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基于CAN总线的电气火灾预警系统设计与实现
来源:本站整理  作者:佚名  2011-07-23 11:36:10




    在本系统中,采集的各参数数据的准确程度和实时性将会对火灾预测和判断产生严重影响,甚至产生误报、漏报,因此互感器及信号调理电路、模数转换电路的设计和选择甚为关键,这里选用高速的A/D转换电路TLC2543,可满足对电流、电压和漏电流等参数的采集要求,其与SoPC的连接电路如图3所示。

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    传统的CAN总线节点之间通信的控制方式有2种,一种是利用单片机控制独立的CAN总线控制器;另一种是用带有CAN总线控制器的单片机进行控制。这2种方式都存在线路复杂,系统稳定性不高以及无法实时处理大理数据信息的弱点。本系统采用SoPC技术对CAN总线通信进行控制,可编程片上系统(System on a Programmable Chip,SoPC)技术是由ALTEra公司提出的一种灵活、高效的片上系统(Systemon a Chip,SOC)解决方案,是一种特殊的嵌入式系统。本系统中用嵌入式软核NiosⅡ作为控制器,以MieroChip公司的MCP2515作为CAN总线控制器。
    以往的CAN总线收发器,通常采用2个高速光耦(如6N137),以实现电气隔离和电源上的DC—DC隔离,从而提高CAN总线通信的抗干扰性,另外还需要对阻抗进行调节、匹配才能搭出合理的电路,本系统采用广州周立功公司的CTM1050T。模块作为CAN总线收发装置。它是一款带隔离的高速CAN收发器芯片,该芯片内部集成了所有必需的CAN隔离与收发器件,能直接与CAN总线控制器的TXD,RXD引脚相连,具体电路连接如图4所示。

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    系统采用这种拓扑结构,最大的好处在于降低了系统线路的复杂程度,同时提高了系统的稳定性,并在一定程度上降低了功耗和生产成本。
2.2 软件设计中的关键问题
    本系统软件设计主要包括2个方面,一是系统对于电气火灾的预测与预报的算法实现;二是上位机监控软件的设计和下位机功能软件的实现。
    设计本系统主要是为了解决传统火灾预警系统中的误报、漏报率高的问题,实验测试表明,火灾探测器一段时间内的各采集的量值相互独立,呈一种相关随机分布,火灾探测信号是非平移随机过程,因此本文对探测器的量测判断提出一种新的决策方法,即模式分类判别方法,火灾探测器在临界点附近的传感器的量值判断,对应着实际情况就是2类分类的问题,第一类是线路一般故障,不会引发火灾;第二类是线路存在严重故障,有发生火灾的可能性,一般在临界点(阈值)范围的传感器在实际情况中会出现几种情况:正常,报警,但是在这一临界点上,出现这各种情况却是一种随机分布,也就是说在临界点上是一种概率分布,当传感器检测到的值到了一定的范围(一般取临界点的一个范围)内,为了减少漏报和误报,在系统设计的过程中采用贝叶斯决策进行情况分类,于是问题转化为对特定模式的决策分类问题。
    上位机软件主要是显示目前系统的运行状况和预测结果,下位机SoPC系统功能软件中与CAN总线通信部分的软件设计是整个系统软件设计中较为关键的部分,SoPC系统中采用NiosⅡ为处理器,通过Avalon总线与定制的SPI核在FPGA芯片EP2C8Q208C8N中进行系统集成,这一过程可以通过QuartusⅡ软件中的SoPC Builder工具完成,然后通过集成开发环境NiosⅡIDE对定制的SPI的IP核进行访问与操作,待仿真验证无误后,利用ISP电缆线将程序烧写至SoPC系统的配置芯片中,使CAN总线节点正常工作,上、下位机程序流程图如图5,图6所示。

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