Abstract:  This paper presents a design of fire control system based on CAN bus. It adopts CAN bus to communicate.According to the external environment of the signal, it controls the power window. The system collects the signal of the external environment of, then sends it to the STM32 microprocessor for analysis and processing, and then transmits it to other nodes or PC.The system can control the power window ,detect the status of each node, and realize the group control and point control.According to the environment signal ,each node can also automatically control the switching status of the power window.Of course, each node must have a corresponding key to achieve the manual control, and manual control should have the highest priority to ensure the safety of the system.

Key words: CAN bus   STM32 microprocessor   Automatic control   Environmental signal detection

【中图分类号】TP273 【文献标识码】B 文章编号1606-5123（2017）11-0000-00

1 引言

随着经济的飞速发展，各种大型工厂，高楼建筑不断建成，对其安装大规模、大面积的玻璃窗成为趋势，以此来提高室内的光线强度。然而一般的玻璃窗是由人工实现开窗和关窗的，甚至很有很多地方人工难以进行，危险度也很高，这种传统的方式造人的人力物力的浪费，因此对玻璃窗的消防通风自动控制、联网控制的需求越来越迫切。消防检测也成为大规模玻璃窗建筑的难题，及时发现、报警、传达火灾信号在高楼建筑中显得尤为重要。

针对以上需求，本文设计了一种基于CAN总线的电动窗消防联动控制系统。

系统利用CAN总线实现对电动窗的智能控制、联网控制，利用系统的烟雾传感器监测火灾特征信号，及时报警并及时联网传达。使用STM32微处理器作为节点的控制器，简化了外围电路的设计。该系统采用CTM8251作为控制器与总线之间的接口，提高了系统的电气隔离和抗电磁干扰的性能。

2 系统设计

2.1 系统通信网络设计

本系统选择CAN总线作为通信总线，主要是CAN总线有以下特点：

(1)CAN是多主工作方式。任一节点口可以主动发送报文，总线空闲时，最先访问的节点获得发送权，多借点同时发送时，则依据报文的优先权来决定总线访问权的控制。

(2)采用非破坏性的总线仲裁技术。当总线发生冲突时，高优先级报文受到保护，可以正常传输，保证高优先级报文的实时性。这样保证了在网络比较差的情况下也能进行传输。

(3)具有点对点、一点对多点以及全局广播多种传输方式。

(4)采用高效的短帧结构进行传输(帧长8字节)。

(5)高可靠性。短帧结构在传输过程中，传输时间短，具有低干扰率和低出错率，同时还具有自动重发功能。

(6)远程数据请求。CAN总线具有远程帧，总线上的节点可以通过发送“远程帧”的方式来请求其他节点的数据。

(7)自动关闭。在错误严重的情况下，节点可以自动关闭传输功能，使总线上其他节点的操作不受影响。

(8)理论上CAN总线上的节点可以无限扩展，扩展节点数由驱动电路决定。

(9)总线配置灵活。

基于CAN总线的以上优势，本系统得以采用。系统的结构图参见图1所示。

图1所示系统主要由远程电脑、上位工控机、基于ISA规范的CAN总线适配卡、电动窗节点1至N(N<60)组成。由上图可以看到，系统可以通过远程电脑、上位机、适配卡、电动窗节点组成的网络实现远程通信，在远程电脑上可以随时了解系统各个节点的状态，也可以根据不同情况设置各个节点；当节点检测到烟雾、风雨、开窗位置时，可以将信号传输到远程电脑，达到远距离联网检测节点状态的目的，以便及时执行相应的动作、报警。CAN总线是多主工作方式，支持点对点、一点对多点以及全局广播的传输方式，系统的每一个节点都可以作为主节点，将本身检测到的各种信号发送给其他节点，使其他节点及时动作、报警。

CAN总线采用高效的短帧结构进行传输，因此远程电脑与节点、节点与节点之间通信的帧内容需要包含窗型、窗号、风雨传感器信号、烟雾传感器信号、开关停信号、窗开闭的位置信息。对帧的每一个字节对应的信息的内容必须做明确的规定。在CAN总线协议中，数据帧的数据字段有8个字节，足以携带以上信息，空出的字节可以作为以后扩展所用。在远程电脑发送的数据中不需要包含风雨、烟感、窗开闭的位置信号。

2.2 节点硬件设计

节点设计以远程电动通风窗为案例。在上述系统中，CAN的通信架构保证了节点与节点、节点与远程电脑通信可靠性，那么每一个电动窗节点需要完成烟雾、风雨、开窗位置检测，在接受到动作信号后，准确完成窗的开关停动作。电动窗节点硬件设计如图2所示。

电动窗节点主要由主控板和直流电机驱动板构成，主控板包括STM32控制器、CAN驱动、电源EEPROM、风雨烟雾传感器、微动开关检测；直流电机驱动板包括直流电气驱动、电源、电流反馈部分、光耦隔离部分。把节点分成两部分是为了安装的方便，把弱电部分和强电部分分开。

主控板主要用于检测，当检测到风雨、烟雾信号时，将其转变为电信号专递到STM32控制器。微动开关检测主要是用来检测窗开闭的位置，如果电动窗在动作时，开窗或者关窗到达指定的位置时，就会触碰到微动开关，从而触发检测电路，将信号传输的到控制器。在开关过程中，如果出现超时，微动开关还没发送位置信号，则表示电机出现故障，可以这种方法自检电机故障。CAN驱动部分主要是用了和总线通信，将检测到的信号通过CAN发送，也用来接收。EEPROM主要是用来存储风雨、烟雾、开关位置信号。这样系统可以随时查找检测到的信号，不用占用控制器的内存，也不用担心数据丢失。控制面板主要是按键控制，用户可以通过按键手动控制，系统将手动控制的优先级设为最高。

直流电机驱动板主要用来实现直流电机驱动，将其单独设计，驱动芯片采用LMD18200。LMD18200T是美国国家半导体公司(NS)推出的专用于直流电动机驱动的H桥组件。同一芯片上集成有CMOS控制电路和DMOS功率器件，利用它可以与主处理器、电机和增量型编码器构成一个完整的运动控制系统。LMD18200T广泛应用于打印机、机器人和各种自动化控制领域。利用它可以轻易实现电机的正反转，还可以利用PWM控制直流电气的转速。LMD18200还可以检测输出电流，可以将输出的电流转变为电压信号传递给主控板，主控板根据反馈的电流可以判断电机是否堵转。光耦隔离主要是为了将控制信号和输出信号隔离开来，以免出现烧毁电路的情况。

3 系统软件设计

本系统节点与节点与节点、节点和上位工控机之间实现通信，必须建立相应的应答机制。当一个节点接收到其它节点或者上位工控机发来的报文帧时，接着完成纵向冗余校验计算和校验。若不正确，则要求重新发送，正确则执行相应的动作并向其它节点或者上位工控机发送响应帧。其它节点或者上位工控机接收到后，完成编号检测，若不正确则重复第一次，重新发送，若正确则等待状态帧的发送。节点在执行动作完毕后，必须向其它节点或者上位工控机发送状态帧，其它节点或者上位工控机收到后，一次应答结束。系统的应答机制如图3所示。

节点在接受到报文时，需要执行相应的动作，涉及主控板动作，主控板程序流程如图4所示。

5 结束语

基于CAN总线的消防联动控制系统能够节约大量人力物力。系统可以根据环境的变化自动控制电动窗，可检测火灾报警信号，及时报警，消防联动。系统控制灵活，既可以群控又可以点控，还可以手动控制。当然系统还有不足之处，需要考虑布线的问题、节点数量，需要。

参考文献

[1]Wang Yi,Wu jian. Application of CAN Bus in Automobile Power Window Control System[J]. Applied Mechanics and Materials Vols. 130-134 (2012) pp 278-281.

[2]CHEN Xu,YIN Xiaofeng,YANG Qichang,LU Han. Development of an Automotive Electric Window Control System Based on CAN Bus[J]. Applied Mechanics and Materials Vols. 602-605 (2014) pp 1240-1243.

[3]曹旭旺,刘永欢,李军等.基于CAN总线的智能电动窗群控系统设计与实现[J].PLC&FA,2015年第8期.

[4]Michael J. Gollner.Detection and Suppression of Fires: A Cornerstone of Fire Protection Engineering. Fire Technology Vol.52 No.5 2016.

[5]Murat Denera;Yunus Özköka;Cevat Bostancıoğlub.Fire Detection Systems in Wireless Sensor Networks.Procedia - Social and Behavioral Sciences.Vol. 195 2015.

作者简介

王玉成 （1991-） 男 工学学士 研究生在读  研究方向：物联网方向