基于CAN总线的消防网络研究
摘要
随着国民经济的发展和城市化进程的不断加快，城市建筑规模不断扩大，种类越来越多，高度也不断增加，功能越来越全面，因而设计也趋于复杂化，随之而来的火灾事故影响的全面性和综合性的特点也越来越明显，损失也越来越大。
目前，在各建筑物内安装的火灾探测报警系统及消防设施，虽然也在发现火灾警情和预防火灾方面发挥了重要作用，但在实际使用的过程中这些消防系统在产品质量、设备管理、警情处理等方面问题比较突出，已经严重影响了火灾探测报警设备功能的正常发挥。尤其当前消防网络系统中通信协议无统一标准，造成消防市场比较混乱，消防自动化系统并未纳入楼宇自动化系统中，难以及时发现消防设备的隐患，更加是迫切需要解决的问题。
为了解决这一问题，本文提出了基于CAN总线的消防网络系统。CAN总线由于采用了许多新技术及独特的设计，它的数据通信具有更突出的可靠性、实时性和灵活性。CAN总线消防网络容易和楼宇自动化系统有机结合起来易于实现对消防网络终端设备的实时检测，使系统更加安全可靠。
本研究分为两大部分。第一部分是CAN总线系统智能节点的设计，以AT90CAN32作为传感器的主控单元，通过智能节点实现对底层传感器的数据采集。第二部分CAN总线消防网络设计，以AT90CAN128作为消防主机，负责通过中继器和智能节点通信，及时搜集智能节点采集的消防传感器数据，并和上位PC机进行通信，由上位PC机通过组态软件对消防主机进行管理。
本文详细论述了CAN总线消防网络系统的基本原理、CAN总线系统智能节点的设计和消防主机的设计。通过组态软件实现上位PC机与消防主机的通信，进而控制消防联动设备。
本文研究涉及单片机、网络通信、工业控制系统、PLC等方面的知识，将CAN总线技术应用到消防网络中，易于实现对火灾报警系统和智能楼宇系统的联接，实现数据共享，并对底层消防设备实时监控，具有较好的参考价值。
With the development of the city construction, the fire happening chance isincreasing continuously. Currently, a fire probe installed in each building and the firealarm facilities have played an important role in discovering a fire and preventing afire in earlier period. But because of the product's poor quality and equipmentsmanagement, the fire alarm system can not have an effective function. To the firealarm industry, how to make the computer data communication technique applied to afire probe in order to report to the police system in time, so that make use of thenetwork protocol and use of a social information resources well, exchange the systeminner part and the data information of the exterior in time, and to constitute a city ofdynamic state, the community of having a fire probe of the multilayer to report to thepolice rescue management the service network information system, is the topic thatneeds to be solve at present. The communication protocol don't unify in current firefight network system and the building automation system don't bring into with the firefight system is the problem that needs to be resolve urgently more.
With these problems, the thesis issues the fire alarm and control. System basedon CAN Bus. The CAN Bus has many new design concepts, and these concepts arehelpful to advance the system's real-time control, stability, flexibility, reliability, etc.
The paper involves two parts. The first part mainly introduce the design ofintelligent node based on CAN Bus. By using AT90CAN32 single chip computer ascontrol node, the fire alarm system finally realizes the data acquisition to sensor. Thesecond part mainly introduce the design of the network based CAN Bus. By using thisnetwork, the system finish the PC supervises to control node.
Besides, the thesis is also detailed to discuss the fire alarm and control system,CAN Bus intelligent node and PC control. By the SCADA software of Kingview, thePC also finishes the communications with fire alarm and control units. The paper involves the knowledge of single chip computer, network, communication, and PLC,etc. By using CAN Bus technology, the fire alarm and control system realize real-timecontrol, data acquisition and has better reference value.
目前，在各建筑物内安装的火灾探测报警系统及消防设施，虽然也在发现火灾警情和预防火灾方面发挥了重要作用，但在实际使用的过程中这些消防系统在产品质量、设备管理、警情处理等方面问题比较突出，已经严重影响了火灾探测报警设备功能的正常发挥。尤其当前消防网络系统中通信协议无统一标准，造成消防市场比较混乱，消防自动化系统并未纳入楼宇自动化系统中，难以及时发现消防设备的隐患，更加是迫切需要解决的问题。
为了解决这一问题，本文提出了基于CAN总线的消防网络系统。CAN总线由于采用了许多新技术及独特的设计，它的数据通信具有更突出的可靠性、实时性和灵活性。CAN总线消防网络容易和楼宇自动化系统有机结合起来易于实现对消防网络终端设备的实时检测，使系统更加安全可靠。
本研究分为两大部分。第一部分是CAN总线系统智能节点的设计，以AT90CAN32作为传感器的主控单元，通过智能节点实现对底层传感器的数据采集。第二部分CAN总线消防网络设计，以AT90CAN128作为消防主机，负责通过中继器和智能节点通信，及时搜集智能节点采集的消防传感器数据，并和上位PC机进行通信，由上位PC机通过组态软件对消防主机进行管理。
本文详细论述了CAN总线消防网络系统的基本原理、CAN总线系统智能节点的设计和消防主机的设计。通过组态软件实现上位PC机与消防主机的通信，进而控制消防联动设备。
本文研究涉及单片机、网络通信、工业控制系统、PLC等方面的知识，将CAN总线技术应用到消防网络中，易于实现对火灾报警系统和智能楼宇系统的联接，实现数据共享，并对底层消防设备实时监控，具有较好的参考价值。
With the development of the city construction, the fire happening chance isincreasing continuously. Currently, a fire probe installed in each building and the firealarm facilities have played an important role in discovering a fire and preventing afire in earlier period. But because of the product's poor quality and equipmentsmanagement, the fire alarm system can not have an effective function. To the firealarm industry, how to make the computer data communication technique applied to afire probe in order to report to the police system in time, so that make use of thenetwork protocol and use of a social information resources well, exchange the systeminner part and the data information of the exterior in time, and to constitute a city ofdynamic state, the community of having a fire probe of the multilayer to report to thepolice rescue management the service network information system, is the topic thatneeds to be solve at present. The communication protocol don't unify in current firefight network system and the building automation system don't bring into with the firefight system is the problem that needs to be resolve urgently more.
With these problems, the thesis issues the fire alarm and control. System basedon CAN Bus. The CAN Bus has many new design concepts, and these concepts arehelpful to advance the system's real-time control, stability, flexibility, reliability, etc.
The paper involves two parts. The first part mainly introduce the design ofintelligent node based on CAN Bus. By using AT90CAN32 single chip computer ascontrol node, the fire alarm system finally realizes the data acquisition to sensor. Thesecond part mainly introduce the design of the network based CAN Bus. By using thisnetwork, the system finish the PC supervises to control node.
Besides, the thesis is also detailed to discuss the fire alarm and control system,CAN Bus intelligent node and PC control. By the SCADA software of Kingview, thePC also finishes the communications with fire alarm and control units. The paper involves the knowledge of single chip computer, network, communication, and PLC,etc. By using CAN Bus technology, the fire alarm and control system realize real-timecontrol, data acquisition and has better reference value.
引文
[1] 消防安全．2006年全国火灾形势分析[J]．安全，2007(2)：57
[2] 郑誉煌．开放式消防网络系统研究[D]．广州：广东工业大学，2006
[3] 韩敬．火灾探测器现状及发展[J]．山西建筑，2006，28(6)：75-76
[4] 曹文华．浅析消防联动控制系统设计[J]．河北工程技术高等专科学校学报，2004(1)：29-31
[5] 胡晔．中国消防标准化现状与对策建议[J]．科技管理研究，2005(11)：11-13
[6] 仲未秧．消防监控系统可靠性分析及改进方法研究[J]．工业控制计算机，2004，17(5)：52-53
[7] 陈羡举．建筑火灾自动报警系统的设计[J]．科技经济市场，2006(4)：20
[8] Holt M. Fire alarm signaling systems[J]. Electrical Construction and Maintenance. Aug. 2003 (4) :17-19
[9] 张小叶．浅谈现场总线技术的发展[J]．化肥设计，2006，44(5)：54-56
[10] 张琳．工业自动化系统现场总线技术的现状与展望[J]．CAMETA，2006(3)：1-3
[11] 夏德海．现场总线的现状及其发展趋势[J]．电气时代，2006(8)：16-19
[12] 沈学东．现场总线技术综述[J]．东北电力技术，1999(5)：9-14
[13] 王锐．现场总线在控制系统中的应用[J]．中国水运，2006，6(4期)：118-119
[14] PLX Technology, Inc., PCI 9052 Data Book, Version 2.0,2001
[15] 宋纪恩．CAN总线在自动化系统中的应用[J]．农村电气化，2006(1)：36-37
[16] 邬宽明．CAN总线原理和应用系统设计[M]．北京：北京航空航天大学出版社，1996
[17] 能昌信．工业消防远程客户系统通信装置的研究[J]．消防技术与产品信息，2003(7)：21-23
[18] 费杰．基于CAN总线的电气火灾监控系统设计[J]．PLC&FA，2007(2)：71-73
[19] 王晨宝．基于CAN总线的设备状态监控系统的研究[D]．河北：华北电力大学，2002年
[20] 向玲．基于CAN总线的设备状态监控系统[J]．电器工业，2007(2)：48-50
[21] 饶运涛等．现场总线CAN原理与应用技术[M]．北京：北京航空航天大学出版 社，2003
[22] Warner Will. Making the CAN bus a "can-do" bus[J].EDN. Aug 21 2003:56-59
[23] 广州周立功单片机发展有限公司．CAN-bus规范V2.0版本[R]．2000
[24] Young Neil. Fire detection and alarm systems [J]. Fire Prevention and Fire Engineers Journals. April 2004:31-32
[25] Thompson Scott, Grant Stuart. First-alarm considerations for the initial IC [J].Fire Engineering. May 2004:43-46
[26] 商建锋．基于CAN总线的集散控制系统智能节点的设计[J]．微计算机信息，2006，22(12)：23-26
[27] 魏敬宣．基于AT90CAN128的车用CAN网络节点的研究与实现[J]．测控技术，2007，26(2)：57-59
[28] 门雅彬．一种智能CAN总线中继器的设计[J]．电子产品世界，2006(1)：71-74
[29] 曹海欧，郑建勇，蔡月明．基于CAN总线变电站综合自动化通信系统的研究[J]．电力系统自动化学报，2002，14(6)：24-26
[30] 刘芳．浅谈基于CAN现场总线的数据采集系统[J]．铁道通信信号，2006，42 (3)：23-24
[31] 邹继军．CAN中继器设计及其应用[J]．电子技术应用，2003(8)：39-41
[32] ATMegal 28用户手册[R]．ATMEL公司．2004
[33] Du Weilue. Communication technology of automatic alarm system on fire protected[J]. Control & Automation. 2004.2:17-18
[34] 胡真明．基于CAN总线的温室环境单片机测控系统设计[J]．农机化研究，2007(4)：125-128
[35] 郑秀玉等．基于PCI总线的数据采集卡驱动程序设计与实现[J]．电气应用，200，26(1)：93-97
[36] 赵鹏，徐宁．现场总线及接口技术在BTM中的应用[J]．中国铁道科学，2004，25(6)：129-133
[37] 高胜法，王金富等．CAN总线通信适配卡的设计与实现[J]．国外电子元器件．2003(11)：68-70
[38] Moyer J. Automatic temp controller Circuit Cellar[J]. May 2003
[39] 廖海涛，程昌银．CAN总线PC-CAN适配卡的设计[J]．武汉理工大学学报，2003 (2)：28-31
[40] PCI Special Interest Group (PCI SIG).PCI Local Bus Specification[R]. Revision 2.2, USA, 1999
[41] RSLogix Guard Programming Software Function Block Reference Manual[R]. Rockwell Automation. June 2001
[42] 费杰．现场总线系统抗干扰的实现与应用[J]．PLC&FA，2006(6)：76-78
[43] 李明伟，杨利霞等．基于CAN总线和组态技术的变电站监控系统[J]．自动化仪表，2006，27(9)：61-63
[44] 李新军．基于CAN总线的数据采集器的设计[J]．电子元器件应用，2007，9 (3)：28-30
[45] AT90CAN128 Datasheet[R].ATML corporation. 2004
[46] SJA1000 Stand-alone CAN Controller Datasheet[R].Philips Semiconductors corporation. 2000
[2] 郑誉煌．开放式消防网络系统研究[D]．广州：广东工业大学，2006
[3] 韩敬．火灾探测器现状及发展[J]．山西建筑，2006，28(6)：75-76
[4] 曹文华．浅析消防联动控制系统设计[J]．河北工程技术高等专科学校学报，2004(1)：29-31
[5] 胡晔．中国消防标准化现状与对策建议[J]．科技管理研究，2005(11)：11-13
[6] 仲未秧．消防监控系统可靠性分析及改进方法研究[J]．工业控制计算机，2004，17(5)：52-53
[7] 陈羡举．建筑火灾自动报警系统的设计[J]．科技经济市场，2006(4)：20
[8] Holt M. Fire alarm signaling systems[J]. Electrical Construction and Maintenance. Aug. 2003 (4) :17-19
[9] 张小叶．浅谈现场总线技术的发展[J]．化肥设计，2006，44(5)：54-56
[10] 张琳．工业自动化系统现场总线技术的现状与展望[J]．CAMETA，2006(3)：1-3
[11] 夏德海．现场总线的现状及其发展趋势[J]．电气时代，2006(8)：16-19
[12] 沈学东．现场总线技术综述[J]．东北电力技术，1999(5)：9-14
[13] 王锐．现场总线在控制系统中的应用[J]．中国水运，2006，6(4期)：118-119
[14] PLX Technology, Inc., PCI 9052 Data Book, Version 2.0,2001
[15] 宋纪恩．CAN总线在自动化系统中的应用[J]．农村电气化，2006(1)：36-37
[16] 邬宽明．CAN总线原理和应用系统设计[M]．北京：北京航空航天大学出版社，1996
[17] 能昌信．工业消防远程客户系统通信装置的研究[J]．消防技术与产品信息，2003(7)：21-23
[18] 费杰．基于CAN总线的电气火灾监控系统设计[J]．PLC&FA，2007(2)：71-73
[19] 王晨宝．基于CAN总线的设备状态监控系统的研究[D]．河北：华北电力大学，2002年
[20] 向玲．基于CAN总线的设备状态监控系统[J]．电器工业，2007(2)：48-50
[21] 饶运涛等．现场总线CAN原理与应用技术[M]．北京：北京航空航天大学出版 社，2003
[22] Warner Will. Making the CAN bus a "can-do" bus[J].EDN. Aug 21 2003:56-59
[23] 广州周立功单片机发展有限公司．CAN-bus规范V2.0版本[R]．2000
[24] Young Neil. Fire detection and alarm systems [J]. Fire Prevention and Fire Engineers Journals. April 2004:31-32
[25] Thompson Scott, Grant Stuart. First-alarm considerations for the initial IC [J].Fire Engineering. May 2004:43-46
[26] 商建锋．基于CAN总线的集散控制系统智能节点的设计[J]．微计算机信息，2006，22(12)：23-26
[27] 魏敬宣．基于AT90CAN128的车用CAN网络节点的研究与实现[J]．测控技术，2007，26(2)：57-59
[28] 门雅彬．一种智能CAN总线中继器的设计[J]．电子产品世界，2006(1)：71-74
[29] 曹海欧，郑建勇，蔡月明．基于CAN总线变电站综合自动化通信系统的研究[J]．电力系统自动化学报，2002，14(6)：24-26
[30] 刘芳．浅谈基于CAN现场总线的数据采集系统[J]．铁道通信信号，2006，42 (3)：23-24
[31] 邹继军．CAN中继器设计及其应用[J]．电子技术应用，2003(8)：39-41
[32] ATMegal 28用户手册[R]．ATMEL公司．2004
[33] Du Weilue. Communication technology of automatic alarm system on fire protected[J]. Control & Automation. 2004.2:17-18
[34] 胡真明．基于CAN总线的温室环境单片机测控系统设计[J]．农机化研究，2007(4)：125-128
[35] 郑秀玉等．基于PCI总线的数据采集卡驱动程序设计与实现[J]．电气应用，200，26(1)：93-97
[36] 赵鹏，徐宁．现场总线及接口技术在BTM中的应用[J]．中国铁道科学，2004，25(6)：129-133
[37] 高胜法，王金富等．CAN总线通信适配卡的设计与实现[J]．国外电子元器件．2003(11)：68-70
[38] Moyer J. Automatic temp controller Circuit Cellar[J]. May 2003
[39] 廖海涛，程昌银．CAN总线PC-CAN适配卡的设计[J]．武汉理工大学学报，2003 (2)：28-31
[40] PCI Special Interest Group (PCI SIG).PCI Local Bus Specification[R]. Revision 2.2, USA, 1999
[41] RSLogix Guard Programming Software Function Block Reference Manual[R]. Rockwell Automation. June 2001
[42] 费杰．现场总线系统抗干扰的实现与应用[J]．PLC&FA，2006(6)：76-78
[43] 李明伟，杨利霞等．基于CAN总线和组态技术的变电站监控系统[J]．自动化仪表，2006，27(9)：61-63
[44] 李新军．基于CAN总线的数据采集器的设计[J]．电子元器件应用，2007，9 (3)：28-30
[45] AT90CAN128 Datasheet[R].ATML corporation. 2004
[46] SJA1000 Stand-alone CAN Controller Datasheet[R].Philips Semiconductors corporation. 2000