基于STM32的CAN總線式可燃氣體報警器設計

創新者：伍東亮 周 旭

基于STM32的CAN總線式可燃氣體報警器設計

創新者：伍東亮 周 旭

可燃氣體報警器也稱氣體泄露檢測報警儀器。當工業環境、日常生活環境中可燃性氣體發生泄露，可燃氣體報警器檢測到可燃性氣體濃度達到報警器設置的報警值時，可燃氣體報警器就會發出聲、光報警信號，來提醒采取人員疏散、強制排風、關停設備等安全措施。CAN總線比485總線可靠性更高?？偩€式可燃氣體報警器主要由氣體報警控制器和氣體報警探測器兩大部分組成。

可燃氣體屬于易燃易爆危險物品，如果發生可燃氣體泄漏，則給我們的生命財產帶來巨大的安全隱患。當可燃氣體發生泄漏，可燃氣體與空氣中的氧氣在一定的濃度范圍內均勻混合，形成預混氣，遇著火源就會發生爆炸。如果我們能夠通過設備進行環境中可燃氣體的泄漏檢測，則可及時發現隱患，通過報警來提醒人員疏散、啟動排風，關閉氣體管道等措施，可將損失降到最低?？偩€式可燃氣體報警器主要由氣體報警控制器和氣體報警探測器兩大部分組成。

系統結構與功能

總線式可燃氣體報警器主要由氣體報警控制器和氣體報警探測器兩大部分組成。

氣體報警探測器主要負責氣體泄漏探測，主要由LPC11C24 32位Cortex M0單片機和MC105型催化元件傳感器構成。LPC11C24單片機負責實時監控MC105型催化元件傳感器采集的氣體濃度，如果氣體濃度超過警戒濃度，則將監控點坐標和濃度值通過CAN總線發送給可燃氣體報警器。氣體報警探測器結構圖如圖1所示。

總線式可燃氣體報警器主要負責采集各氣體報警探測器的數據，并根據采集的數據進行預警處理?？偩€式可燃氣體報警器帶有液晶顯示屏，可以通過按鍵進行報警信息查詢和參數設置。報警器帶有聲光報警裝置，同時帶有防侵入安全監測。其系統結構圖如圖2所示。

系統硬件設計

氣體報警探測器硬件設計

氣體報警探測器處理器是32位Cortex M0單片機LPC11C24，LPC11C24芯片帶有完整的CAN節點，集成了CAN收發器，同時帶有CAN和CANopen驅動，支持即插即用，能方便的進行組網；同時，它還帶有 8通道10位數模轉換器，每秒400K次采樣速度，可以快速的進行氣體采樣。

圖1　氣體報警探測器結構圖

圖2　可燃氣體報警器結構圖

氣體采樣采用MC105型催化元件傳感器，MC105型催化元件根據催化燃燒效應的原理工作，由檢測元件和補償元件配對組成電橋的兩個臂，遇可燃性氣體時檢測元件電阻升高，橋路輸出電壓變化，該電壓變量隨氣體濃度增大而成正比例增大，補償元件起參比及溫濕度補償作用。MC105傳感器直接與LPC11C24的AD采樣引腳相連，其基本采樣電路如圖3所示。

氣體報警探測器帶有數據存儲單元，用來存儲一定時間內的氣體采樣結果，存儲芯片為I2C存儲器24C02。24C02存儲容量為256個字節。其電路圖如圖4所示。

LPC11C24的編程調試有兩種方式，分別是JTAG和SWD調試。JTAG調試需要占用IO口多，標準的JTAG接口為20P， SWD調試只需5根線，分別是電源、地、復位、數據和時鐘線。JTAG接口占用電路板面積大，氣體報警探測器要求盡可能的縮小體積，所以選用SWD調試方式。其電路圖如圖5所示。

圖3　MC105型催化元件傳感器測試電路

圖4　24C02電路圖

圖5　SWD調試接口

氣體報警控制器硬件設計

氣體報警控制器處理器為Cortex-M3 內核的STM32F107VCT6，支持CAN通訊。氣體報警控制器主要完成數據顯示、歷史數據存儲和查詢、報警輸出等功能。

圖6　報警控制電路圖

數據顯示采用256*128點陣液晶，能顯示多路探測頭的當前采用數據，歷史報警數據等，采用4個獨立按鍵，能對歷史數據進行查詢操作和設置報警閥值。

報警器采用LC246芯片，LC246是四模擬聲報警集成電路，能根據AD采樣結果發出不同頻率的報警聲，表示氣體泄漏的不同程度。其中，第3腳OSC_1與第6腳OSC_2為外接振蕩電阻端，第7腳SL_1、第八腳SL_2為選聲端，選聲端接不同電平，可分別產生警車聲、救護車聲、消防車聲和短促的報警聲；NC為空腳端；Vss為電源負端，Vcc為電源正端。其控制電路如圖6所示。

氣體報警控制器與氣體報警探測器探頭之間采用CAN通訊，STM32F107VCT6內部已集成CAN收發器，我們只需要通過CAN_H和CAN_L與氣體報警探測器探頭CAN總線相連即可。

結語

基于STM32的CAN總線式燃氣報警器的設計，與之前傳統的基于485總線的燃氣報警器有明顯的改進與提高，485總線抗干擾能力差，一個節點故障會導致整個系統癱瘓，而CAN總線有CAN控制器，可以對總線任何錯誤進行檢測，都會向總線發送信息，告訴其他節點這個數據是錯誤的，有效的保護總線通訊。基于STM32的CAN總線式燃氣報警器的設計能迅速準確的發現險情和發送報警信息，有限的保護人員和財產的安全。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.15.037