基于STM32的CAN總線式可燃?xì)怏w報警器設(shè)計

創(chuàng)新者：伍東亮 周 旭

基于STM32的CAN總線式可燃?xì)怏w報警器設(shè)計

創(chuàng)新者：伍東亮 周 旭

可燃?xì)怏w報警器也稱氣體泄露檢測報警儀器。當(dāng)工業(yè)環(huán)境、日常生活環(huán)境中可燃性氣體發(fā)生泄露，可燃?xì)怏w報警器檢測到可燃性氣體濃度達(dá)到報警器設(shè)置的報警值時，可燃?xì)怏w報警器就會發(fā)出聲、光報警信號，來提醒采取人員疏散、強(qiáng)制排風(fēng)、關(guān)停設(shè)備等安全措施。CAN總線比485總線可靠性更高。總線式可燃?xì)怏w報警器主要由氣體報警控制器和氣體報警探測器兩大部分組成。

可燃?xì)怏w屬于易燃易爆危險物品，如果發(fā)生可燃?xì)怏w泄漏，則給我們的生命財產(chǎn)帶來巨大的安全隱患。當(dāng)可燃?xì)怏w發(fā)生泄漏，可燃?xì)怏w與空氣中的氧氣在一定的濃度范圍內(nèi)均勻混合，形成預(yù)混氣，遇著火源就會發(fā)生爆炸。如果我們能夠通過設(shè)備進(jìn)行環(huán)境中可燃?xì)怏w的泄漏檢測，則可及時發(fā)現(xiàn)隱患，通過報警來提醒人員疏散、啟動排風(fēng)，關(guān)閉氣體管道等措施，可將損失降到最低?？偩€式可燃?xì)怏w報警器主要由氣體報警控制器和氣體報警探測器兩大部分組成。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

總線式可燃?xì)怏w報警器主要由氣體報警控制器和氣體報警探測器兩大部分組成。

氣體報警探測器主要負(fù)責(zé)氣體泄漏探測，主要由LPC11C24 32位Cortex M0單片機(jī)和MC105型催化元件傳感器構(gòu)成。LPC11C24單片機(jī)負(fù)責(zé)實時監(jiān)控MC105型催化元件傳感器采集的氣體濃度，如果氣體濃度超過警戒濃度，則將監(jiān)控點坐標(biāo)和濃度值通過CAN總線發(fā)送給可燃?xì)怏w報警器。氣體報警探測器結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

總線式可燃?xì)怏w報警器主要負(fù)責(zé)采集各氣體報警探測器的數(shù)據(jù)，并根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)警處理。總線式可燃?xì)怏w報警器帶有液晶顯示屏，可以通過按鍵進(jìn)行報警信息查詢和參數(shù)設(shè)置。報警器帶有聲光報警裝置，同時帶有防侵入安全監(jiān)測。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

系統(tǒng)硬件設(shè)計

氣體報警探測器硬件設(shè)計

氣體報警探測器處理器是32位Cortex M0單片機(jī)LPC11C24，LPC11C24芯片帶有完整的CAN節(jié)點，集成了CAN收發(fā)器，同時帶有CAN和CANopen驅(qū)動，支持即插即用，能方便的進(jìn)行組網(wǎng)；同時，它還帶有 8通道10位數(shù)模轉(zhuǎn)換器，每秒400K次采樣速度，可以快速的進(jìn)行氣體采樣。

圖1　氣體報警探測器結(jié)構(gòu)圖

圖2　可燃?xì)怏w報警器結(jié)構(gòu)圖

氣體采樣采用MC105型催化元件傳感器，MC105型催化元件根據(jù)催化燃燒效應(yīng)的原理工作，由檢測元件和補(bǔ)償元件配對組成電橋的兩個臂，遇可燃性氣體時檢測元件電阻升高，橋路輸出電壓變化，該電壓變量隨氣體濃度增大而成正比例增大，補(bǔ)償元件起參比及溫濕度補(bǔ)償作用。MC105傳感器直接與LPC11C24的AD采樣引腳相連，其基本采樣電路如圖3所示。

氣體報警探測器帶有數(shù)據(jù)存儲單元，用來存儲一定時間內(nèi)的氣體采樣結(jié)果，存儲芯片為I2C存儲器24C02。24C02存儲容量為256個字節(jié)。其電路圖如圖4所示。

LPC11C24的編程調(diào)試有兩種方式，分別是JTAG和SWD調(diào)試。JTAG調(diào)試需要占用IO口多，標(biāo)準(zhǔn)的JTAG接口為20P， SWD調(diào)試只需5根線，分別是電源、地、復(fù)位、數(shù)據(jù)和時鐘線。JTAG接口占用電路板面積大，氣體報警探測器要求盡可能的縮小體積，所以選用SWD調(diào)試方式。其電路圖如圖5所示。

圖3　MC105型催化元件傳感器測試電路

圖4　24C02電路圖

圖5　SWD調(diào)試接口

氣體報警控制器硬件設(shè)計

氣體報警控制器處理器為Cortex-M3 內(nèi)核的STM32F107VCT6，支持CAN通訊。氣體報警控制器主要完成數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)存儲和查詢、報警輸出等功能。

圖6　報警控制電路圖

數(shù)據(jù)顯示采用256*128點陣液晶，能顯示多路探測頭的當(dāng)前采用數(shù)據(jù)，歷史報警數(shù)據(jù)等，采用4個獨立按鍵，能對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢操作和設(shè)置報警閥值。

報警器采用LC246芯片，LC246是四模擬聲報警集成電路，能根據(jù)AD采樣結(jié)果發(fā)出不同頻率的報警聲，表示氣體泄漏的不同程度。其中，第3腳OSC_1與第6腳OSC_2為外接振蕩電阻端，第7腳SL_1、第八腳SL_2為選聲端，選聲端接不同電平，可分別產(chǎn)生警車聲、救護(hù)車聲、消防車聲和短促的報警聲；NC為空腳端；Vss為電源負(fù)端，Vcc為電源正端。其控制電路如圖6所示。

氣體報警控制器與氣體報警探測器探頭之間采用CAN通訊，STM32F107VCT6內(nèi)部已集成CAN收發(fā)器，我們只需要通過CAN_H和CAN_L與氣體報警探測器探頭CAN總線相連即可。

結(jié)語

基于STM32的CAN總線式燃?xì)鈭缶鞯脑O(shè)計，與之前傳統(tǒng)的基于485總線的燃?xì)鈭缶饔忻黠@的改進(jìn)與提高，485總線抗干擾能力差，一個節(jié)點故障會導(dǎo)致整個系統(tǒng)癱瘓，而CAN總線有CAN控制器，可以對總線任何錯誤進(jìn)行檢測，都會向總線發(fā)送信息，告訴其他節(jié)點這個數(shù)據(jù)是錯誤的，有效的保護(hù)總線通訊?；赟TM32的CAN總線式燃?xì)鈭缶鞯脑O(shè)計能迅速準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)險情和發(fā)送報警信息，有限的保護(hù)人員和財產(chǎn)的安全。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.15.037