基于CAN总线的电气火灾报警系统设计方案

　　温度测量采用数字式传感器DSl8B20.与传统的热敏电阻相比，DSl8B20具有如下性能特点：独特的单线接口方式，与微处理器连接时仅需要一条线即可实现双向通讯；在使用中不需要任何外围元件；可用数据线供电，电压范围3.0V~5.5V;通过编程可实现9~12位的数字读数方式；用户可自设定非易失性的报警上下限值；支持多点组网功能，实现多点测温；负压特性，电源极性接反时，温度计不会因发热而烧毁。因而使用DSl8B20可使系统结构更简单，可靠性更高。温度检测电路比较简单，只需一根数据线接到单片机的I/O口，数据线通过4.7K电阻上拉。电路如图3所示。

　　图3 温度检测电路

　　剩余电流测量采用的是穿心式电流互感器。在三相四线制线路中，正常情况下是没有剩余电流的，流过A 相、B相和C相的电流应和流过N相的相等，即矢量和为零，此时互感器的二级绕组没有感应电流；如果发生漏电，则矢量和不为零，二级绕组上就有感应电流，该电流经过负荷后就会产生感应电压。这个电压经过调理电路整形放大，再经过单片机A/D采样处理后就能得到准确的剩余电流值。剩余电流放大调理电路如图4所示。

　　图4 电流放大调理电路

　　图4中，MCP6004是Microchip公司生产的低功率运算放大器、4运放封装、1M增益带宽、供电电压1.8V到5.5V、供电电流100μA.功耗低、性能稳定，适合工控产品的使用。Sensor为电流互感器，其二次绕组引出两根线，一根接地，另一根与电阻R152相连，把电流信号转变为电压信号Vi.输出信号Vo2与单片机的A/D口连接。为了使峰值检波电路能根据输入漏电流的大小变化跟着瞬态变化，实现起来也比较简单，就是每次单片机采样完，使端口定义为输出，稍做延时，使电容迅速放电，再把端口定义为输入。

　　探测器通过控制继电器来完成断路器的脱扣功能。断路器上有一个AC220V的脱扣器，给脱扣器一个交流220V电压就能使断路器断开，切断线路。脱扣器一端接零线，一端接继电器1脚，继电器的3脚接火线。继电器控制火线的通断就可以实现脱扣器的开关，断路器脱扣电路如图5.

　　图5 断路器脱扣控制电路

　　CAN通信电路必须具备较强的抗干扰能力，如雷击、强电场、电磁辐射的干扰。本设计使用了两个高速光耦6N137， 分别加在了电路的CAN发送和接收端口，用于把总线和电路隔离开来，这样总线的干扰就不会影响电路运行。同时在光耦两边用不同的独立电源供电，实现了真正意义上的电气隔离。此处用了B0505-1W实现电源隔离。B0505-1W最大输出功率1W，体积小、价格便宜，输入5V输出为电气隔离的5V.收发电路如图6所示，V+和0为隔离后的电源和地。

　　CAN收发器是CAN协议控制器和物理总线上的接口，这里采用TJAl050.TJAl050是高速CAN收发器，完全符合ISO11898标准，最高速度1Mbps，电磁辐射EME非常低，差动接收器具有较宽的共模范围，可抗电磁干扰（EMI），待机模式消耗电流极低，具有通过总线唤醒的功能和热保护功能。TJAl050采用了高速模式，并用隔离电源供电。CANH和CANL上的电容和二极管使CAN总线实现要求更高的抗干扰/辐射性能。

　　图6 CAN通信原理图

　　3.2 电气火灾监控设备

　　电气火灾监控设备由主板、键盘和显示器组成。主板采用Atmel公司的AT90CANl28为控制核心。监控设备先连接探测器，然后通过键盘配置每个探测器的ID，打开通信端口，就可以接收CAN总线上面的数据（温度和漏电流）。一旦检测到报警信号，监控设备就会持续发出声光报警，直到管理人员消除报警信号并按复位键才能恢复正常状态。报警时，液晶显示屏上会显示出报警节点的具体信息，如节点地址、报警值和设定值，方便用户快速定位报警节点，及时消除火灾隐患。若同时有多处报警，显示界面按国标要求显示的是最近的那个报警节点信息。监控设备还可远程设置各探测器的漏电流和温度报警值，指定探测器的断路器脱扣以切断用户线路和对探测器远程复位、消音等操作。监控设备设计框图如图7所示。