基于CAN總線的電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計
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據(jù)《中國火災(zāi)統(tǒng)計年鑒》統(tǒng)計，自1993～2002年全國范圍內(nèi)共發(fā)生電氣火災(zāi)203780起，占火災(zāi)總數(shù)近30%，在所有火災(zāi)起因中居首位。我國的電氣火災(zāi)大部分是由短路引發(fā)的，特別是接地電弧性短路事故。采取確實可行的方法預(yù)防和遏制電氣火災(zāi)的發(fā)生已刻不容緩。
在各類建筑及其它領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用安裝電氣火災(zāi)監(jiān)控器，能有效預(yù)防和減少漏電引起的電氣火災(zāi)。應(yīng)用在線檢測技術(shù)，可長年不間斷地檢測用電線路的過電流、漏電電流等參數(shù)，能隨時掌握電氣線路或電氣設(shè)備電氣火災(zāi)危險參數(shù)的變化情況、故障和異常狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)電氣線路的火災(zāi)隱患，消除隱患，防患于未然，保護(hù)國家和人民生命財產(chǎn)的安全。
2電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)組成
系統(tǒng)由電氣火災(zāi)集中控制器，主控制器，支路控制器，以及信號采集調(diào)理部分組成。系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。
電氣火災(zāi)監(jiān)控集中控制器采用帶觸摸屏嵌入式工控機，人機界面使用mcgs組態(tài)軟件，采用can總線與電氣火災(zāi)主控制器進(jìn)行通訊。主控制器完成鍵盤輸入，對支路控制器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行處理，及時將各支路狀態(tài)發(fā)送給集中控制器,以及在lcd實時顯示被監(jiān)控線路的各種運行狀態(tài)及參數(shù)，并準(zhǔn)確地記錄下被監(jiān)控線路運行狀態(tài)的變化、故障特征、故障地址、時間等歷史數(shù)據(jù)。支路控制器負(fù)責(zé)a/d轉(zhuǎn)換，并進(jìn)行數(shù)字濾波，比較分析線路的過電流、漏電流等狀態(tài)特征，做出相應(yīng)預(yù)警、報警、脫扣動作,并與主控制器通過i2c總線完成雙向通信。信號采集及調(diào)理部分采用高精度電流互感器、漏電電流互感器對電信號進(jìn)行采樣，并進(jìn)行信號調(diào)理，電壓跟隨，光電隔離，將0-5v的標(biāo)準(zhǔn)信號送入ad轉(zhuǎn)換器。ad轉(zhuǎn)換器采用12位的ti公司ad轉(zhuǎn)換器tlc2543。
3支路控制器設(shè)計
支路微處理器選用的是philips lpc932a1單片機,它是基于8051內(nèi)核的高速、低功耗的8位單片機，其指令執(zhí)行時間只需2到4個時鐘周期。6倍于標(biāo)準(zhǔn)8051器件。支路控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
支路控制器系統(tǒng)中，采用精密電阻對ia、ib、ic、in四路電流互感器的電流信號取樣并放大，然后采用精密整流電路將交流電壓信號轉(zhuǎn)換為直流電壓信號。經(jīng)單片機處理后將信號通過i2c總線傳輸至主控制器。
由于現(xiàn)場各種干擾因素較多，因此在支路控制器軟硬件設(shè)計上必須考慮抗干擾問題?？垢蓴_設(shè)計主要包括以下幾方面:電源抗干擾設(shè)計、單片機抗干擾、過程通道抗干擾設(shè)計、印刷電路板及電路的抗干擾設(shè)計和軟件的抗干擾設(shè)計。其中系統(tǒng)電源采用dc-dc變換器得到穩(wěn)定的±12v和5v直流電壓，采用了高速光耦6n137對信號進(jìn)行隔離，在軟件設(shè)計中加入了數(shù)字濾波器進(jìn)一步了提高系統(tǒng)的抗干擾能力。
4主控制器設(shè)計
主控制器由聲光報警、鍵盤及液晶顯示、can總線控制器、外部flash和時鐘/日歷發(fā)生器等部分構(gòu)成。主路微處理器選用的是philips
p89v51rd2單片機。主控制器完成的功能主要有:采集各支路控制器傳輸?shù)膇a、ib、ic、in等參數(shù)數(shù)據(jù)，故障特征數(shù)據(jù)，并在lcd上實時顯示，并通過can總線傳輸給集中控制器。此外主控制器還將各支路控制器運行狀態(tài)信號用相應(yīng)雙色發(fā)光管顯示;當(dāng)有通道出現(xiàn)報警信號時，主控制器驅(qū)動蜂鳴器，并將實時故障特征數(shù)據(jù)保存至flash。主控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。
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