基于CAN總線的電氣火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

傳統(tǒng)的CAN總線節(jié)點之間通信的控制方式有2種，一種是利用單片機控制獨立的CAN總線控制器；另一種是用帶有CAN總線控制器的單片機進行控制。這2種方式都存在線路復(fù)雜，系統(tǒng)穩(wěn)定性不高以及無法實時處理大理數(shù)據(jù)信息的弱點。本系統(tǒng)采用SoPC技術(shù)對CAN總線通信進行控制，可編程片上系統(tǒng)(System on a Programmable Chip，SoPC)技術(shù)是由Altera公司提出的一種靈活、高效的片上系統(tǒng)(Systemon a Chip，SOC)解決方案，是一種特殊的嵌入式系統(tǒng)。本系統(tǒng)中用嵌入式軟核NiosⅡ作為控制器，以MieroChip公司的MCP2515作為CAN總線控制器。
以往的CAN總線收發(fā)器，通常采用2個高速光耦(如6N137)，以實現(xiàn)電氣隔離和電源上的DC—DC隔離，從而提高CAN總線通信的抗干擾性，另外還需要對阻抗進行調(diào)節(jié)、匹配才能搭出合理的電路，本系統(tǒng)采用廣州周立功公司的CTM1050T。模塊作為CAN總線收發(fā)裝置。它是一款帶隔離的高速CAN收發(fā)器芯片，該芯片內(nèi)部集成了所有必需的CAN隔離與收發(fā)器件，能直接與CAN總線控制器的TXD，RXD引腳相連，具體電路連接如圖4所示。

系統(tǒng)采用這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，最大的好處在于降低了系統(tǒng)線路的復(fù)雜程度，同時提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并在一定程度上降低了功耗和生產(chǎn)成本。
2．2 軟件設(shè)計中的關(guān)鍵問題
本系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括2個方面，一是系統(tǒng)對于電氣火災(zāi)的預(yù)測與預(yù)報的算法實現(xiàn)；二是上位機監(jiān)控軟件的設(shè)計和下位機功能軟件的實現(xiàn)。
設(shè)計本系統(tǒng)主要是為了解決傳統(tǒng)火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)中的誤報、漏報率高的問題，實驗測試表明，火災(zāi)探測器一段時間內(nèi)的各采集的量值相互獨立，呈一種相關(guān)隨機分布，火災(zāi)探測信號是非平移隨機過程，因此本文對探測器的量測判斷提出一種新的決策方法，即模式分類判別方法，火災(zāi)探測器在臨界點附近的傳感器的量值判斷，對應(yīng)著實際情況就是2類分類的問題，第一類是線路一般故障，不會引發(fā)火災(zāi)；第二類是線路存在嚴(yán)重故障，有發(fā)生火災(zāi)的可能性，一般在臨界點(閾值)范圍的傳感器在實際情況中會出現(xiàn)幾種情況：正常，報警，但是在這一臨界點上，出現(xiàn)這各種情況卻是一種隨機分布，也就是說在臨界點上是一種概率分布，當(dāng)傳感器檢測到的值到了一定的范圍(一般取臨界點的一個范圍)內(nèi)，為了減少漏報和誤報，在系統(tǒng)設(shè)計的過程中采用貝葉斯決策進行情況分類，于是問題轉(zhuǎn)化為對特定模式的決策分類問題。
上位機軟件主要是顯示目前系統(tǒng)的運行狀況和預(yù)測結(jié)果，下位機SoPC系統(tǒng)功能軟件中與CAN總線通信部分的軟件設(shè)計是整個系統(tǒng)軟件設(shè)計中較為關(guān)鍵的部分，SoPC系統(tǒng)中采用NiosⅡ為處理器，通過Avalon總線與定制的SPI核在FPGA芯片EP2C8Q208C8N中進行系統(tǒng)集成，這一過程可以通過QuartusⅡ軟件中的SoPC Builder工具完成，然后通過集成開發(fā)環(huán)境NiosⅡIDE對定制的SPI的IP核進行訪問與操作，待仿真驗證無誤后，利用ISP電纜線將程序燒寫至SoPC系統(tǒng)的配置芯片中，使CAN總線節(jié)點正常工作，上、下位機程序流程圖如圖5，圖6所示。