机 AT89C5 CAN 控制器SJA10 CAN 总线驱动器 82C200、光电耦合器 6N137 组成（屏蔽电路中的高频信号），CAN 数据通过 82C200 传输到 SJA1040，经单片机 89C52 处理之后再传送出去。 下面我们来详细介绍主节点的用到的每一个芯片的用法。 AT89C52 微控制器电路 相对主节点跟各从节点的微控制器的设计来说，复位对其十分重要，这直接决定它能不能正常的工作。 单片机复位电路目前主要有以下 两种方法 ： （ 1） 正常的工作模式下， RST 脚与地电位相等为低电平，所以复位起不了作用。 当 S2 按键被按下时，电容 C3 放电， RST 脚为高电平，从而使单片机复位；当 S2 被 松开时，电源将会使电容充电，从而会使 RST 脚慢慢地变低电平，从而离开复位状态。 这一种复位方式的原理图可用下图 所示。 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 8 图 第一种复位方式工作原理 （ 2） 用 MAX809， MAX810等电压监控芯片复位。 综合上述的两 种设计方案，其中方案 2 的可靠性及稳定性比较高，大多数用在 ARM等复杂跟要求比较高的设计电路中，相对而言其成本也比较的高，而本论文对复位电路的要求并不是非常的严格，所以将第 2 种法案舍弃而选用较为简单、低廉的方案 1。 本论文的主节点采用 AT89C52 芯片作为微控制器，主要是应为 AT89C52 内部附有ISP 模块。 ISP(InSystem Programming)是指电路板上的空白器件可以编程写入最终用户代码，而不需要从电路板上取下器件。 已经编程的器件也可以用 ISP 方式擦除或 者 再编程。 主节点所用的微控制器的最小 系统电路图如下图 所示。 AT89C52 所用“晶振”频率在 4MHz 到 24MHz 之间，本论文在此的晶振频率由 CAN 总线提供， 在它的两旁可用 30177。 10pF 的电容。 又由于 AT89S52 单片机 的复位为高电平复位，故让其工作状态下RST 脚与地电位相等为低电平，让其复位不能起到作用，而当按下 S2 按键时，电容 C3放电，使 RST 脚为高电平，从而让 AT89S52 单片机复位， 松开时，电源给 C3 充电，从而让 RST 脚渐渐地变成低电平，从而让其脱离复位状态。 图 微控制器最小系统 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 9 如图 所示 为最小系统图，下面简绍各个 引脚的元器件的链接： 用于控制发光二极管， 用来做灯光报警用。 接温度传感器 DS18B20 的数据脚，用于读入温度。 接红外辐射的检测口 ，用来检测现场的是否有烟雾跟火源产生的强红外线。 接烟雾传感器的检测口 ，用来检测现场的烟雾浓度。 作为 声光报警器的 控制口 ，用来提醒该楼宇的工作管理人员或者现场活动的居民。 20 脚接地， 40 脚接电源。 1 19 脚接 CAN 总线主节点 的 输出 总线 ， 用来进行主从节点之间的通讯。 31 脚接电源端。 CAN 总控制器 本系统 CAN 总线收发器采用 PHILIPS 公 司生产的 TJA1040 芯片。 TJA1040 是控制器局域网 CAN 协议控制器和物理总线之间的接口，它主要应用在客车的高速应用速度可达 1Mb/S。 TJA1040 为总线提供差动的发送功能为 CAN 控制器提供差动的接收功能完全符合 ISO 11898 标准，它还有优秀的 EMC 性能，在不上电状态下有理想的无源性能。 SJAl040 主要负责把并行的数据转换成 CAN 的格式进行发送与 接收。 它 本身自带发送与 接收缓冲 装置，而且它还具有较强 的错误报警和双重滤波处理 功能。 SJAl040 的硬件框图如图 所示。 主控制器收发器接口管理逻辑发送缓冲接收F I F O验收滤波C A N核心模块S J A 1 0 4 0C A N 总线 图 SJA1040 的 硬件框图 可以看出， SJAl040 的管理主要是由 IML 的逻辑接口、消息缓冲区位流处理器 BSP、位时序处理逻辑 BTL、 接收过滤器 ASP、内部振荡器及复位电路 、 错误管理逻辑 EML等 组成。 CPU 的命令 由 IML 来 接收，控制寄存器被定向到主可以提供警报和 其所处的状态信息。 IML 在 其 CPU 的控制 下 ，将数据写入到发送 消息缓冲区 ， 发送缓冲区和位时序处理逻辑 输出到 CAN 总线 ，经 CAN 总线处理 的数据由 位流处理器跟位时序处理逻辑器 始终监视 CAN 总线 ，如果检测到 一个有效的 头时，“平安隐性控制级别”的转换过程开始收到的第一个处理器比特流处理 ASP BSP P 滤波器刀接收信息。 只有当收到的信息识别码匹配 ASP 测试时，收到的消息才被写入 RXFIFO 或者 RXB。 RXFIFO 中高达64 字节的数据可以被缓存，数据可以被 CPU读取，调制器的错误管制可被 EML 调制，并接收 BSP 错误报告，促使 BSP 和 IML 错误统计。 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 10 TJA1040 的特点 [3] CAN 总线具有较强的纠错能力， 并且还 支持差分收发器， 这让 它们 能够 适合用于高噪声环境，并具有更远的传输距离，尤其是对中小型分布式控制系统。 由于 在其中CAN 总线 采用了许多新 的技术及独特 设计， 让它与 一般的通信总线 作比较 ，它的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。 除此之外 它 还 具有以下几 点重要特色 [4]： （ 1）可以多主方式工作，网络上任意一个节点均可以在任意时刻主动地向网络上的其他节点发送信息，而不分主从，通信方式灵活。 网络上的节点（信息）可分成不同的优先级 ,可以满足不同的实时要求。 （ 2）采用非破坏性位仲裁总线结构机制，当两个节点同时向网络上传送信息时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响地继续传输数据。 （ 3）可以点对 点、一点对多点（成组）及全局广播几种传送方式接收数据。 （ 4）直接通信距离最远可达 10km（速率 5Kb/s 以下）。 通信速率最高可达 1MB/s（此时距离最长 40m）。 （ 5）节点数实际可达 110 个， 采用短帧结构，每一帧的有效字节数为 8 个 ， 每帧信息都有 CRC 校验及其他检错措施，数据出错率极低。 节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，切断它与总线的联系，以使总线上的其他操作不受影响。 （ 6）通信介质可采用双绞线，同轴电缆和光导纤维，一般采用廉价的双绞线即可，无特殊要求。 TJA1040 的参考数 据 TJA1040芯片的一些参考数据如表 ： 表 参考数据 助记符 参数 条件 最小值 最大值 单位 VBAT 引脚 VBAT的电源电压 5 27 V VCC 引脚 Vcc的电源电压 V VI/O 引脚 VI/O的电源电压 V IBAT 引脚 VBAT电源电流 VBAT = 12V 10 30 μA VCANH 引脚 CANH 的直流电压 0 VCC 无时间限制 27 +40 V VCANL 引脚 CANL的直流电压 0 VCC 无时间限制 27 +40 V VSPLIT 引脚 SPLIT的直流电压 0 VCC 无时间限制 27 +40 V Tvj 实际连接点温度 40 +150 ℃ Vesd 所有引脚的静电放电电压 人体模型 HBM 4 +4 kV TPD TXD到 RXD的传播延迟 VSTB=0V —— 255 ns [3]周凤余 ,李贻斌 ,李彩虹 ,尹燕芳 ,肖海荣 .CAN 总线及其在喷浆机器人中的应用 [J].测控技术， 2020年 03 期 . [4]邬宽明 .CAN总线原理和应用系统设计 [M].北京：北京航空航天大学 出版社 .1996. 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 11 TJA1040 的功能描述 [5] TJA1040 除了处理 ISO 11898 标准所描述的物理层外，它还可以控制整个 ECU 的功耗 (电源 )管理并对系统进行诊断。 (1)唤醒 有几种方法可以将 TJA1040 从睡眠或待机模式唤醒： ① 通过显性的总线状态唤醒； ② 通过引脚 WAKE 的边沿本地唤醒； ③ 从睡眠或待机模式到普通或 Pwon 只听模式的模式转换不会置位唤醒标志。 (2)总线故障诊断 正常模式中，在收发器使总线显性时， TJA1001 通过引脚 /ERR 提供了一个低电平有效的总线故障诊断输出， 检测到的总线故障可以在正常模式从引脚 /ERR 读出。 (3)TXD显性超时功能 当 硬件或软件程序的错误而 使 TXD 引脚 持续地处在 低电平时，“ TXD 显性超时定时器”电路可以防止总线进入所有网络通信 阻塞 的状态。 TXD 引脚的负跳变沿 引 发 这个定时器 ，如果引脚 TXD 的低电平持续时间超过内部定时器的值 (TDOM),收发器会被禁能强制使总线进入隐性状态。 定时器用引脚 TXD 的正跳变边沿复位。 收发器保持禁能直到 RXD 变成显性而 TXD 是隐性或者将模式切换到正常模式。 TXD 显性超时时间 TDOM 规定了可能的最小位速率 40kBaud。 (4)TXD对 RXD短路 如果引脚 RXD 和 TXD 短路，总线一旦进入显性后就会呈现持续的显性，因为引脚RXD 的低电平输入通常要高于连接至 (CAN 控制器 )。 TXD 显性超时会禁能收发器，使总线处 于隐性状态。 收发器保持禁能直到 RXD 是显性而 TXD 是隐性或者将模式切换到正常模式。 CAN 通讯收发器 本系统采用 PHILIPS 公司生产的 PCA82C200 独立控制器， 它 具有完成高性能通信协议所要求的全部必要特性，通过简单连接即可完成 CAN 总线协议的物理层和数据链路层的所有功能。 并且 它 与 ISOll898 的 标准完美的兼容，其 速率 高达 可达 1Mbps， 并且它能够 采用斜率控制 大大的 降低 了 射频 的 干扰， 最主要的是 其 在 未上电节点 时不会干扰总线，从而 增大通信距离， 并且很大程度的增强了 系统瞬间 的 抗干扰 性能 ， 从而增加其抗 干扰的能力并增强了对 总线 的保护。 PCA82C200 芯片是一种 I/O 设备基于内存编址的微控制器。 该 芯片 的独立操作 系统就如同是 RAM 一样的片内寄存器修正而 实现的。 但其也有缺点，那就是 它 仅仅 支持标准的信息帧格式。 PCA82C200 的地址区包 含 信息缓 [5]高强，董力川，朱宁 .嵌入式 CAN总线控制系统设计 [J].自动化技术与应用． 2020.(2)： 33～ 34. 湖南工业大学本科毕业设计（论文） 12 冲区控制段控制段。 在 其 初始化载入 的时候 可 以 被编程 用 来配置 系统的 通信参数。 同时这个段 也能用来通过 微控制器来控制 系统上的 CAN 总线上 的通信。 PCA82C200 的 功能框 架 图如图 所示。 TX DRsR X DV r e f斜率 / 等待基准电压保护电路驱动器。