基于CAN總線的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

分類：技術(shù)教程日期：2010-02-05 00:00:00

1 引言
　　據(jù)《中國(guó)火災(zāi)統(tǒng)計(jì)年鑒》統(tǒng)計(jì)，自1993～2002年全國(guó)范圍內(nèi)共發(fā)生電氣火災(zāi)203780起，占火災(zāi)總數(shù)近30%，在所有火災(zāi)起因中居首位。我國(guó)的電氣火災(zāi)大部分是由短路引發(fā)的，特別是接地電弧性短路事故。采取確實(shí)可行的方法預(yù)防和遏制電氣火災(zāi)的發(fā)生已刻不容緩。
　　在各類建筑及其它領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用安裝電氣火災(zāi)監(jiān)控器，能有效預(yù)防和減少漏電引起的電氣火災(zāi)。應(yīng)用在線檢測(cè)技術(shù)，可長(zhǎng)年不間斷地檢測(cè)用電線路的過電流、漏電電流等參數(shù)，能隨時(shí)掌握電氣線路或電氣設(shè)備電氣火災(zāi)危險(xiǎn)參數(shù)的變化情況、故障和異常狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)電氣線路的火災(zāi)隱患，消除隱患，防患于未然，保護(hù)國(guó)家和人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。

2 電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)組成
　　系統(tǒng)由電氣火災(zāi)集中控制器，主控制器，支路控制器，以及信號(hào)采集調(diào)理部分組成。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

　　電氣火災(zāi)監(jiān)控集中控制器采用帶觸摸屏嵌入式工控機(jī)，人機(jī)界面使用mcgs組態(tài)軟件，采用can總線與電氣火災(zāi)主控制器進(jìn)行通訊。主控制器完成鍵盤輸入，對(duì)支路控制器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行處理，及時(shí)將各支路狀態(tài)發(fā)送給集中控制器,以及在lcd實(shí)時(shí)顯示被監(jiān)控線路的各種運(yùn)行狀態(tài)及參數(shù)，并準(zhǔn)確地記錄下被監(jiān)控線路運(yùn)行狀態(tài)的變化、故障特征、故障地址、時(shí)間等歷史數(shù)據(jù)。支路控制器負(fù)責(zé)a/d轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行數(shù)字濾波，比較分析線路的過電流、漏電流等狀態(tài)特征，做出相應(yīng)預(yù)警、報(bào)警、脫扣動(dòng)作,并與主控制器通過i2c總線完成雙向通信。信號(hào)采集及調(diào)理部分采用高精度電流互感器、漏電電流互感器對(duì)電信號(hào)進(jìn)行采樣，并進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，電壓跟隨，光電隔離，將0-5v的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入ad 轉(zhuǎn)換器。ad轉(zhuǎn)換器采用12位的ti公司ad轉(zhuǎn)換器tlc2543。

3 支路控制器設(shè)計(jì)
　　支路微處理器選用的是philips lpc932a1單片機(jī),它是基于8051內(nèi)核的高速、低功耗的8位單片機(jī)，其指令執(zhí)行時(shí)間只需2到4個(gè)時(shí)鐘周期。6倍于標(biāo)準(zhǔn)8051器件。支路控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 支路控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　支路控制器系統(tǒng)中，采用精密電阻對(duì)ia、ib、ic、in四路電流互感器的電流信號(hào)取樣并放大，然后采用精密整流電路將交流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電壓信號(hào)。經(jīng)單片機(jī)處理后將信號(hào)通過i2c總線傳輸至主控制器。
　　由于現(xiàn)場(chǎng)各種干擾因素較多，因此在支路控制器軟硬件設(shè)計(jì)上必須考慮抗干擾問題?？垢蓴_設(shè)計(jì)主要包括以下幾方面:電源抗干擾設(shè)計(jì)、單片機(jī)抗干擾、過程通道抗干擾設(shè)計(jì)、印刷電路板及電路的抗干擾設(shè)計(jì)和軟件的抗干擾設(shè)計(jì)。其中系統(tǒng)電源采用dc-dc變換器得到穩(wěn)定的±12v和5v直流電壓，采用了高速光耦6n137對(duì)信號(hào)進(jìn)行隔離，在軟件設(shè)計(jì)中加入了數(shù)字濾波器進(jìn)一步了提高系統(tǒng)的抗干擾能力。

4 主控制器設(shè)計(jì)
　　主控制器由聲光報(bào)警、鍵盤及液晶顯示、can總線控制器、外部flash和時(shí)鐘/日歷發(fā)生器等部分構(gòu)成。主路微處理器選用的是 philips p89v51rd2單片機(jī)。主控制器完成的功能主要有:采集各支路控制器傳輸?shù)膇a、ib、ic、in等參數(shù)數(shù)據(jù)，故障特征數(shù)據(jù)，并在 lcd上實(shí)時(shí)顯示，并通過can總線傳輸給集中控制器。此外主控制器還將各支路控制器運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)用相應(yīng)雙色發(fā)光管顯示;當(dāng)有通道出現(xiàn)報(bào)警信號(hào)時(shí)，主控制器驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，并將實(shí)時(shí)故障特征數(shù)據(jù)保存至flash。主控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

圖3 主控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　本系統(tǒng)can接口硬件主要采用can獨(dú)立控制器sja 1000和can收發(fā)器pca82c250。can總線技術(shù)屬于現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇，can總線具有較強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，支持差分收發(fā)，因而適合高噪聲環(huán)境，并具有較遠(yuǎn)的傳輸距離;因此，can協(xié)議對(duì)許多領(lǐng)域的分布式測(cè)控系統(tǒng)很有吸引力，特別適合于小型分布式測(cè)控系統(tǒng)。can總線可以多主機(jī)方式工作，網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點(diǎn)可以在任意時(shí)刻主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息。可以分為不同優(yōu)先級(jí)，滿足不同實(shí)時(shí)需要。通訊介質(zhì)采用雙絞線，無特殊要求，用戶接口簡(jiǎn)單?；赾an總線的微處理器火災(zāi)監(jiān)控器系統(tǒng)，為解決火災(zāi)報(bào)警問題上提供了新的方法和手段，既提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性、可靠性，又為工程設(shè)計(jì)、施工布線提供了極大的方便。
　　本系統(tǒng)中l(wèi)cd顯示界面如圖4所示。通過系統(tǒng)監(jiān)控界面可查看實(shí)時(shí)電流數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)以滾動(dòng)的形式顯示。用戶通過系統(tǒng)設(shè)置界面可以設(shè)置當(dāng)前時(shí)間以及支路控制器的地址。添加，刪除支路，對(duì)支路的預(yù)警電流值，報(bào)警電流值，電流互感器變比，預(yù)警延時(shí)時(shí)間，報(bào)警延時(shí)時(shí)間進(jìn)行設(shè)置。通過設(shè)置延時(shí)時(shí)間可以防止系統(tǒng)誤動(dòng)作。通過查詢歷史數(shù)據(jù)界面可以查詢報(bào)警原因，報(bào)警時(shí)間以及報(bào)警的通道編號(hào)。

圖4 lcd顯示界面

5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
　　監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖5所示。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)工作后，經(jīng)過初始化，主單片機(jī)開始對(duì)支路進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，設(shè)置電流互感器變比，報(bào)警，預(yù)警延時(shí)時(shí)間，然后每隔50ms接收各個(gè)支路板實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。當(dāng)ia、ib、ic、in通道電流超過設(shè)定電流值，支路單片機(jī)驅(qū)動(dòng)繼電器，并將通道狀態(tài)傳送給主控制器。

圖5 主控制器系統(tǒng)流程圖

6 結(jié)束語
　　在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)中，三相電流互感器選用瑞泰電子的ct-2000電流互感器，漏電流互感器采用ct-800l電流互感器。使用mastertech的ms2007b漏電流鉗形表進(jìn)行電流測(cè)量，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如附表所示。