1、I江 苏 科 技 大 学本 科 毕 业 设 计(论文)学 院 电气与信息工程学院 专 业 电气工程及其自动化 学生姓名 班级学号 指导教师 二零一三年六月江苏科技大学本科生毕业论文基于 CAN 总线的火灾报警系统设计The fire alarm system design based on the CAN bus I江 苏 科 技 大 学毕业论文( 设计) 任务书学院名称:电气信息工程学院 专 业: 电气工程及其自动化 学生姓名: 学 号: 指导教师: 职 称: 讲 师 2013 年 3 月 1 日毕业设计(论文) 题目 :基于 CAN 总线的火灾报警系统设计一毕业设计(论文) 内容及要求(包
2、括原始数据技术要求达到的指标和应做的实验等)1.设计内容:随着人们防火意识的增强,火灾探测报警技术越来越受到人们的重视传统的火灾报警系统多采用 RS-485 总线通信方式,与之相比,CAN 总线具有突出的可靠性实时性和灵活性,本文主要研究基于CAN 总线的火灾报警系统的设计方案及实现方法2.设计要求: (1)选择合适的温度及烟雾传感器;(2)主从节点通过 CAN 总线通信;(3)可进行数据处理显示 存储等;(4)根据测量值可驱动灭火装置除以上要求的功能外,设计者可增加其他功能江苏科技大学本科毕业设计（论文）III二完成后应交的作业(包括各种说明书 图纸等)1. 毕业设计论文一份(不少于 1.5
3、 万字);2. 外文译文一篇(不少于 5000 英文单词);3. 软件流程图;三完成日期及进度2013 年 3 月 25 日至 2012 年 6 月 12 日进度安排:1.3.254.5:系统调研,收集资料,方案论证;2.4.85.10:软硬件系统设计;3.5.135.24:综合测试;4.5.276.12:毕业论文撰写,答辩四同组设计者(若无则留空):五主要参考资料(包括书刊名称 出版年月等):1.张毅刚,新编 MCS-51 单片机应用设计,哈尔滨工业大学出版社,20062.王振红,综合电子设计与实践,清华大学出版社,20083.张培仁,基于 C 语言编程 MCS-51 单片机原理与应用,清华
4、大学出版社,20024.沈红卫,单片机应用系统设计实例与分析,北京航空航天大学出版社,2003系(教研室) 主任: (签章) 年 月 日学院主管领导: (签章) 年 月 日江苏科技大学本科毕业设计（论文）V摘 要 伴随着人们防火意识的不断增强,人们也对火灾报警系统技术给予了更多的重视传统意义上的火灾报警系统,很多情况下采用RS-485总线作为系统的通信方式,并且采取单一的温度传感器监控现场环境,在执行灭火的装置中使用玻璃球洒水喷头本文主要研究的是基于CAN总线的火灾报警系统设计的方案以及实现的方法,用CAN总线取代传统的RS-485总线,以解决抗干扰能力较差对火灾报警响应较慢以及传输速率较低等
5、一系列的缺点本文分为五个章节,第一章节是绪论部分,主要介绍本课题研究的背景,国内外发展现状,以及研究的意义;第二章节是灾报警系统的总体设计部分,主要介绍了本系统的总体设计的方案;第三章节是火灾报警系统的硬件设计部分,主要介绍了本系统在主节点的硬件设计和从节点的硬件设计;第四章是火灾报警系统的软件设计 ,主要介绍了系统的整体软件设计,主节点软件设计,CAN模块通信电路软件设计以及从节点的软件设计;第五章是火灾报警系统的调试,主要介绍了系统的调试过程中遇到的问题以及问题的处理方案等等关键词:CAN 总线;单片机;火灾报警器AbstractWith peoples growing awareness
6、 of fire prevention, fire alarm system, people also pay more attention. The traditional sense of the fire alarm system, in many cases by using RS-485 bus as the communication system, and take the temperature sensor to monitor the environment is a single, the use of glass ball sprinkler in the device
7、 to carry out the.This paper mainly studies the method of CAN bus fire alarm system design scheme and Realization Based on, to replace the traditional RS-485 bus with CAN bus, in order to solve the problem of poor anti-interference ability, alarm of slow response and low transmission rate of a serie
8、s of shortcomings on the fire.This paper is divided into five chapters, the first chapter is the introduction part, mainly introduces the research background, development situation at home and abroad, and the significance of the research; the second chapter is fire alarm system design part, mainly i
9、ntroduced the whole design of the system scheme; the third chapter is the fire alarm part of the hardware design of the system, mainly introduces the hardware design of the system in the master node and the node hardware design; the fourth chapter is the software design of the system of fire alarm,
10、mainly introduces the overall design of system software, the master node software design, communication module circuit design software CAN and from the software design; the fifth chapter is the system debugging fire alarm, mainly introduces the debugging process of the system problems and solutions.
11、Keywords:CAN bus; MCU; fire alarm江苏科技大学本科毕业设计（论文）VII目 录第一章 绪论 .11.1 本课题研究背景 .11.2 火灾报警系统的国内外发展现状 21.3 本文的研究意义 3第二章 灾报警系统的总体设计 42.1 系统设计内容 .42.2 系统设计要求 42.3 系统总体方案设计 4第三章 火灾报警系统的硬件设计 .83.1 主节点硬件设计 .83.1.1 LCD1602 显示器电路设计 .93.1.2 时钟电路设计 103.1.3 CAN 模块通信电路设计 113.2 从节点硬件设计 .123.2.1 温度传感器电路设计 123.2.2 可燃气
12、体及烟雾传感器电路设计 143.2.3 灭火装置电路 16第四章 火灾报警系统的软件设计 184.1 系统整体软件设计 .184.2 主节点软件设计 .184.2.1 LCD1602 显示屏的软件设计 194.2.2 时钟电路软件设计 204.3 CAN 模块通信电路软件设计 204.3.1 CAN 控制器的初始化 204.3.2 信号发送模块程序设计 214.3.3 信号接收模块程序设计 224.4 从节点软件设计 .234.4.1 温度传感器电路的软件设计 244.4.2 可燃气体及烟雾传感器电路的软件设计 254.4.3 灭火装置的软件设计 26第五章 火灾报警系统的调试 .285.1
13、主节点模块功能的测试 .285.1.1 LCD1602 显示屏功能的测试 285.1.2 时钟电路模块功能的测试 295.2 从节点模块功能的测试 .295.2.1 温度传感器电路功能的测试 305.2.2 可燃气体及烟雾传感器电路功能的测试 315.2.3 报警电路功能的测试 315.2.4 灭火装置功能的测试 325.3 CAN 模块通信功能的测试 335.4 火灾报警系统的综合测试 .34结 语 .37致 谢 .38参考文献 39江苏科技大学本科毕业设计（论文）1第一章 绪论1.1 本课题研究背景 随着我们社会的不断发展,人们的生活工作以及我们居住的环境愈来愈相对的集中,火灾发生的可能性
14、也变得日益突出,火灾给人们所造成的损失和危害也越来越不可忽视,对广大人民群众的生命财产安全造成了很大的威胁世界上很多国家都致力于各种各样的火灾报警系统的研究和实验,人们更加重视对火灾发生的及时发现与报警2011 年,我国公安部消防局公布了当年的全国火灾情况,全国共接到报火灾一共起,死亡人数一共 1106 人,受伤人数有 572 人,直接造成的财产经济损失有 18.8 亿元其中,尤其是在节日期间,燃放烟花原因所造成的火灾有所增多,还有建设施工的工地以及小作坊和小商店等场所火灾发生的数量较多,同时由于用电用火所引起的火灾,在火灾发生总量上仍然占据了比较大的比重统计数据显示,全国较大火灾共接报 76
15、 起,死亡 281 人,受伤 54 人,直接财产损失8468.2 万元,与 2010 年相比,死亡人数增加 3.3%全国公司厂房所发生的火灾 6779起;居民住宅一共发生了火灾有 48548 起;而用作仓储场所引起的火灾一共 5463 起,人口比较集中的场所所发生火灾 12471 起,因为交通工具事故所造成的火灾 13049 起;易燃易爆地方事故所发生的火灾 407 起;城乡火灾总量下降全国农村一共发生了火灾38469 起,死亡 349 人,受伤 154 人,造成直接财产损失有 39301.3 万元而城市已共引发火灾有 43171 起,死亡 331 人,受伤 196 人,造成的直接财产损失有
16、55330 万元;从以上统计数据可以看出,我国火灾情况不容乐观,因此,传统的火灾报警系统已经越来越不适应当今火灾发生的复杂情况了,而传统的火灾报警系统多采用 RS-485 总线作为通信方式,通信可靠性比较差所以现在各国更加注重,更加智能高效可靠的型火灾报警控制系统的开发 现代智能高效的火灾报警系统是一个将信号的检测传输以及控制集于一体的控制系统, 指引了当今智能火灾报警系统的发展方向 1随着我国科学技术的迅速发展和经济的快速增长, 市场上迫切需要一种容量更大 性能更加优越 可靠性更高,更加便于安装 使用以及维修的更加智能高效的火灾报警系统 1.2 火灾报警系统的国内外发展现状在国外,火灾自动报
17、警系统从发展过程来看,大体可分为 3 个阶段:第一阶段是用一些简单的分立元件构成的火灾自动报警系统,从 19 世纪四十年代一直延续到 20 世纪四十年代第二阶段从 20 世纪五十年代至七十年代,这期间感烟探测器得到了大力发展,感温火灾探测器处于次要地位第三阶段为总线型火灾传到自动报警系统从八十年代开始至今,总线型火灾自动报警系统蓬勃兴起,它同以前的产品相比有了很大的飞跃此外,国外还有许多比较发达的国家,已经具有了火灾的预防和报警扑救以及善后处理等等相当完善的消防体系每年政府都要拨出很大一笔专项资金,主要应用于消防设备的更新人员方面的培训以及消防设施的定期维护和升级比如美国,日本以及德国等比较发
18、达的国家,就已经采用了计算机与用户的终端传感器,抑或是和用户使用的终端信号采集器进行连接除此之外,他们还对火灾自动报警设备进行实时的监控,还有故障的远距离传输 2比如美国日本 加拿大澳大利亚以及英国等一些国家就在建设和使用城市的火灾自动报警监控系统技术方面,均有我们可以利用的成功经验的地方这些国家已经将他们的自动火灾报警作为了公共报警的手段成功地嵌入了监控系统,并且有效的运行了很多年使得他们的消防指挥中心可以快速而又准确地判断火灾发生的地点以及火灾发生的类型,这样使得消防部队能够在第一时间到达火灾发生的现场,在这其中,自动火灾报警监控系统起到了相当大的作用 除此之外,这些国家在火灾监控系统的管
19、理方面已经相当的规范,而且还专门成立了监控服务机构,该机构的主要责任就是保证火灾报警数据进行通畅的通信,对用户全面负责,为用户进行服务与此同时消防部队也可以收到可靠的火灾报警信号,从而此类服务机构也受到了消防部门是他们资质的审查和监督管理这种管理模式已经取得了很好的效果我们国家的火灾报警系统的出现和发达国家相比晚了有几十年的时间,我国从上世纪的七十年代,才开始真正的对火灾报警系统产品的生产和研制进入上世纪八十年代以来,国内主要的生产厂家也大都是对国外产品进行模仿,或者是引进国外先进的技术进行生产,而且我们并没有什么核心技术,与此同时中国的市场也刚刚萌芽 在九十年代以后,火灾报警的相关产品才真正
20、的得到发展随着改革开放的春风吹遍江苏科技大学本科毕业设计（论文）3祖国大地,国外越来越多的企业开始大规模的进军我国的消防市场,这些企业带来先进技术,与此同时也大大促进了中国市场走向成熟这一时期,我们国家的火灾报警产品科技含量得到了极大地提升,同时企业也得到了快速发展, 其中部分企业还和外资进行了合作,共同生产,取得了很大的成绩,从而造就了现今一大批市场上有实力的企业和商家,部分技术已经达到了国际领先水平 3 1.3 本文的研究意义 本文研究是基于 CAN 总线的火灾报警系统,现在我们传统的火灾报警系统大都采用 RS-485 总线本系统是使用温度传感器和气体烟雾传感器对现场环境相关的信息进行检测
21、而为了能够得到更加可靠稳定的通信,本文所研究的系统选用 CAN 总线我们现在使用的传统火灾报警,灭火执行装置很多情况下是采用物理控制方法,即当火灾现场的温度达到所设置的阀值后(火灾现场温度到达玻璃球封头的启动温度),玻璃球就会受热爆裂,然后洒水喷头开始工作喷水;本文所研究的火灾报警系统,是当某从节点处的气体烟雾浓度达到系统所设置的阈值,而火灾现场的温度还没有升高到使玻璃球炸裂的温度的时候,火灾报警系统执行装置的喷头,即开始工作喷水从而大大降低了因为系统执行装置运作不及时而造成的损失除此之外,本文所研究的系统所采集的信息是温度和气体烟雾浓度的数据,作为判断是否发生火灾的依据,从而避免了传统的单一
22、采集温度信息处理而造成的误判第二章 灾报警系统的总体设计2.1 系统设计内容随着人们防火意识的增强,火灾探测报警技术越来越受到人们的重视传统的火灾报警系统多采用 RS-485 总线通信方式,与之相比,CAN 总线具有突出的可靠性实时性和灵活性,本文主要研究基于 CAN 总线的火灾报警系统的设计方案及实现方法2.2 系统设计要求 本系统设计要求,选择合适的温度及烟雾传感器进行相关信息的采集,主节点和从节点之间通过 CAN 总线进行通信;系统可以对数据进行处理显示存储等功能,并且根据测量值可驱动灭火装置2.3 课题总体方案设计 本课题是基于 CAN 总线的火灾报警系统,系统的总体方案设计采用主从式
23、的结构,根据设计的要求,设计的主节点和从节点功能如下:(1)主节点:接收通过 CAN 通信传输过来的从节点采集到的相关信息,并通过液晶显示屏显示接收到的相应信息主节点主要包括以下功能模块:LCD 显示屏:显示从节点反馈的相关信息时钟电路:记录火灾发生的时间报警电路:当探测到的现场环境数据超过系统的阈值时触发报警电路(2)从节点:实时的采集现场环境的相关数据,实时的通过 CAN 通信反馈现场环境的温度和气体烟雾浓度,若发生火灾则控制执行装置(电机)的工作从节点主要包括以下功能模块:温度传感器:采集从节点现场环境的温度信号可燃气体及烟雾传感器:采集从节点现场环境可燃气体浓度和烟雾浓度信号执行装置:
24、当环境可燃气体浓度和烟雾浓度温度升高或超过阈值时,主节点发出报警的同时,执行装置受到从节点的控制而带动电机,进行灭火的模拟驱动(3)主从节点之间用 CAN 模块进行通信(4)根据各模块需要完成的功能以及实现的需要,设计系统的整体结构框图如下图所示:主节点图 2-1 系统整体设计框图从节点 1 从节点 2 。 。 。 。 。 。 从节点 NCAN 总线如上图所示，系统整体设计框图是由三大主体部分组成的，分别是：第一部分：主节点部分；第二部分：CAN 总线部分；第三部分：从节点部分。主节点和从节点之间是通过 CAN 总线进行通信的，也就是说，系统主节点和从节点是挂在 CAN 总线的两端的。江苏科技
25、大学本科毕业设计（论文）5主节点以及从节点功能框图如下:如上图所示,主节点是由单片机,LCD1602 显示器,时钟电路,报警电路,以及 CAN通信电路组成的单片机负责从节点传输过来的数据进行处理;LCD1602 显示屏显示相关的数据,比如温度,气体和烟雾浓度等等;时钟电路负责火灾报警系统报警的时间,以备事后查询;CAN 通信电路负责把从节点采集到的数据传输到主节点,它是主节点和从节点之间信息传递的桥梁如上图所示,从节点是由单片机,CAN 通信电路,灭火装置电路,可燃气体及烟雾传MCULCD1602 显示屏时钟电路报警电路CAN 通信电路MCU灭火装置电路CAN 通信电路可燃气体及烟雾传感器电路
26、温度传感器电路从节点功能框图图 2-3 从节点功能框图图 2-2 主节点功能框图感器电路,温度传感器电路等五大部分组成的其中,单片机负责处理采集到的数据;CAN 总线负责将从节点采集到的数据信息传输给主节点;灭火装置,负责火灾发生的时候,及时的进行灭火工作;可燃气体及烟雾传感器电路,负责现场环境可燃气体及烟雾浓度的收集;温度传感电路,负责现场环境的温度综上可知,当从节点反馈的现场环境数据超过系统设定的阈值的时候,触发报警电路,并且这个从节点控制灭火装置的执行,开始工作即电机带动进行灭火模拟在实际的应用中,主节点设置在值班室内,工作人员对其进行控制;而各个从节点则设置于楼房的走道及各房间处,与主
27、节点一起挂接在 CAN 总线上,以便随时向主节点发送信息 各从节点控制它上面的传感器和执行装置各传感器收集到现场的环境数据,及时的将信息传送给主节点,主节点将各从节点的信息显示在显示屏上,以便工作人员进行观测和控制江苏科技大学本科毕业设计（论文）7第三章 火灾报警系统的硬件设计 本章任务是对火灾报警系统的硬件进行设计,主要阐述了主节点和从节点的硬件设计在从节点的设计中,根据系统设计要求的分析,即通过传感器采集到现场环境的数据,实时的实现 CAN 通信传输到主节点上,设计出相应模块的实际功能,主要包括从节点上信息采集模块CAN 电路模块以及其他功能模块的设计3.1 主节点硬件设计主节点的功能模块
28、由微控制器 MCU(单片机)CAN 通信电路以及时钟电路报警电路液晶显示屏等外围电路组成各模块具体的硬件电路设计如下一一作出详细的阐述主节点和从节点,都用 80C51 单片机作为微处理器80C51 单片机是 MCS-51 的系列其中一种单片机,由英特尔公司开发,其结构是 8048 的一个延伸,更加优化 8048的性能,改善了它的缺点,除此之外,还增加了一系列的指令,比如比较(CMP)乘(MUL)减(SUBB)除(DIV)布尔代数运算 16 位数据指针等等指令与此同时,5 个中断源和串行通信能力也被增加到了其中 4以下是 51 单片机开发板上单片机弹簧座及扩展排针电路图图 3-1 单片机弹簧座及
29、扩展排针电路图3.1.1 LCD1602 显示器电路设计 液晶显示的原理是利用了液晶的物理特性,通过电压对其显示区域进行控制,有电就可以显示,因此就可以显示出了图形液晶显示器具有很多优点,比如厚度比较薄方便实现全彩色显示以及适用于大规模集成电路直接驱动的特点,目前液晶显示已经广泛应用于 PDA 移动通信工具数字摄像机便携式电脑等很多的领域 1602LCD 分为不带背光和带背光两种,基控制器大部分都是 HD44780,不带背光的比带背光的薄,是否带背光在应用中并没有什么差别 51602A 与单片机的以总线方式连接,其硬件连接图如图所示:图 3-4 LCD 硬件连接图 3.1.2 时钟电路设计为了
30、方便人们可随时查询火灾事故发生的时间,本系统设计了时钟电路主要用以记录相关时间信息随着人们对实时时钟的要求不断地提高,且在很多数据的记录方面需要提供对应的时间等相关的信息,因此实时时钟(Real-Time Clock)被广泛的应用于各种系统在没有系统电源的情况下,时钟芯片也能保持时间的走动,因此可以给系统提供准确的时间,来满足系统对时间各种各样的要求时钟芯片的接口分为并行和串行,不同的芯片要根据不同的情况进行设计本系统主节点采用的是 DS1302 时钟芯片江苏科技大学本科毕业设计（论文）9DS1302 是达拉斯公司推出的涓流充电时钟芯片,里面有一个实时时钟和日历以及 31 字节静态 RAM,可
31、以通过串行接口和单片机进行通信DS1302 工作时,将复位脚(RST)置为高电平,与此同时将命令信息和 8 位地址装入移位寄存器,这样就可以对任何传送的数据进行初始化数据在时钟(SCLK)的上升沿串行输入,前 8 位指定访问地址,命令字装入移位寄存器后,在之后的时钟周期,读操作时输出数据,写操作时输出数据 6DS1302 时钟电路,主节点时钟芯片工作原理图如图图 3-5 主节点时钟芯片电路图3.1.3 CAN 模块通信电路设计CAN 通信协议主要是通过 CAN 控制器完成的实现微处理器接口部分和实现 CAN总线协议部分的电路组成了 CAN 控制器对于不同型号的 CAN 总线通信的控制器,实现
32、CAN 协议部分电路的功能和结构大部分一样,但是和微处理器接口部分的方式和结构还是有所差异的CAN 模块与单片机电路通信电路如下:图 3-6 CAN 模块与单片机电路连接图3.2 从节点硬件设计从节点的功能模块由微控制器 MCU(单片机)CAN 通信电路以及可燃气体及烟雾传感器电路温度传感器电路等电路组成各模块具体的硬件电路设计如下一一作出详细的阐述3.2.1 温度传感器电路设计DSl8B20 是美国 DALLAS 公司生产的单总线数字温度传感器,它具有很多优点,比如它体积比较小功耗比较低,而且性能有很高,具有很强的抗干扰能力强,除此之外,它很容易和微处理器接口,以及适合各种不同的温度测控系统
33、等优点DSl8B20 功能特点如下:(1)采用单总线技术,与单片机通信只要一根 I/O 线,在一根线上挂接多个 DSl8B20(2)测温范围为-55到+125,在-10到 85范围内误差为0.5 (3)用户可自设定报警上下限温度(4)每只 DSl8B20 具有一个独有的不可修改的 64 位序列号,根据序列号访问对应的器件(5)低压供电,电源范围从 3V 到 5V,可以直接从数据线上进行窃取电源(寄生式供电),也可以本地供电(6)报警搜索命令可识别和寻址哪个器件的温度超出预定值江苏科技大学本科毕业设计（论文）11(7)DSl8B20 可将检测到的温度值直接转化数字量,并通过串行通信的方式与主控制
34、器进行数据通信(8)DSl8B20 的分辨率可由用户通过 E2PROM 设置为 912 位 11 DSl8820 的内部结构主要包括:64 位激光 ROM温度传感器单总线接口和寄生电源 8 位循环冗余校验码(CRC)发生器用于存储用户设定温度上下限值的 TH 和 Tl 触发器 存放中间数据的高速暂存器 RAM存储与控制逻辑等 7 部分 7DSl8B20 测量温度时使用特有的温度测量技术,将被测温度转换成数值信号,测量结果存入温度寄存器中温度和数字量的关系如表所示温度和数字量的对应关系温度 数字输出(二进制数) 数字输出(十六进制)+125 10000B 07D0H+85 10000B 0550
35、H+25.0625 10001B 0191H+10.125 00010B 00A2H+0.5 01000B 0008H0 00000B 0000H-0.5 11000B FFF8H-10.125 11110B FF5EH-25.0625 01111B FE6FH-55 10000B FC90H在下图中,DSl8B20 的 1 脚接地3 脚接电源,2 脚 DQ 是数据线引脚数据以串行通信的方式与 P3.7 口进行数据通信,将检测到的信号送给单片机图 3-7 DS18B20 与 80C51 的连接图 3.2.2 可燃气体及烟雾传感器电路设计MQ-2 气体传感器,具有比较广泛的探测范围,除此之外,它
36、还具有灵敏度高,响应恢复反应快速,同时,还具有稳定性强,寿命长,以及驱动电路比较简单等优点因此,它可以应用于家庭和工厂的气体泄漏情况的监测装置, 对一些可燃性气体,比如家庭常用的液化气,甲烷丁烷丙烷 氢气以及酒精烟雾等等都具有良好的探测效果 8 MQ-2 可燃气体及烟雾传感器模块原理图如下:江苏科技大学本科毕业设计（论文）13图 3-8 MQ-2 气体传感器原理图MQ-2 气体传感器相关规格参数:A. 标准工作条件B. 环境条件C. 灵敏度特性3.2.3 灭火装置电路本系统使用步进电机进行驱动灭火装置,当主节点收到由从节点传输回来的数据的时候,进行判断,如果气体和烟雾的浓度或者温度大于系统设定
37、的阀值的时候,系统就会报警,对灭火装置进行驱动本系统所使用的是 28BYJ48 步进电机,28BYJ48 步进电机是永磁式的减速步进电机,减速比为 1:64步进电机如下图所示,图 3-9 28BYJ48 步进电机示意图这个步进电机一共有五根引线,他们分别是:红色橙色和黄色以及粉色和蓝色等五种颜色其中橙色与黄色,以及粉色和蓝色四根接线依次是 ABCD 绕组的一端,红色引线是四个绕组的公共端步进电机有很多它的优势,比如通常不需要任何反馈就可以实现对速度以及位置的控制;不仅有能力和数组设备进行兼容, 可以对数字信号进行直接的接收,而且位置误差也不会积累起来除此之外,还可以实现快速启停等等 9步进电机
38、的品种规格十分丰富, 按照它们不同的工作原理和结构可以划分为以下四种主要型式,分别是特种电机,磁阻式电机,永磁式电机和混合式电机它不使用江苏科技大学本科毕业设计（论文）15位移传感器就可以实现定位的精确, 因此被广泛的应用到精确定位系统中目前很多领域,比如说传真机数控机床打字机等设备中都大量使用了步进电机 16本系统中使用 L298N 双 H 桥直流电机驱动板的目的是,为了提高系统的 I/O 口的载流量因为 80c51 单片机的 P0P1P2P3 的口线,只有 10 毫安的输出驱动能力,但是 28BYJ48 步进电机在工作的时候所需要的电流需要几百毫安所以在 I/O 口必须得增加功率驱动芯片L
39、298N 芯片驱动部分峰值电流 2000 毫安,完全符合设计的要求L298N 双 H 桥直流电机驱动芯片的驱动部分端子供电范围 Vs:+5V+35V ; 如果需要板内取电,则供电范围 Vs:+7V+35V,驱动部分峰值电流 Io:2A;逻辑部分端子供电范围 Vss:+5V+7V(可板内取电+5V);逻辑部分工作电流范围:036mA;控制信号输入电压范围:低电平:-0.3VVin1.5V,高电平:2.3VVinVss;使能信号输入电压范围:低电平:-0.3Vin1.5V(控制信号无效),高电平:2.3VVinVss(控制信号有效);最大功耗:20W(温度 T=75时);存储温度:-25+130;
40、驱动板尺寸: 48mm*43mm*33mm(带固定铜柱和散热片高度);驱动板重量:33g;其他扩展:控制方向指示灯逻辑部分板内取电接口 10以下是步进电机和 L298N 双 H 桥直流电机驱动板的原理连接图:图 3-11 步进电机和 L298N 双 H 桥直流电机驱动板原理连接图第四章 火灾报警系统的软件设计 本章工作主要围绕基于 CAN 总线火灾报警系统软件的设计展开首先根据系统设计所需要完成的整体实现的功能,从而开发出系统各个部分的设计软件流程图然后根据各部分的流程图,结合主节点和从节点所实现的功能再对主从节点进行详细的软件设计,进一步完善设计节点上各功能模块以及 CAN 通信的软件程序4
41、.1 系统整体软件设计 本系统的软件设计,主要分为主节点的软件设计CAN 模块通信的软件设计从节点的软件设计等三大部分整体实现从节点对现场相关数据的采集与传送,主节点的显示与报警,并控制执行装置工作等功能为了确保系统能够正常的工作,每次上电时,需要对主节点和从节点进行初始化从节点将采集到的现场环境相关的数据信息通过CAN 通信传输到主节点,而主节点则通过从节点传输过来的信号数据是否超过传感器的阈值,来判断是否发生了火灾以此同时,把发生火灾的相关信息显示在显示屏上,同时控制其执行装置进行工作4.2 主节点软件设计 设计主节点的整体软件流程如下图所示:图 4-1 主节点整体软件流程图接收从节点信息
42、开始在 LCD 显示相关信息发生异常显示并保存相关信息否是江苏科技大学本科毕业设计（论文）17当从节点将采集到的现场环境的相关信息数据通过 CAN 实现通信传输给主节点的售后,此时,相关的信息会在主节点的显示屏进行显示出来当判断有异常情况发生时,显示屏上显示出异常情况,并触发报警电路,以提示工作人员4.2.1 LCD1602 显示屏的软件设计 液晶模块需要显示的内容有:从节点采集到的环境温度环境的烟雾和气体浓度以及火灾发生的时间液晶屏工作流程图如下:图 4-2 液晶屏工作流程图如上图所示,液晶屏工作的流程图,首先对 LCD 进行初始化,其次进行延迟,然后对液晶屏进行设置第一行显示的位置,显示的
43、内容是烟雾气体的浓度,之后对第二行显示位置进行设置,并显示的内容是温度,最后结束,这就是液晶显示屏一个整体的工作流程4.2.2 时钟电路软件设计 以下是 DS1302 时钟电路流程图,从图上看出,首先对 DS1302 进行初始化,其次读取开始LCD 初始化延时设第一行显示位置设第二行显示位置显示烟雾气体浓度显示温度结束DS1302 时间,然后是显示时间,显示时间之后,再次返回到读取时间的那一步,进行循环往复,记录火灾发生的时间,以备事后查询询 .图 4-3 DS1302 时钟电路流程图4.3 CAN 模块通信电路软件设计火灾报警器系统中 CAN 总线通信软件设计的任务是:实现主节点和从节点之间
44、可靠的通信CAN 应用节点的程序设计主要分为 3 部分: SJA1000 初始化程序信号发送程序 信号接收程序4.3.1 CAN 控制器的初始化 初始化设计在 CAN 总线系统设计中十分重要,特别是对 CAN 控制器的初始化尤为重要在系统正常工作之前,微控制器要对 SJAl000 进行初始化,以保证系统的各部分之间能进行正确的数据交换微控制器和 SJA1000 间的状态命令和控制信号的交换都是在控制段内进行完成的初始化加载以后, 寄存器的接收屏蔽接收代码和总线定时寄存器 0 和 1 以及输出控制就不能改变了 12SJA1000 共有 2 种工作模式: 工作模式和复位模式当硬件复位或控制器掉电的
45、时候,就会自动进入复位模式,SJA1000 只有在复位模式下才能被初始化初始化主要包括工作方式的设置接收滤波方式的设置接受屏蔽寄存器(AMR)和接收代码寄存开始DS1302 初始化记录火灾发生时间时间显示时间江苏科技大学本科毕业设计（论文）19器(ACR)的设置波特率参数设置和中断允许寄存器(IER)的设置等在初始化完成以后, CAN 总线就可以开始进行数据的接收与发送工作, 其初始化流程图:CAN 初始化流程图 图 4-4 CAN 初始化流程图4.3.2 信号发送模块程序设计 发送信号报文是通过信号发送模块实现的节点报文的发送主要是通过发送子程序执行的,在发送的时候,只需要把待发送的数据按照
46、特定的格式组成一帧报文,把它传输到 SJAl000 的发送缓冲区当中之后,再启动 SJAl000,进行发送就可以了发送程序分发送远程帧和数据帧两种 11.开始进入 CAN 控制器复位模式TXDC 脚（P1.1 ）配置与 CAN 有关的中端配置CAN 位定时的配置验收滤波器的配置选择操作模式，推出 CAN 控制器复位模式结束是否使用 CAN 中断？NY开始位置发送请求位图 4-5 SJAl000 发送程序流程图4.3.3 信号接收模块程序设计 采用中断方式接收数据的流程下图所示SJA1000 已接收一组报文, 而且报文已通过验收滤波并放在接收 FIFO 缓冲器中, 那么将会产生一个接收中断这个时候,AT89C51 可以很快的起到作用, 将自己收到的报文传输到自身报文存储器之中随后,通过置位命令寄存器的相应标志位 RRB, 发送一个释放接收缓冲器的命令在释放了接收缓冲器之后,SJA1000 开启所有中断, 等待接收下一组的报文 14采用中断方式接受数据的流程图如下:结束发送 TX 帧信息发送数据发送 TX 识别码发送完毕否是开始关闭所有中断接收中断
