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1 前言

隨著人們生活水平的提高，人們對住宅的居住環境的要求不斷提高，除了綠化、房屋結構、人文環境之外，更崇尚追求高科技的生活方式。與此同時，現代計算機技術、通訊網絡技術和自動控制技術的飛速發展又為人類實現更加理想化的生活提供了可能，智能小區應運而生了。在智能小區內安裝智能型火災報警控制系統是必不可少的。火災自動報警系統是樓宇自動化的一個主要構成系統。其設置目的是為了防止和減少火災危害．保護人身和財產安全。

目前國內外先進的通用火災報警(聯動)控制器均是集報警和消防聯動控制于一體的智能火災自動報警系統，可以將掇洲器件收集的煙、溫、光等信號以模擬量形式，連同外界相關的環境參數一起傳送給報警器，報警器再根據獲取的數據受內部存儲的大量數據．利用火災模型判斷火災足否存在，以及啟動相關消防聯動設備，這種智能化的系統在提高火災判斷、監控能力的同時，對總線傳輸也提出了更高的要求。

CAN總線是一種有效支持分布控制或實時控制的串行通信網絡。在各種工業現場總線中CAN總線以成本較低、速度快、實時性、可靠性較高的特點適應于現代汽車電子、醫療、軍事等領域的產業。CANopen協議定義了應用層和通訊子協議，為可編程系數、不同器件、借口及應用子協議定義了幀狀態。為現場總線的全數字分布控制系統的廣泛應用以及把系統一體化管理提供了有效的方案。CANopen協議是基于CAN串行總線系統和應用層CAL的高層協議。CAL提供了網絡管理服務和報文的傳送協議。CANopen在CAL基礎上使用了CAL通訊和服務協議子集的一種實現方案，在保證網絡節點互用性的同時，允許節點的功能隨意擴展。在嵌入式系統用用的發展，許多總線已經不能滿足高性能、高實時性系統的要求，CAN總線是當前比較有希望成功的。

2 系統的組成及特點

CAN（Contro lArea Network）總線屬于一種應用比較廣泛的現場總線，與以太網等管理及信息處理用的網絡不同，是一種專門用于工業自動化領域的網絡。它采用了最新的技術和獨特的設計，，可靠性高，其物理特性和網絡協議特性更強調工業自動化的底層監測及控制，可以實現點對點、一點對多點及全局廣播幾種方式傳送接收數據。CAN節點在錯誤嚴重的情況下，具有自動關閉總線的功能，不至于影響總線上的其它節點。本文提出了一種基于CAN總線的用于智能小區的智能型火災報警系統的設計方法。

CAN屬于現場總線的一種，主要用于各種過程檢測及控制，現已成為ISO—11898國際標準。它是信號傳輸全數字、控制功能全分散、標準統一全開放的概括可與Internet互連構成多層次的復雜網絡，使得CAN可以成為應用于大型火災報警網絡系統的現場總線。

圖1 系統網絡組成原理圖

CAN總線有以下特點：

(1)CAN可以是多主方式工作，網絡上任意節點可以在任意時刻主動向網絡上其他節點發送信息。

(2)CAN網絡上的節點可以分為不同優先級，滿足不同實時需要。

(3)CAN可以點對點、點對多點、點對網絡傳送信息，通訊距離最遠l0km(速率5kb／s）。

(4)CAN采用帶CRS校驗的短信息結構，傳速快，抗干擾性強。

(5)通訊介質采用雙絞線，無特殊要求，用戶接口簡單。

(6)CAN節點在嚴重錯誤情況下，具有自動關閉功能，不會影響總線上其他節點操作。基于CAN總線的火災報警(聯動)網絡系統是由智能火災自動報警控制器與智能型探測器和模塊配套，采用全總線機制，軟件編程，分布式控制方案，使該系統成為集監視、報警、控制于一體的智能火災報警(聯動)網絡，為解決火災自動報警系統存在的漏報和錯誤兩大難題提供了新的方法和手段，既提高了系統的準確性、可靠性，又為工程設計、施工布線提供了極大的方便。系統網絡組成原理如圖1所示。

CAN總線因為具備眾多優點，也導致了在設計CAN火災報警(聯動)網絡協議時需要注意的事項頗多。作為火災報警(聯動)系統，它所需要傳輸的信息包括：火警、故障、聯動、恢復、顯示、復位、自檢、動作等多種命令。如何分配這些命令的優先級，并使所有的感應時間滿足相關國家標準，成為構建整個網絡的技術難點和關鍵。

本系統采用了一套上主機巡檢加下位機搶斷的網絡協議，特點包括：

(1)以最新的CAN2.0A／B協議為基礎，采用巡檢網絡，下位網絡上的每個節點必須以上位機發送“節點查詢”，即以遠程幀為準，巡檢到某節點，如果該節點一切正常，就回答“節點正常”。

(2)如果該節點的終端設備有故障、聯動、返回、恢復等情況上報時，節點只能在遠程幀巡檢到自己時與上位機建立聯系，實現通信，其他時間不能搶占總線。

(3)為了體現火警優先的原則，總線上的任意節點如果有火警要上報，只要檢測到CAN總線上有遠程幀就可以搶占總線，無論當前巡檢到哪個節點。若兩個火警同時搶占總線，以CAN總線規則——地址較小的火警具有較高的優先級。

3 系統硬件設計

系統中每個節點通過火災報警控制器、CAN總線控制器、CAN收發器連接通訊。火災報警控制器接收信息并完成火災判斷、聯動等功能；CAN控制器用于各節點之間的數據傳遞；CAN收發器增強了控制器的驅動能力，保證了火災報警控制器之間的通訊距離。

發送數據時，火災報警控制器把需要傳送的數據寫入CAN控制器的發送緩沖區，啟動發送，數據即通過CAN收發器發送到總線上；接收數據時，CAN控制器通過CAN收發器從總線上接收數據，處理后存人接收緩沖區，并給出接收中斷信號。這時，火災報警器就可以從CAN控制器的接收緩沖區取走數據。

3.1 用戶端自動報警器的硬件設計

用戶端自動報警器是本課題的設計重點，它是利用無線通訊技術和帶CAN控制器的單片機的控制技術，開發出來的一種具有聯網功能的報警器，主要完成現場火情信號的采集，是基于CAN總線的三級智能火災報警系統的重要組成部分之一。它主要包含前端探測器、編解碼電路、自動撥號電路和語音報警電路組成。

3.2 區域控制器的硬件設計

區域控制器主要用于樓宇的一個區域用戶端自動報警器的信息管理和控制，在系統運行時，等待中央控制器的不間斷查詢，并對用戶端自動報警器進行監控，并將報警數據上傳到中央控制器，從而實現主控計算機機與用戶端自動報警器之間的通訊，同時為方便管理和擴展系統提供一種有效的方法。采用區域控制器使整個系統更易擴展，便于系統的調試、維修和管理。區域控制器是用來連接中央控制器和用戶端報警器的橋梁，它解決了智能小區節點分散、數據量大的問題，使得管理中心更加容易控制其內部的每一個用戶。

區域控制器選用Intel的89S52單片機芯片為控制核心，在其與用戶端報警器相連的CAN端口側，安裝了CAN總線收發器，以及光耦隔離防干擾裝置，解決了與用戶端報警器之間的信號交換問題。而與中央控制主機相連的CAN端口側，同樣安裝了CAN總線收發器，解決與中央控制主機之間的信號交換問題。另外，加入防破壞識別模塊和報警器模塊可使物業監控主機及時發現對區域控制器線路的人為破壞，并及時修復。

3.3 中央控制器的硬件設計

中心中央控制器是主控計算機與區域控制器之間的橋梁、紐帶，負責主控計算機與區域控制器之間的指令、數據的存儲與傳輸。智能小區的每個房間都安裝一個用戶端自動報警器，因此不止需要一個區域控制器，由于通訊距離、速度和質量的限制，不可能每一個區域控制器都和主控計算機之間直接進行指令和數據的通訊，所以采用中央控制器作為中間橋梁，將區域控制器的報警信息等數據事先存在中央控制器，等待主控計算機查詢。

中央控制器組成結構和區域控制器類似。不同的是中央控制器主要完成主控計算機的RS-232信號和區域控制器的CAN信號之間的轉換，它是主控計算機和區域控制器之間的橋梁，是數據的中間存儲站。

4 系統軟件設計

系統軟件由監控軟件和功能軟件構成，其中最關鍵的是通訊軟件。

監控軟件主要進行初始化工作，循環掃描輸人模塊，并利用火災判據對輸人信號進行判斷。即系統上電復位后，依次進行單片機初始化、顯示初始化和CAN初始化，隨后讀取輸人的模擬量數據，將此數據信息與已設定的火災判據進行分析比對，判斷是否有險情。

圖2 CAN中斷服務程序框圖

通信軟件分為CAN初始化、數據發送和數據接收。

(1)初始化

在開機和復位后，需要對CAN總線控制器進行初始化，通過對總線控制器的寄存器寫人控制字從而確定其工作方式。初始化時，首先給CAN控制器發出復位指令，然后給其相關的寄存器寫人相應的控制字。

(2)CAN控制器的發送與接收功能均可借助其中斷服務執行，如圖2所示。

5 結論

本系統采用了非常有發展前途的CAN總線技術，利用其靈活、直接的數據交換方式及高可靠性和高速率、傳輸距離較長等優點，實現基于CAN總線的數據收發和與主機的通訊，構建出智能火災報警(聯動)網絡系統的設計基礎，該智能火災報警系統在前端火災探測部分采用多元無線報警的方案，這樣可以大大的減少誤報率和漏報率，提高了系統的可靠性，同時不需另外接線，實現了最優的性能價格比和最廣的應用覆蓋面，提高產品的競爭能力，擴展方便。本系統已應用在樓宇火災報警與聯動控制實踐中，并取得了較理想的效果。