基于CAN总线的电气火灾监控系统设计

1 引言

　　据《中国火灾统计年鉴》统计，自1993～2002年全国范围内共发生电气火灾203780起，占火灾总数近30%，在所有火灾起因中居首位。我国的电气火灾大部分是由短路引发的，特别是接地电弧性短路事故。采取确实可行的方法预防和遏制电气火灾的发生已刻不容缓。

　　在各类建筑及其它领域中广泛应用安装电气火灾监控器，能有效预防和减少漏电引起的电气火灾。应用在线检测技术，可长年不间断地检测用电线路的过电流、漏电电流等参数，能随时掌握电气线路或电气设备电气火灾危险参数的变化情况、故障和异常状态，及时发现电气线路的火灾隐患，消除隐患，防患于未然，保护国家和人民生命财产的安全。

2 电气火灾监控系统组成

　　系统由电气火灾集中控制器，主控制器，支路控制器，以及信号采集调理部分组成。系统组成框图如图1所示。

图1 系统组成框图

　　电气火灾监控集中控制器采用带触摸屏嵌入式工控机，人机界面使用mcgs组态软件，采用can总线与电气火灾主控制器进行通讯。主控制器完成键盘输入，对支路控制器传输的数据进行处理，及时将各支路状态发送给集中控制器,以及在lcd实时显示被监控线路的各种运行状态及参数，并准确地记录下被监控线路运行状态的变化、故障特征、故障地址、时间等历史数据。支路控制器负责a/d转换，并进行数字滤波，比较分析线路的过电流、漏电流等状态特征，做出相应预警、报警、脱扣动作,并与主控制器通过i2c总线完成双向通信。信号采集及调理部分采用高精度电流互感器、漏电电流互感器对电信号进行采样，并进行信号调理，电压跟随，光电隔离，将0-5v的标准信号送入ad 转换器。ad转换器采用12位的ti公司ad转换器tlc2543。

3 支路控制器设计

　　支路微处理器选用的是philips lpc932a1单片机,它是基于8051内核的高速、低功耗的8位单片机，其指令执行时间只需2到4个时钟周期。6倍于标准8051器件。支路控制器系统结构框图如图2所示。

图2 支路控制器系统结构框图

　　支路控制器系统中，采用精密电阻对ia、ib、ic、in四路电流互感器的电流信号取样并放大，然后采用精密整流电路将交流电压信号转换为直流电压信号。经单片机处理后将信号通过i2c总线传输至主控制器。

　　由于现场各种干扰因素较多，因此在支路控制器软硬件设计上必须考虑抗干扰问题。抗干扰设计主要包括以下几方面:电源抗干扰设计、单片机抗干扰、过程通道抗干扰设计、印刷电路板及电路的抗干扰设计和软件的抗干扰设计。其中系统电源采用dc-dc变换器得到稳定的±12v和5v直流电压，采用了高速光耦6n137对信号进行隔离，在软件设计中加入了数字滤波器进一步了提高系统的抗干扰能力。