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一种基于CAN总线的电气火灾监控系统的设计

孙丁丁，王礼帅，齐辉
中国矿业大学（北京）机电与信息工程学院信电系，北京（100083）
E-mail：[e-mail]
摘要:本文在分析了电气火灾监控系统的功能要求的基础上，设计了一种使用高档AVR
单片机的电气火灾监控系统。CAN网络由于具有速率高、抗干扰能力强等优点在火灾报警
系统中得到广泛应用。提出了基于CAN总线的火灾监控系统的拓扑结构，主要介绍了其关
键部分监控设备的硬件设计原理,以及软件流程。
关键词:CAN总线；电气火灾监控系统；ATMEGA128

1.引言

随着新技术的不断发展,对火灾报警控制器联网的要求也越来越高[1]。火灾报警控制器
不但要完成本机的报警、联动等功能,还要把报警信息传送到其他报警控制器或显示系统
中。这就对其控制系统的通信能力,尤其是可靠性和实时性提出了更高的要求。RS485总线
是火灾报警系统中最早应用的一种总线,但其传输速率较低,抗干扰能力差,对火灾报警及
显示的响应速度慢。于是基金会现场总线(FF)、LonWorks、CAN等多种新的总线方式应
运而生。

2.电气火灾监控设备总体方案设计
根据电气火灾监控系统的基本功能，可以把电气火灾监控设备所要完成的任务概括如
下：
1）采用CANBus通讯方式，实现无主从方式的网络架构设计；
2）应具有黑匣子功能，能存储10000条数据；
3）能进行全中文的报警及操作提示；
4）能打印漏电、故障及温度超限等信息；
5）应具备时钟功能，能对漏电、故障及温度超限等发生时刻进行记录；
6）具备声光报警功能；
7）具有消防联动功能。

3.电气火灾监控设备硬件设计
根据总体方案设计的要求和特点，参考国内外同类系统的设计，吸取他们的优点，按照
功能齐全、成本低廉、易于实现、便于生产、安全可靠的设计思想，对电气火灾监控设备进
行了设计。
按照功能独立、易于维护的原则，所设计的电气火灾监控设备主要可分为CAN通信单
元、人机接口单元、中央处理单元三部分。本设计中采用Atmega128L单片机[2]为核心，其硬
件结构框图如图1所示。

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图1电气火灾监控设备硬件结构框图
Fig1Hardwarefunctionalblockdiagramofelectricalfiremonitoringandcontroldevice

CAN通信单元部分
1.CAN总线技术简介
CAN总线技术是德国BOSCH公司在20世纪80年代中期为解决现代汽车众多的控制与测
试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通信协议[3]。CAN总线具有以下优点：
(1)CAN总线是多主总线。
(2)CAN总线实时性好。
(3)CAN总线可靠性高。
(4)CAN协议采用总线式结构。
本设计中，采用CAN总线与探测器进行通信，探测器实时上传漏电流值和母线温度；
电气火灾监控设备接收并显示该值，若漏电流超限，则发声光报警并在液晶上显示故障位置，
用户可通过监控装置给探测器发断电命令。其硬件原理图如图2所示：

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R17R11
U6VCC3.3K6.8K
A0823222121
24AD0VDD118
VCCA09AD1VDD2
A102512
26AD2VDD311
A11AD3MODE
A1227
AD4
R14A132813TXD_CAN
50KA141AD5TX019RXD_CAN
AD6RX0
A15220
AD7RX1
15
17VSS321
ALE3RSTVSS28
ALEVSS1
C16CAN_INT16
INT
CAN_CS47
5CSCLKOUT10
1uFRD/1RDX215PC17
WR/169
WRX1
Z3
SJA1000

16M
C18
15P
图2CAN总线硬件原理图
Fig.2SchematicofCANprotocolcontroller

与电气火灾探测器一样，监控系统也采用PCA82C250作为CAN总线驱动芯片[4]，使总线
能带至少110个节点。PCA82C250是Philips公司生产的专门用于作为CAN总线通信协议控制
芯片与物理通信总线间的接口芯片，采用差分方式发送和接收总线数据。内部具有过流保护
电路，可防止总线短路对CAN总线控制芯片和驱动芯片本身的损坏。其硬件原理图如图3所

示：

VCC
1
R19
390

U8
TXD_CAN18R15120SW-PB
22TXDRS7CL1212
VCC3GNDCANH6CHS1
4VCCCANL5
RXDVREF2
RXD_CAN2D52
R2682C25