基于CAN总线的分布式船舶火灾自动监控系统

1、 基于CAN 总线的分布式船舶火灾自动监控系统【摘 要】提出一种基于can 总线的分布式船舶火灾自动监测系统，采用感温探测器，火焰探测器，感烟雾火警探测器来监测船舶的各类火情，使用stm32 cortex-m3处理器实现火灾的探测、报警、联动控制和远程监测，can 总线和cortex-m3处理器的使用大大提高了系统的实时性和可靠性。【关键词】船舶; 火灾监控;can 总线; 分布式随着航运业的快速发展以及各大航运中心建设的大前提下，船舶业朝着大型化、专业化及自动化方向发展，船舶自动化技术产业已成为当今世界主要海洋强国的支柱产业之一。船舶自动化程度越高，使得各控制系统，监控系统，导航系统，各种设

2、备间形成一个有机的整体，各系统的有序运转对船舶设备、船员的安全都至关重要，而火灾作为一种常见隐患，一旦发生，对保证船舶设备和船员的安全有着重大意义。can （controller area network,控制器局域网）总线是一种串行通讯协议，能有效地支持具有很高安全等级的分布实时控制。can的应用范围很广，其高性能和可靠性已被广泛认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。本文针对船舶常见的火灾事故隐患，提出一种基于can 总线的分布式船舶火灾自动监控系统，系统可以远程监控火情，可以在火灾出现时现场发出声光报警及切断相关设备的电源、启动排烟装置、 打开喷淋装置等相关联动

3、操作。1. 系统结构船舶火灾自动监控系统由火灾探测传感器、监控系统控制器、现场监控单元、联动单元、远程监控单元等组成。系统的使用基于can 总线的通信网络，每个火灾现场检测单元均包含一个can 节点，发生火情时，监控系统控制器得知火情，并在第一时间控制报警装置发出声光报警及现场联动装置。一方面，可以通知工作人员发生火情；另一方面，消防联动控制器控制消防电气设备启动灭火设施。使用can 总线的分布式智能化火灾监测系统，可以避免较一般报警系统监测报警系统都存在系统结构复杂、电缆过多、延伸报警不方便等缺点1。2. 火灾探测单元船舶内环境空间小，由于绝大部分火灾发生时都伴随一定的发热现象，都有一定的温

4、度升高，因此可以通过不同的传感器采集烟雾、温度数据等火灾数据。可根据实际情况选择感温探测器，感烟探测器，火焰探测器或其组合，以达到最佳的探测效果。2.1感温型探测器的使用感温型探测器是利用热敏元件来探测火情的。根据其感热效果和结构型式可分为定温式, 差温式及差定温式三种。定温探测器用于检测温度是否超过了某个设定值，差温式探测器 用于检测温度上升速率是否超过某个规定值，而差定温式探测器则结合了定温和差温两种作用原理并将两种探测器结构组合在一起。感温探测器常用的感应传感器有双金属片、易熔金属、热电偶热敏半导体热敏电阻等原件，其中最常用的是热敏电阻。感温探测器工作比较稳定，不易受非火灾性烟尘雾气等干

5、扰，误报率低，可靠性高。2.2火焰探测器火焰探测器有红外火焰探测器和紫外火焰探测器两种。它由于响应速度快，探测范围广而获得广泛应用。紫外光波长较短，比较适宜活泼金属及金属氧化物火灾的探测。而红外火焰探测器，由于其探测波长较长，较适合含碳类液体火灾的探测。2.3感烟式探测器烟雾传感器就是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范的，常见的烟雾探测器有光电式和离子式，探测光源发出的光在无烟雾和有烟雾的情况下分别被两个光敏元件接收，光敏元件将光信号转换成电信号后对比判断即可探测到有无烟雾。离子型探测器的工作原理是:当有烟雾发生时，离子室的离子流随烟雾的大小而发生相应的变化，其基准输出点的电位也随之发生变化，这

6、样，离子室就将烟雾的物理量的变化转化成一个电量的变化3 ，从而检测到火警的发生。3. 现场监控单元 3.1现场监控单元硬件分布式火灾报警系统的一个典型特征是现场检测单元中有微处理器，具有一定的智能，可以自动报警，这是当前火灾报警系统的发展趋势4。控制器使用意法半导体公司的stm32105互联型cortex-m3 处理器，cpu 时钟达到72mhz ，它拥有2个can 接口， 2个i2c ，5个uart,3个spi 接口，其丰富的通信接口，使之非常适合用于互联设备的控制器。can 总线收发器采用sn65hvd230，它是德州仪器公司生产的3.3vcan 收发器，该收发器具有差分收发能力，适用于较

7、高通讯速率、良好抗干扰能力和高可靠性can 总线的串行通信。当发生火灾时，微控制器接受到来自感温探测器、火焰探测器、烟雾探测器或者现场人员的手动报警信息，控制报警装置发出报警信号，同时通过控制现场联动，执行排烟、喷淋、化学灭火或断电等动作，及时对火灾做出第一响应，将灾害降低到最小。3.2通信网络火灾监控系统是基于can 总线构建的，通信网络也是依照开放系统互连规范按层次结构设计的。考虑到作为工业测控底层网络，其信息传输量相对较少，信息传输的实时性要求较高，网络连接方式先对较简单，因此，can 协议定义了iso/osi参考模型的物理层及数据链路层5。 can 收发器和can 控制器完成了物理层和

8、数据链路层的功能，而应用层的功能是由can 总线的实际应用中由用户决定的。在本系统中，can 总线上传输的火灾温度、火灾类型、火灾地点、时间、报警控制、联动操作控制等数据构成了osi 7层结构中的应用层。4. 软件设计各个can 节点软件功能包含现场报警信息的采集判断，现场联动控制，以及can 总线协议osi 7层结构中应用层的实现。stm32105的can 总线控制器含有2个3级深度fifo ，can 报文的接收使用fifo 来处理，即使接收到的数据太多，cpu 还未来得及处理，也不会造成can 报文的丢失。can 节点使用id 列表过滤方式来实现数据过滤，列表中设置一个共同的广播地址和一个can 节点地址，每个can 节点只处理广播数据以和与自己地址匹配的数据，跳过大量与自己无关的数据。5. 小结系统中使用了感温探测器，火焰探测器和烟雾火警探测器相结合