第９卷第７期；２００７年７月ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｍｐｏｎｅ；Ｖｏｌ．９Ｎｏ．７；Ｊｕｌｙ．２００７；基于ＣＡＮ总线的电气火灾监控系统设计；费杰，朱琦，袁佑新，阮琼；（武汉理工大学自动化学院，湖北；武汉；４３００７０）；要：介绍了基于ＣＡＮ总线的火灾监控系统的设计方法；及漏电流信号进行检测，并可实时显示和报警；关键词：电气火灾监控系统；火灾探测；ＣＡＮ总线
第９卷第７期
２００７年７月ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｍｐｏｎｅｎｔ＆ＤｅｖｉｃｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
Ｖｏｌ．９Ｎｏ．７
Ｊｕｌｙ．２００７
基于ＣＡＮ总线的电气火灾监控系统设计
费杰，朱琦，袁佑新，阮琼
（武汉理工大学自动化学院，湖北
４３００７０）
要：介绍了基于ＣＡＮ总线的火灾监控系统的设计方法，该监控系统可对三相电流信号以
及漏电流信号进行检测，并可实时显示和报警。还可通过ＣＡＮ总线进行网络通信以完成分布式远程控制和故障诊断功能。
关键词：电气火灾监控系统；火灾探测；ＣＡＮ总线；电流检测
在各类建筑及其它领域中广泛安装电气火灾
对电信号进行采样，并进行信号调理、电压跟随和光电隔离，并将０～５Ｖ的标准信号送入ＡＤ转换器。ＡＤ转换器选用ＴＩ公司的１２位ＡＤ转换器
监控器能有效预防和减少漏电引起的电气火灾。应用电气火灾监控在线检测技术，也可长年不间断地检测用电线路的过电流、漏电流等参数，随时掌握电气线路或电气设备的火灾危险和异常状态，及时发现并消除电气线路的火灾隐患，防患于未然，保护国家和人民生命财产安全。
ＴＬＣ２５４３。
２支路控制器的设计
本系统中的支路微处理器选用的是Ｐｈｉｌｉｐｓ公
司的ＬＰＣ９３２Ａ１单片机。这是一路基于８０５１内核的高速、低功耗８位单片机，其指令执行时间只需２～４个时钟周期（６倍于标准８００５１器件）。支路控制器的系统结构框图如图２所示。
该支路控制器采用精密电阻对ＩＡ、ＩＢ、ＩＣ、
１电气火灾监控系统的组成
电气火灾监控系统由电气火灾集中控制器、
主控制器、支路控制器、以及信号采集调理等部分组成。其系统组成框图如图１所示。本电气火灾监控集中控制器采用带触摸屏的嵌入式工控机，人机界面使用ＭＣＧＳ组态软件，并采用ＣＡＮ总线与电气火灾主控制器进行通讯。主控制器主要完成键盘输入，并对支路控制器传输的数据进行处理，同时将各支路状态发送给集中控制器，然后在ＬＣＤ实时显示被监控线路的各种运行状态及参数，并准确记录被监控线路运行状态的变化、故障特征、故障地址、时间等历史数据。支路控制器主要负责Ａ／Ｄ转换，并进行数字滤波，比较分析线路的过电流、漏电流等状态特征，以便做出相应的预警、报警、脱扣等动作，并与主控制器通过Ｉ２Ｃ总线完成双向通信。信号采集及调理部分采用高精度电流互感器、漏电流互感器来
收稿日期：２００６－１０－１２
支路控制器系统结构框图图１
系统组成框图
ＩＮ四路电流互感器的电流信号进行取样并放大，
然后采用精密整流电路将交流电压信号转换为直流电压信号，再经单片机处理后将信号通过Ｉ２Ｃ总线传输至主控制器。
由于现场各种干扰因素较多，因此，支路控制器软硬件设计必须考虑抗干扰问题。抗干扰设计主要包括电源抗干扰设计、单片机抗干扰、过程通道抗干扰设计、印刷电路板及电路的抗干扰设计和软件的抗干扰设计等。其中系统电源采用
ＬＣＤ显示界面组成框图
不同优先级，来满足不同的实时需要。通讯介质采用双绞线，无特殊要求，用户接口简单。
本系统的ＬＣＤ显示界面结构组成如图４所示。通过系统监控界面可以滚动的形式查看实时电流数据的显示。用户通过系统设置界面可以设置当前时间以及支路控制器的地址。同时可以添加、删除支路，并对支路的预警电流值、报警电流值、电流互感器变比、预警延时时间、报警延时时间进行设置。通过设置延时时间可以防止系统误动作。而通过查询历史数据界面可以查询报警原因、报警时间以及报警的通道编号等。
ＤＣ－ＤＣ变换器来提供稳定的±１２Ｖ和５Ｖ直流电
压，并采用高速光耦６Ｎ１３７来对信号进行隔离，而在软件设计中加入数字滤波器可进一步提高系统的抗干扰能力。
３主控制器设计
本火灾监控系统的主控制器由声光报警、键
盘及液晶显示、ＣＡＮ总线控制器、外部Ｆｌａｓｈ和时钟／日历发生器等部分构成。主控微处理器选用的是Ｐｈｉｌｉｐｓ公司生产的Ｐ８９Ｖ５１ＲＤ２单片机。主控制器主要采集各支路控制器传输的ＩＡ、ＩＢ、
４系统软件的设计
本监控系统软件的设计流程图如图５所示。
ＩＣ、Ｉｎ等参数和故障特征数据，并在ＬＣＤ上实时
显示，同时通过ＣＡＮ总线传输给集中控制器。此外，主控制器还将各支路控制器的运行状态用相应的双色发光管显示；当有通道出现报警信号时，主控制器驱动蜂鸣器报警并将实时故障数据保存至Ｆｌａｓｈ。主控制器的结构框图如图３所示。
本系统的ＣＡＮ接口硬件主要采用ＣＡＮ独立控制器ＳＪＡ１０００和ＣＡＮ收发器ＰＣＡ８２Ｃ２５０来实现。
当系统启动并初始化后，主单片机即开始对支路进行参数设置，以设置电流互感器变比、报警和预警延时时间，然后每隔５０ｍｓ接收一次各支路板的实时数据。当ＩＡ、ＩＢ、ＩＣ、Ｉｎ通道电流超过设定电流值时，支路单片机将驱动继电器以将通道状态传送给主控制器。
ＣＡＮ总线技术属于现场总线的范畴，具有较强的
纠错能力，且能支持差分收发，因而适合高噪声环境，并具有较远的传输距离；因此，ＣＡＮ协议对许多领域的分布式测控系统都很有吸引力，特别适合于小型分布式测控系统。ＣＡＮ总线可以多主机方式工作，网络上的任意节点都可以在任意时刻主动向网络上其他节点发送信息。可以分为
图５主控制器系统流程图
主控制器系统结构框图
在对本系统进行的现场实验中，（下转第３５页）
图５上位机软件总体任务示意图
首先可对前四组８个温区进行加热，然后再对第五、六、七、八组上下８个温区加热，后８个温区在未加热前就有温度上升，原因是从前８个温区具有传过来的热量，从图６可以看出，该系统的控温效果较好，控温精度能达到±０．８％以内，完全能够满足实际工程的需要。
现场实际运行温度曲线
生，完全可满足无铅焊接的温度和温差要求，因而具有较大的社会和经济效率。
Ｃ８０５１Ｆ００５是一种高速、高集成、高精度和
ＳｉｍｏｎＪＡｒｂｉｂ．Ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇｔｈｅｒｅｆｌｏｗｓｏｌｄｅｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＰａｃｋａｇｉｎｇａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，１９９９，（２）：９３－９６．
低功耗的微处理器，它有与８０５１指令集完全兼容的ＣＩＰ－５１内核。事实上，基于该处理器的多温区测控系统经过改进后，系统一直运行稳定。现场运行结果表明：该系统具有很好的抗干扰能力和很强的稳定性和可靠性。实际运行中的控温精度可达０．８％。该系统在全世界无铅焊接的要求下诞
（上接第３１页）
［３］［２］
李敏．热风回流焊机温度控制的软计算建模与系统设计［长沙：中南大学，２００５．Ｄ］．
潘琢金，孙德龙，夏秀峰．Ｃ８０５１Ｆ单片机应用解析［Ｍ］．北京：北京航空航天大学出版社，２００２．
三相电流互感器选用瑞泰电子的ＣＴ－２０００电流互感器，漏电流互感器采用ＣＴ－８００Ｌ电流互感器，并使用ＭＡＳＴＥＲＴＥＣＨ的ＭＳ２００７Ｂ漏电流钳形表进行电流测量，其实验数据如表１所列。
实验表明，本系统具有精度高，安全可靠，误报率低，操作维护方便等特点，可用于大型建筑的电气防火需求。
第１组实验结果测量电流值显示电流值第２组实验结果测量电流值显示电流值第３组实验结果测量电流值显示电流值
［１］［２］［３］
阳宪惠．现场总线技术及其应用［北京：清华大学出Ｍ］．版社，１９９９．
方舟．ＦＺ电气火灾监控系统设计指南［Ｒ］．武汉华天世纪科技有限公司，２００６．
周立功，等．ＬＰＣ９００系列Ｆｌａｓｈ单片机应用技术（上册）广州周立功单片机发展有限公司，［Ｒ］．２００３．
实验数据列表
Ｂ相通道（ＩＢ）
８０．６Ａ７９ＡＢ相通道（ＩＢ）１２０．３Ａ１２１ＡＢ相通道（ＩＢ）１５０．７Ａ１５２Ａ
Ｃ相通道（ＩＣ）
８０．８Ａ８０ＡＣ相通道（ＩＣ）１２０．９Ａ１２０ＡＣ相通道（ＩＣ）１５０．４Ａ１４８Ａ
Ｎ相通道（ＩＮ）
１０７ｍＡ１０５ｍＡＮ相通道（ＩＮ）
１１０ｍＡ１０７ｍＡＮ相通道（ＩＮ）
１２２ｍＡ１２０ｍＡ
Ａ相通道（ＩＡ）
８０．５Ａ７９ＡＡ相通道１２０．７Ａ１１８ＡＡ相通道１５０．２Ａ１４９Ａ
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剩余电流式电气火灾监控能够探测用电回路的剩余电流，如果越限发出声光信号报警，能在规定时间内切断供电回路（可以设置为不切断），以保证安全用电。&
HRLB-F-4电气火灾监控探测器产品描述：
电气火灾监控系统采用人性化的设计理念，把过去对电气火灾的消极防范变为主动预防，对配电回路的剩余电流、过电流、温度进行实时检测，集检测、报警、控制和记录等功能于一体，将传统电气技术、电子信息技术、计算机技术和现代控制技术完美结合起来，是具有智能化分析能力的新型电气火灾监控系统。适用于各类大型建筑、人员密集场所，是预防电气火灾的有效措施之一，能有效防范和减少火灾事故的发生。
剩余电流式电气火灾监控探测器集剩余电流检测、预警、报警及通讯等多种功能于一体，且具有智能化分析能力的新型。当供电设备发生电气事故时，探测控制器能发出报警声及时提醒工作人员检查故障，排除可能发生的电气隐患，防止事故发生。
剩余电流式电气火灾监控探测器适用于小区楼房、医院、图书馆、机房、集贸商场、公众文化娱乐场所、餐厅旅社、集体宿舍、学校、文物保护单位、工厂车间、普通仓库等区域用电安全保护。但不适用于易燃易爆和强腐蚀性环境。
剩余电流式电气火灾监控探测器既可以为相对独立的用电区域作保护而单独安装，也可以联网组成电气火灾监控报警系统。
HRLB-F-4剩余电流式电气火灾监控探测器执行国家标准GB 5。
电气火灾监控系统采用人性化的设计理念，把过去对电气火灾的消极防范变为主动预防，对配电回路的剩余电流、过电流、温度进行实时检测，集检测、报警、控制和记录等功能于一体，将传统电气技术、电子信息技术、计算机技术和现代控制技术完美结合起来，是具有智能化分析能力的新型电气火灾监控系统。适用于各类大型建筑、人员密集场所，是预防电气火灾的有效措施之一，能有效防范和减少火灾事故的发生。1、实时监测
剩余电流式电气火灾监控探测器能够实现中文实时监测受控回路剩余电流，并实时显示。
2、报警保护功能
剩余电流式电气火灾监控探测器能够探测用电回路的剩余电流，如果越限发出声光信号报警，能在规定时间内切断供电回路（可以设置为不切断），以保证安全用电。
3、预警功能
剩余电流式电气火灾监控探测器具有预警功能，当受控回路中的剩余电流达到事先设定的预警值时，只发出预警光信号。使操作人员可以及时处理配电主回路的异常情况，减少不必要的跳闸与避免故障的发生。
4、通讯功能
剩余电流式电气火灾监控探测器配有CAN总线通讯接口。通过CAN总线可以与本公司的监控设备主机进行组网通讯，实现远程管理、维护、控制。
HRLB-F-4剩余电流式电气火灾监控探测器产品性能特点：
1、 网络化实时监控配电回路
2、 隐患预警、超前主动防护模式
3、总线通信距离超远程
4、声光及语音提醒报警，智能监控
5、大屏幕彩色动态图文显示
6、 漏电电流、温度实时测量、显示、记录
7、 主动防护，故障报警，及时切断
8、 保护参数智能整定
9、 自动巡检，提高系统可靠性
10、灵活的集散监控方案：楼层、区域、监控器三种监控模式
11、电池开路、短路保护
12、输出信号线开路、短路保护
13、故障自复位
剩余电流式电气火灾监控探测器产品设计特点：
☆ 完全满足国标《监控器》的要求；
☆ 用于实时显示并控制防火门打开、关闭及故障状态，与火灾自动报警系统或消防联动控制器通信联动，自动远程控制关闭常开防火门；
☆ 可管理32台防火门监控器分机，嬫活构建大容量防火门监控系统，适应现代建筑复杂多变的要求，通信容量为监控管理1x32x128=4096樘防火门；
☆ 可直接管理（不能过分机）128台终端执行机构，监控防火门打开、关闭及故障状态，为终端执行机构集提供24V安全电压供电，有效保证系统的稳定性、安全性；
☆ 与ZXC防火门门磁开关之间采用消防二总线通信及供电，仅使用一对NHRVS-2x1.5mm2通信线，节省了施工线缆成本，给现场施工和后期维护带来极大的便利；
☆ 系统采用CAN总线作为通信平台，结合中消恒安专用通信协议作为保障，保证系统在各种电磁环境下可靠稳定的运行。
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