基于can總線的樓宇火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)_畢業(yè)設(shè)計(jì)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 由其標(biāo)識符 ID 命名， ID 并不指出報(bào)文的目的，但描述了數(shù)據(jù)的含義，以便網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)有可能借助報(bào)文濾波來決定該數(shù)據(jù)是否使它們激活。 （ 5） 技術(shù)規(guī)范 ： CAN 技術(shù)規(guī)范（ ）包括 和 。 的報(bào)文標(biāo)識 [2]周鳳余，魯守銀，李貽斌等 .CAN 總線系統(tǒng)智能節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [J].微計(jì)算機(jī)信息． 1999． (6)： 25～ 27. 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 符為 11 位， 有標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展兩種報(bào)文格式，前者的標(biāo)識符 19 位，后者 29 位。 （ 6） 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)請求 ： 通過發(fā)送一個(gè)遠(yuǎn)程幀，需要數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)可以請求另一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀，該數(shù)據(jù)幀和對應(yīng)的遠(yuǎn)程幀 以相同的標(biāo)識符命名。 （ 7） 顯性隱性 ： CAN 總線數(shù)值為兩種互補(bǔ)的邏輯數(shù)值 “顯性”和“隱性”。其中顯性表示邏輯“ 0”，而隱性表示邏輯“ 1”。當(dāng)顯性和隱性位同時(shí)發(fā)送時(shí)，總線數(shù)值將為顯性。 本論文采用的 CAN 通信 主要由 微控制芯片 AT89C5 CAN 控制器 SJAl0 CAN總線驅(qū)動(dòng)器 82C200、光電耦合器 6N17 組成。 其原理是 CAN 數(shù)據(jù)通過 82C200 傳輸?shù)絊JAl040 經(jīng) AT89S52 處理后再傳送出去。 CAN 電源采用高性能的 AC/DC 變換器，能起到穩(wěn)定電壓和隔離防干擾的作用。 下面我們來介紹 上述各 元器件在本 論文中的 應(yīng)用 。 本文主節(jié)點(diǎn)的 CAN 通信結(jié)構(gòu)框圖及其 流程圖 如 下 圖 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 總線收發(fā)器 82 C 200C A N HC A N L 圖 CAN 通信結(jié)構(gòu)框圖 由上圖我們可以看出，主節(jié)點(diǎn)的 CAN 總線電路由由單片機(jī) AT89C5 CAN 控制器SJA10 CAN 總線驅(qū)動(dòng)器 82C200、光電耦合器 6N137 組成（屏蔽電路中的高頻信號），CAN 數(shù)據(jù)通過 82C200 傳輸?shù)?SJA1040，經(jīng)單片機(jī) 89C52 處理之后再傳送出去。 下面我們來詳細(xì)介紹主節(jié)點(diǎn)的用到的每一個(gè)芯片的用法。 AT89C52 微控制器電路 相對主節(jié)點(diǎn)跟各從節(jié)點(diǎn)的微控制器的設(shè)計(jì)來說，復(fù)位對其十分重要，這直接決定它能不能正常的工作。單片機(jī)復(fù)位電路目前主要有以下 兩種方法 ： （ 1） 正常的工作模式下， RST 腳與地電位相等為低電平，所以復(fù)位起不了作用。當(dāng) S2 按鍵被按下時(shí)，電容 C3 放電， RST 腳為高電平，從而使單片機(jī)復(fù)位；當(dāng) S2 被 松開時(shí)，電源將會使電容充電，從而會使 RST 腳慢慢地變低電平，從而離開復(fù)位狀態(tài)。這一種復(fù)位方式的原理圖可用下圖 所示。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 圖 第一種復(fù)位方式工作原理 （ 2） 用 MAX809， MAX810等電壓監(jiān)控芯片復(fù)位 。 綜合上述的兩 種設(shè)計(jì)方案，其中方案 2 的可靠性及穩(wěn)定性比較高，大多數(shù)用在 ARM等復(fù)雜跟要求比較高的設(shè)計(jì)電路中，相對而言其成本也比較的高，而本論文對復(fù)位電路的要求并不是非常的嚴(yán)格，所以將第 2 種法案舍棄而選用較為簡單、低廉的方案 1。 本論文的主節(jié)點(diǎn)采用 AT89C52 芯片作為微控制器，主要是應(yīng)為 AT89C52 內(nèi)部附有ISP 模塊。 ISP(InSystem Programming)是指電路板上的空白器件可以編程寫入最終用戶代碼，而不需要從電路板上取下器件。已經(jīng)編程的器件也可以用 ISP 方式擦除或 者 再編程。 主節(jié)點(diǎn)所用的微控制器的最小 系統(tǒng)電路圖如下圖 所示。 AT89C52 所用“晶振”頻率在 4MHz 到 24MHz 之間，本論文在此的晶振頻率由 CAN 總線提供， 在它的兩旁可用 30177。 10pF 的電容。又由于 AT89S52 單片機(jī) 的復(fù)位為高電平復(fù)位，故讓其工作狀態(tài)下RST 腳與地電位相等為低電平，讓其復(fù)位不能起到作用，而當(dāng)按下 S2 按鍵時(shí)，電容 C3放電，使 RST 腳為高電平，從而讓 AT89S52 單片機(jī)復(fù)位， 松開時(shí)，電源給 C3 充電，從而讓 RST 腳漸漸地變成低電平，從而讓其脫離復(fù)位狀態(tài)。 圖 微控制器最小系統(tǒng) 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 如圖 所示 為最小系統(tǒng)圖，下面簡紹各個(gè) 引腳的元器件的鏈接： 用于控制發(fā)光二極管， 用來做燈光報(bào)警用。 接溫度傳感器 DS18B20 的數(shù)據(jù)腳，用于讀入溫度。 接紅外輻射的檢測口 ，用來檢測現(xiàn)場的是否有煙霧跟火源產(chǎn)生的強(qiáng)紅外線 。 接煙霧傳感器的檢測口 ，用來檢測現(xiàn)場的煙霧濃度 。 作為 聲光報(bào)警器的 控制口 ，用來提醒該樓宇的工作管理人員或者現(xiàn)場活動(dòng)的居民 。 20 腳接地， 40 腳接電源。 1 19 腳接 CAN 總線主節(jié)點(diǎn) 的 輸出 總線 ， 用來進(jìn)行主從節(jié)點(diǎn)之間的通訊。 31 腳接電源端。 CAN 總控制器 本系統(tǒng) CAN 總線收發(fā)器采用 PHILIPS 公 司生產(chǎn)的 TJA1040 芯片。 TJA1040 是控制器局域網(wǎng) CAN 協(xié)議控制器和物理總線之間的接口，它主要應(yīng)用在客車的高速應(yīng)用速度可達(dá) 1Mb/S。 TJA1040 為總線提供差動(dòng)的發(fā)送功能為 CAN 控制器提供差動(dòng)的接收功能完全符合 ISO 11898 標(biāo)準(zhǔn)，它還有優(yōu)秀的 EMC 性能，在不上電狀態(tài)下有理想的無源性能。 SJAl040 主要負(fù)責(zé)把并行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成 CAN 的格式進(jìn)行發(fā)送與 接收。它 本身自帶發(fā)送與 接收緩沖 裝置，而且它還具有較強(qiáng) 的錯(cuò)誤報(bào)警和雙重濾波處理 功能 。 SJAl040 的硬件框圖如圖 所示。 主控制器收發(fā)器接口管理邏輯發(fā)送緩沖接收F I F O驗(yàn)收濾波C A N核心模塊S J A 1 0 4 0C A N 總線 圖 SJA1040 的 硬件框圖 可以看出， SJAl040 的管理主要是由 IML 的邏輯接口、消息緩沖區(qū)位流處理器 BSP、位時(shí)序處理邏輯 BTL、 接收過濾器 ASP、內(nèi)部振蕩器及復(fù)位電路 、 錯(cuò)誤管理邏輯 EML等 組成 。 CPU 的命令 由 IML 來 接收，控制寄存器被定向到主可以提供警報(bào)和 其所處的狀態(tài)信息。 IML 在 其 CPU 的控制 下 ，將數(shù)據(jù)寫入到發(fā)送 消息緩沖區(qū) ， 發(fā)送緩沖區(qū)和位時(shí)序處理邏輯 輸出到 CAN 總線 ，經(jīng) CAN 總線處理 的數(shù)據(jù)由 位流處理器跟位時(shí)序處理邏輯器 始終監(jiān)視 CAN 總線 ，如果檢測到 一個(gè)有效的 頭時(shí)，“平安隱性控制級別”的轉(zhuǎn)換過程開始收到的第一個(gè)處理器比特流處理 ASP BSP P 濾波器刀接收信息。只有當(dāng)收到的信息識別碼匹配 ASP 測試時(shí)，收到的消息才被寫入 RXFIFO 或者 RXB。 RXFIFO 中高達(dá)64 字節(jié)的數(shù)據(jù)可以被緩存，數(shù)據(jù)可以被 CPU讀取，調(diào)制器的錯(cuò)誤管制可被 EML 調(diào)制，并接收 BSP 錯(cuò)誤報(bào)告，促使 BSP 和 IML 錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)。 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 TJA1040 的特點(diǎn) [3] CAN 總線具有較強(qiáng)的糾錯(cuò)能力， 并且還 支持差分收發(fā)器， 這讓 它們 能夠 適合用于高噪聲環(huán)境，并具有更遠(yuǎn)的傳輸距離，尤其是對中小型分布式控制系統(tǒng) 。 由于 在其中CAN 總線 采用了許多新 的技術(shù)及獨(dú)特 設(shè)計(jì)， 讓它與 一般的通信總線 作比較 ，它的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。 除此之外 它 還 具有以下幾 點(diǎn)重要特色 [4]： （ 1）可以多主方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)均可以在任意時(shí)刻主動(dòng)地向網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，而不分主從，通信方式靈活。網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)（信息）可分成不同的優(yōu)先級 ,可以滿足不同的實(shí)時(shí)要求。 （ 2）采用非破壞性位仲裁總線結(jié)構(gòu)機(jī)制，當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向網(wǎng)絡(luò)上傳送信息時(shí)，優(yōu)先級低的節(jié)點(diǎn)主動(dòng)停止數(shù)據(jù)發(fā)送，而優(yōu)先級高的節(jié)點(diǎn)可不受影響地繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)。 （ 3）可以點(diǎn)對 點(diǎn)、一點(diǎn)對多點(diǎn)（成組）及全局廣播幾種傳送方式接收數(shù)據(jù)。 （ 4）直接通信距離最遠(yuǎn)可達(dá) 10km（速率 5Kb/s 以下）。通信速率最高可達(dá) 1MB/s（此時(shí)距離最長 40m）。 （ 5）節(jié)點(diǎn)數(shù)實(shí)際可達(dá) 110 個(gè)， 采用短幀結(jié)構(gòu)，每一幀的有效字節(jié)數(shù)為 8 個(gè) ， 每幀信息都有 CRC 校驗(yàn)及其他檢錯(cuò)措施，數(shù)據(jù)出錯(cuò)率極低。 節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下，具有自動(dòng)關(guān)閉總線的功能，切斷它與總線的聯(lián)系，以使總線上的其他操作不受影響。 （ 6）通信介質(zhì)可采用雙絞線，同軸電纜和光導(dǎo)纖維，一般采用廉價(jià)的雙絞線即可，無特殊要求。 TJA1040 的參考數(shù) 據(jù) TJA1040芯片的一些參考數(shù)據(jù)如表 ： 表 參考數(shù)據(jù) 助記符 參數(shù) 條件 最小值 最大值 單位 VBAT 引腳 VBAT的電源電壓 5 27 V VCC 引腳 Vcc的電源電壓 V VI/O 引腳 VI/O的電源電壓 V IBAT 引腳 VBAT電源電流 VBAT = 12V 10 30 μA VCANH 引腳 CANH 的直流電壓 0 VCC 無時(shí)間限制 27 +40 V VCANL 引腳 CANL的直流電壓 0 VCC 無時(shí)間限制 27 +40 V VSPLIT 引腳 SPLIT的直流電壓 0 VCC 無時(shí)間限制 27 +40 V Tvj 實(shí)際連接點(diǎn)溫度 40 +150 ℃ Vesd 所有引腳的靜電放電電壓 人體模型 HBM 4 +4 kV TPD TXD到 RXD的傳播延遲 VSTB=0V —— 255 ns [3]周鳳余 ,李貽斌 ,李彩虹 ,尹燕芳 ,肖海榮 .CAN 總線及其在噴漿機(jī)器人中的應(yīng)用 [J].測控技術(shù)， 2020年 03 期 . [4]鄔寬明 .CAN總線原理和應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) [M].北京：北京航空航天大學(xué) 出版社 .1996. 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 TJA1040 的功能描述 [5] TJA1040 除了處理 ISO 11898 標(biāo)準(zhǔn)所描述的物理層外，它還可以控制整個(gè) ECU 的功耗 (電源 )管理并對系統(tǒng)進(jìn)行診斷。 (1)喚醒 有幾種方法可以將 TJA1040 從睡眠或待機(jī)模式喚醒： ① 通過顯性的總線狀態(tài)喚醒； ② 通過引腳 WAKE 的邊沿本地喚醒； ③ 從睡眠或待機(jī)模式到普通或 Pwon 只聽模式的模式轉(zhuǎn)換不會置位喚醒標(biāo)志。 (2)總線故障診斷 正常模式中，在收發(fā)器使總線顯性時(shí)， TJA1001 通過引腳 /ERR 提供了一個(gè)低電平有效的總線故障診斷輸出， 檢測到的總線故障可以在正常模式從引腳 /ERR 讀出。 (3)TXD顯性超時(shí)功能 當(dāng) 硬件或軟件程序的錯(cuò)誤而 使 TXD 引腳 持續(xù)地處在 低電平時(shí)，“ TXD 顯性超時(shí)定時(shí)器”電路可以防止總線進(jìn)入所有網(wǎng)絡(luò)通信 阻塞 的狀態(tài)。 TXD 引腳的負(fù)跳變沿 引 發(fā) 這個(gè)定時(shí)器 ，如果引腳 TXD 的低電平持續(xù)時(shí)間超過內(nèi)部定時(shí)器的值 (TDOM),收發(fā)器會被禁能強(qiáng)制使總線進(jìn)入隱性狀態(tài)。定時(shí)器用引腳 TXD 的正跳變邊沿復(fù)位。收發(fā)器保持禁能直到 RXD 變成顯性而 TXD 是隱性或者將模式切換到正常模式。 TXD 顯性超時(shí)時(shí)間 TDOM 規(guī)定了可能的最小位速率 40kBaud。 (4)TXD對 RXD短路 如果引腳 RXD 和 TXD 短路，總線一旦進(jìn)入顯性后就會呈現(xiàn)持續(xù)的顯性，因?yàn)橐_RXD 的低電平輸入通常要高于連接至 (CAN 控制器 )。 TXD 顯性超時(shí)會禁能收發(fā)器，使總線處 于隱性狀態(tài)。收發(fā)器保持禁能直到 RXD 是顯性而 TXD 是隱性或者將模式切換到正常模式。 CAN 通訊收發(fā)器 本系統(tǒng)采用 PHILIPS 公司生產(chǎn)的 PCA82C200 獨(dú)立控制器， 它 具有完成高性能通信協(xié)議所要求的全部必要特性，通過簡單連接即可完成 CAN 總線協(xié)議的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的所有功能。 并且 它 與 ISOll898 的 標(biāo)準(zhǔn)完美的兼容，其 速率 高達(dá) 可達(dá) 1Mbps， 并且它能夠 采用斜率控制 大大的 降低 了 射頻 的 干擾， 最主要的是 其 在 未上電節(jié)點(diǎn) 時(shí)不會干擾總線，從而 增大通信距離， 并且很大程度的增強(qiáng)了 系統(tǒng)瞬間 的 抗干擾 性能 ， 從而增加其抗 干擾的能力并增強(qiáng)了對 總線 的保護(hù) 。 PCA82C200 芯片是一種 I/O 設(shè)備基于內(nèi)存編址的微控制器。該 芯片 的獨(dú)立操作 系統(tǒng)就如同是 RAM 一樣的片內(nèi)寄存器修正而 實(shí)現(xiàn)的。 但其也有缺點(diǎn)，那就是 它 僅僅 支持標(biāo)準(zhǔn)的信息幀格式。 PCA82C200 的地址區(qū)包 含 信息緩 [5]高強(qiáng)，董力川，朱寧 .嵌入式 CAN總線控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) [J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用． 2020.(2)： 33～ 34. 湖南工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 沖區(qū)控制段控制段。在 其 初始化載入 的時(shí)候 可 以 被編程 用 來配置 系統(tǒng)的 通信參數(shù)。 同時(shí)這個(gè)段 也能用來通過 微控制器來控制 系統(tǒng)上的 CAN 總線上 的通信 。 PCA82C200 的 功能框 架 圖如圖 所示。 TX DRsR X DV r e f斜率 / 等待基準(zhǔn)電壓保護(hù)電路驅(qū)動(dòng)器