基于STM32的CAN总线式可燃气体报警器设计

2015-11-02创新者伍东亮

中国科技信息 2015年15期

创新者：伍东亮周旭

创新者：伍东亮周旭

可燃气体报警器也称气体泄露检测报警仪器。当工业环境、日常生活环境中可燃性气体发生泄露，可燃气体报警器检测到可燃性气体浓度达到报警器设置的报警值时，可燃气体报警器就会发出声、光报警信号，来提醒采取人员疏散、强制排风、关停设备等安全措施。CAN总线比485总线可靠性更高。总线式可燃气体报警器主要由气体报警控制器和气体报警探测器两大部分组成。

可燃气体属于易燃易爆危险物品，如果发生可燃气体泄漏，则给我们的生命财产带来巨大的安全隐患。当可燃气体发生泄漏，可燃气体与空气中的氧气在一定的浓度范围内均匀混合，形成预混气，遇着火源就会发生爆炸。如果我们能够通过设备进行环境中可燃气体的泄漏检测，则可及时发现隐患，通过报警来提醒人员疏散、启动排风，关闭气体管道等措施，可将损失降到最低。总线式可燃气体报警器主要由气体报警控制器和气体报警探测器两大部分组成。

系统结构与功能

总线式可燃气体报警器主要由气体报警控制器和气体报警探测器两大部分组成。

气体报警探测器主要负责气体泄漏探测，主要由LPC11C24 32位Cortex M0单片机和MC105型催化元件传感器构成。LPC11C24单片机负责实时监控MC105型催化元件传感器采集的气体浓度，如果气体浓度超过警戒浓度，则将监控点坐标和浓度值通过CAN总线发送给可燃气体报警器。气体报警探测器结构图如图1所示。

总线式可燃气体报警器主要负责采集各气体报警探测器的数据，并根据采集的数据进行预警处理。总线式可燃气体报警器带有液晶显示屏，可以通过按键进行报警信息查询和参数设置。报警器带有声光报警装置，同时带有防侵入安全监测。其系统结构图如图2所示。

系统硬件设计

气体报警探测器硬件设计

气体报警探测器处理器是32位Cortex M0单片机LPC11C24，LPC11C24芯片带有完整的CAN节点，集成了CAN收发器，同时带有CAN和CANopen驱动，支持即插即用，能方便的进行组网；同时，它还带有 8通道10位数模转换器，每秒400K次采样速度，可以快速的进行气体采样。

图1　气体报警探测器结构图

图2　可燃气体报警器结构图

气体采样采用MC105型催化元件传感器，MC105型催化元件根据催化燃烧效应的原理工作，由检测元件和补偿元件配对组成电桥的两个臂，遇可燃性气体时检测元件电阻升高，桥路输出电压变化，该电压变量随气体浓度增大而成正比例增大，补偿元件起参比及温湿度补偿作用。MC105传感器直接与LPC11C24的AD采样引脚相连，其基本采样电路如图3所示。

气体报警探测器带有数据存储单元，用来存储一定时间内的气体采样结果，存储芯片为I2C存储器24C02。24C02存储容量为256个字节。其电路图如图4所示。

LPC11C24的编程调试有两种方式，分别是JTAG和SWD调试。JTAG调试需要占用IO口多，标准的JTAG接口为20P， SWD调试只需5根线，分别是电源、地、复位、数据和时钟线。JTAG接口占用电路板面积大，气体报警探测器要求尽可能的缩小体积，所以选用SWD调试方式。其电路图如图5所示。

图3　MC105型催化元件传感器测试电路

图4　24C02电路图

图5　SWD调试接口

气体报警控制器硬件设计

气体报警控制器处理器为Cortex-M3 内核的STM32F107VCT6，支持CAN通讯。气体报警控制器主要完成数据显示、历史数据存储和查询、报警输出等功能。

图6　报警控制电路图

数据显示采用256*128点阵液晶，能显示多路探测头的当前采用数据，历史报警数据等，采用4个独立按键，能对历史数据进行查询操作和设置报警阀值。

报警器采用LC246芯片，LC246是四模拟声报警集成电路，能根据AD采样结果发出不同频率的报警声，表示气体泄漏的不同程度。其中，第3脚OSC_1与第6脚OSC_2为外接振荡电阻端，第7脚SL_1、第八脚SL_2为选声端，选声端接不同电平，可分别产生警车声、救护车声、消防车声和短促的报警声；NC为空脚端；Vss为电源负端，Vcc为电源正端。其控制电路如图6所示。

气体报警控制器与气体报警探测器探头之间采用CAN通讯，STM32F107VCT6内部已集成CAN收发器，我们只需要通过CAN_H和CAN_L与气体报警探测器探头CAN总线相连即可。

结语

基于STM32的CAN总线式燃气报警器的设计，与之前传统的基于485总线的燃气报警器有明显的改进与提高，485总线抗干扰能力差，一个节点故障会导致整个系统瘫痪，而CAN总线有CAN控制器，可以对总线任何错误进行检测，都会向总线发送信息，告诉其他节点这个数据是错误的，有效的保护总线通讯。基于STM32的CAN总线式燃气报警器的设计能迅速准确的发现险情和发送报警信息，有限的保护人员和财产的安全。