基于單片機(jī)和CAN控制器實(shí)現(xiàn)火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)的顯示器設(shè)計(jì)

1、 引言

火災(zāi)樓層顯示器作為火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的重要組成部分，是一種安裝在樓層或獨(dú)立防火區(qū)中的數(shù)字式火災(zāi)報(bào)警顯示裝置。它通過(guò)報(bào)警總線與火災(zāi)報(bào)警控制器相連，處理并顯示報(bào)警總線上的數(shù)據(jù)?；馂?zāi)樓層顯示器中的內(nèi)置單片機(jī)將接收到的總線信息進(jìn)行判斷、分析和處理，將報(bào)警的探測(cè)器地址編號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的火警地點(diǎn)信息（例如房間號(hào)和房間類(lèi)型等），連同火警類(lèi)型一道通過(guò)液晶顯示出來(lái)，同時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，通知失火區(qū)域的人員。

目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的火災(zāi)樓層顯示器大都以51單片機(jī)作為MCU。因?yàn)?a href="http://wenjunhu.com/tags/rom/" target="_blank">ROM尋址空間所限，火災(zāi)樓層顯示器大都只能顯示火警所在樓層號(hào)和地址號(hào)，無(wú)法以直觀的漢字信息提示情況各異的具體火警地點(diǎn)。如果將漢字信息通過(guò)總線分發(fā)到各個(gè)樓層顯示器，巨大的通訊量又會(huì)給火警系統(tǒng)總線帶來(lái)沉重負(fù)荷，導(dǎo)致整個(gè)火警系統(tǒng)效率低下，延誤火警上報(bào)時(shí)機(jī)。本文提出了一種基于CAN總線的大容量漢字火災(zāi)樓層顯示器，很好的解決了上述問(wèn)題。

2 、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)總體功能描述

火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)中，中央火警控制器通過(guò)CAN總線和各個(gè)單元進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊并完成各項(xiàng)控制和報(bào)警功能。單元是火災(zāi)探測(cè)器、手動(dòng)報(bào)警按鈕、輸入輸出模塊、樓層顯示器等設(shè)備的總稱(chēng)。它們是系統(tǒng)終端，直接探測(cè)火災(zāi)信號(hào)，并通過(guò)通道上報(bào)給控制器，同時(shí)接收由各種通道轉(zhuǎn)發(fā)控制器給單元的聯(lián)動(dòng)信息（啟動(dòng)輸入輸出模塊控制的滅火裝置）、顯示信息（樓層顯示器顯示火災(zāi)信息）等。通道是回路模塊、轉(zhuǎn)接模塊和總線控制盤(pán)等設(shè)備的總稱(chēng)。它們是控制設(shè)備和終端的通道，是拓?fù)?a href="http://wenjunhu.com/v/tag/1722/" target="_blank">網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的中繼設(shè)備?；馂?zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和樓層顯示器在系統(tǒng)的中的位置如圖1所示。

3、 系統(tǒng)功能及硬件描述

3.1 漢字樓層顯示器硬件設(shè)計(jì)方案

如圖2所示，漢字樓層顯示器包括單片機(jī)及其外圍電路，CAN總線模塊， FLASH存儲(chǔ)器，漢字液晶模塊，UART接口，以及燈和按鍵，蜂鳴器。單片機(jī)可通過(guò)UART接收PC上傳下來(lái)的漢字信息，存儲(chǔ)到FLASH中作為地址信息的查詢數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)CAN控制器MCP2510和CAN總線驅(qū)動(dòng)器 PCA82C250組成的CAN通信模塊和火災(zāi)報(bào)警控制器進(jìn)行CAN總線通信。如果有火警發(fā)生，單片機(jī)將記錄火警信息，查詢FLASH得到火警發(fā)生的漢字地址信息，并在漢字液晶上滾動(dòng)顯示火警和信息查詢結(jié)果。同時(shí)，發(fā)生火警時(shí)還可通過(guò)查詢鍵快速查詢火警信息，通過(guò)蜂鳴器報(bào)警，通過(guò)消音鍵消音，并點(diǎn)亮發(fā)光二極管報(bào)警。未發(fā)生火警時(shí)，通過(guò)自檢鍵自檢可以檢查各個(gè)功能是否能正常工作。

3.2 FLASH存儲(chǔ)器電路設(shè)計(jì)

FLASH 選用的SST29SF040是SST公司推出的高速可編程閃存。它符合JEDEC標(biāo)準(zhǔn)，具有512K×8 Bits的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu);芯片擦除及寫(xiě)入的時(shí)間快，整片擦除只需70毫秒，段擦除只需18毫秒，字編程寫(xiě)入時(shí)間僅為14微秒;可靠性高，能夠重復(fù)寫(xiě)100，000次，數(shù)據(jù)可以保存100年不丟失。

SST29SF040 的容量是512K Bytes，而51系列單片機(jī)的ROM直接尋址范圍是64K Bytes，如果不加以處理而直接使用，將會(huì)浪費(fèi)大量的存儲(chǔ)空間。我們使用了一種分頁(yè)存儲(chǔ)方式，使得FLASH存儲(chǔ)空間得以充分利用，大大擴(kuò)充了單片機(jī)ROM尋址范圍。按照每條漢字信息占用32個(gè)Bytes計(jì)算，理論上可以最大存儲(chǔ)16384條火警地址信息，足以應(yīng)付絕大多數(shù)復(fù)雜的工程環(huán)境。圖3為存儲(chǔ)器電路，最高位地址線A16-A18接單片機(jī)的P1.0-P1.2，因而 FLASH存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)了8頁(yè)，每頁(yè)64K的外部存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。在每次讀寫(xiě)FLASH時(shí)，將P1.0-P1.2賦不同的值即可實(shí)現(xiàn)不同的頁(yè)選。假設(shè)page為待選取的頁(yè)號(hào)變量（0-7），在Keil Cx51中通過(guò)下列語(yǔ)句即可實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)前的選頁(yè)操作：P1 = （P1 & 0xf8）

3.3漢字液晶顯示模塊設(shè)計(jì)

我們選用金鵬電子公司的OJM2＊8A漢字液晶模塊作為顯示設(shè)備。OJM2＊8A中文液晶顯示模塊內(nèi)含GB 2312的15＊15點(diǎn)陣國(guó)標(biāo)一、二級(jí)簡(jiǎn)體漢字和 8＊8點(diǎn)陣及8＊16點(diǎn)陣ASCII字符，用戶輸入GB2312區(qū)位碼或ASCII碼即可實(shí)現(xiàn)文本顯示。每個(gè)漢字的區(qū)位碼只占用兩個(gè)字節(jié)，是原來(lái)漢字點(diǎn)陣所需存儲(chǔ)單元的1/16。

漢字液晶模塊接口協(xié)議為請(qǐng)求/應(yīng)答（REQ/BUSY）握手方式。應(yīng)答B(yǎng)USY高電平（BUSY =1）表示液晶模塊忙于內(nèi)部處理，不能接收用戶命令;BUSY低電平（BUSY =0）表示液晶模塊空閑，等待接收用戶命令。發(fā)送命令到液晶模塊可在BUSY =0后的任意時(shí)刻開(kāi)始，先把用戶命令的當(dāng)前字節(jié)放到數(shù)據(jù)線上，接著發(fā)高電平REQ信號(hào)（REQ =1）通知液晶模塊處理當(dāng)前數(shù)據(jù)線上的命令或數(shù)據(jù)。液晶模塊在收到外部REQ高電平信號(hào)后立即讀取數(shù)據(jù)線上的命令或數(shù)據(jù)，同時(shí)將應(yīng)答線BUSY 變?yōu)楦唠娖?，表明模塊已收到數(shù)據(jù)并正在忙于對(duì)此數(shù)據(jù)的內(nèi)部處理。此時(shí)用戶對(duì)模塊的寫(xiě)操作已經(jīng)完成，用戶可以撤消數(shù)據(jù)線上的信號(hào)并可作模塊顯示以外的其他工作，也可不斷地查詢應(yīng)答線BUSY是否為低（BUSY=0 ？），如果BUSY=0，表明模塊對(duì)用戶的寫(xiě)操作已經(jīng)執(zhí)行完畢，可以再送下一個(gè)數(shù)據(jù)。如向模塊發(fā)出一個(gè)完整的顯示漢字的命令，包括坐標(biāo)及漢字代碼在內(nèi)共需5個(gè)字節(jié)。模塊在接收到最后一個(gè)字節(jié)后才開(kāi)始執(zhí)行整個(gè)命令的內(nèi)部操作，因此最后一個(gè)字節(jié)的應(yīng)答B(yǎng)USY 高電平（BUSY =1）持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。對(duì)液晶模塊寫(xiě)漢字時(shí)序圖如圖4所示。

3.4 CAN總線通訊模塊設(shè)計(jì)

我們選擇Microchip公司的MCP2510CAN控制器和Philips公司的PCA82C250CAN收發(fā)器構(gòu)建CAN總線通訊模塊。 MCP2510支持CAN2.0A/B協(xié)議，可接收和發(fā)送2.0協(xié)議下的標(biāo)準(zhǔn)幀、擴(kuò)展幀和遠(yuǎn)程幀。MCP2510擁有三個(gè)發(fā)送緩沖區(qū)和兩個(gè)接收緩沖區(qū)，可以進(jìn)行接收濾波和消息管理，防止過(guò)度發(fā)送和過(guò)度接收形成擁塞。其最大的優(yōu)點(diǎn)是擁有傳輸速率可達(dá)5Mb/S的SPI端口，節(jié)省MCU端口，提高通信速度。 Philips公司的82C250CAN總線收發(fā)器可與MPC2510無(wú)縫連接，它有高速模式，斜率控制模式和延時(shí)模式。經(jīng)過(guò)多次的實(shí)驗(yàn)證實(shí)其工作在斜率控制模式下最為穩(wěn)定，速度也能構(gòu)滿足系統(tǒng)10Kbps的傳輸速率。

CAN 總線通訊模塊電路如圖5所示，單片機(jī)通過(guò)I/O口直接和MCP2510的SPI口相連，用軟件模擬實(shí)現(xiàn)SPI接口協(xié)議。PCA82C250作為 MCP2510與物理CAN總線的接口。如果需要進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力，可在MCP2510和PCA82C250之間加一個(gè)光電隔離器。

4 、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

漢字樓層顯示器軟件功能主要是1.將串口發(fā)送下來(lái)的漢字信息文件寫(xiě)入FLASH存儲(chǔ)。2.和火災(zāi)報(bào)警控制器進(jìn)行CAN通信，如果發(fā)現(xiàn)有火警信息，則查找FLASH中的漢字地址信息，予以顯示在漢字液晶上報(bào)警，如有多條火警信息，則滾動(dòng)顯示各條信息。

圖 6是漢字樓層顯示器軟件流程圖。用page（值為0-7）表示讀寫(xiě)的FLASH頁(yè)，用count（值為0-65535）表示每頁(yè)頁(yè)內(nèi)地址。其中 page0-page6用來(lái)存儲(chǔ)通過(guò)串口下載的漢字信息，page7用來(lái)存儲(chǔ)接收到的火警等動(dòng)態(tài)信息。一旦接收到新火警，即查詢FLASH中相應(yīng)的漢字信息，并在液晶上滾動(dòng)顯示。

為了快速定位所查詢的火警漢字地址信息，我們采用數(shù)組結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)。盡管這樣會(huì)因?yàn)閷?shí)際火警地址不等長(zhǎng)，而造成存儲(chǔ)中出現(xiàn)一些空地址，存儲(chǔ)效率不高，但是由于我們對(duì)數(shù)組的查找是一種可以直接定位的快速查找，不用采用鏈表之類(lèi)的復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也避免了二分檢索之類(lèi)復(fù)雜的搜索算法。對(duì)于單片機(jī)而言，實(shí)質(zhì)上是以比較小的空間為代價(jià)換來(lái)了比較高的時(shí)間效率，還是十分值得的。

5、 結(jié)語(yǔ)

本文提出的基于CAN總線的大容量漢字火災(zāi)樓層顯示器，較好的解決了現(xiàn)有火災(zāi)樓層顯示器的缺陷。對(duì)大于51單片機(jī)ROM 64K尋址空間的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求，采取分頁(yè)存儲(chǔ)的訪問(wèn)方式可以很好的解決這個(gè)問(wèn)題。通過(guò)在FLASH中存儲(chǔ)大容量數(shù)據(jù)信息，可以避免因?yàn)镃AN總線上通訊數(shù)據(jù)流量過(guò)大而導(dǎo)致火警不能及時(shí)傳達(dá)，延誤報(bào)警時(shí)機(jī)。而且FLASH中的漢字信息可以通過(guò)串口在線擦寫(xiě)，便于現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。目前產(chǎn)品已經(jīng)投入實(shí)用，用戶反應(yīng)運(yùn)行良好。

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