在社会经济高速发展的今天 ,高大空间建筑越来越多 ,如展览中心、影剧院、体育场馆、仓库等。大空间建筑由于其本身结构特殊、设施复杂 ,火灾隐患较多 ,而且发生火灾后不易及时发现和有效扑救 ,往往会造成巨大的经济损失和人员伤亡。考虑到其它灭火剂的性能和用量的要求 ,水灭火仍然是大空间建筑最好的灭火方式。因此 ,对于大空间建筑来说 ,采用具有火灾自动探测功能的智能消防水炮系统是一个较好的方案。

智能消防水炮系统的工作原理是通过前端探测系统采集现场红外图像 ,中央控制器采用图像处理的手段对发生在控制区域内的火灾进行侦测和定位 ,打开相应的联动设备并控制水炮进入喷水灭火操作。系统各部分分布于控制现场不同的位置 ,因此 ,各个部分之间的通信是保证整个系统能够正常工作的前提。

CAN总线作为一种技术先进、可靠性高、成本低且功能完善的通讯控制方式 ,已被汽车电子、自动控制、智能楼宇等各个领域广泛采用。但是 CAN-Bus只规定了物理层和数据链路层 ,其本身并不是一个完整的协议 ,要进行高效率的通信 ,必须有高层协议的支持。CANOPEN是由从事工业控制的 CIA( CAN inAutomation)会员开发一种开放的、标准化的高层 CAN协议。在近年来获得了迅猛的发展 ,尤其是在欧洲 ,CANOPEN协议在基于 CAN的工业系统中占领导地位。依靠 CANOPEN协议的支持 ,可以使不同厂商的设备通过总线进行配置 ,从而大大增强了 CAN网络的通用性。

将 CANOPEN协议应用于智能消防炮系统中 ,不仅可以解决系统中各个部分之间的互联问题 ,同时还可以提高整个系统通信的可靠性、实时性。此外 ,由于采用了 CANOPEN协议 ,提

李华嵩 :在读硕士研究生 高了整个系统的标准化开放化程度 ,因此 ,对整个系统进行扩充就更加方便。

2 CANOPEN协议的剖析

CANOPEN假定 CAN网络的节点硬件有 ISO11898规定的

2.1CANOPEN的核心 ——

—对象字典

在 CANOPEN中,引入了对象字典的概念。CANOPEN网络

网络节点的对象字典保存在电子数据单或者设备配置文

2.2 CANOPEN的通讯模式

2.2.2服务数据对象 ( SDO) 服务数据对象用来建立两个 CANOPEN设备之间基于客

户 /服务器机理的点对点通讯。通过服务数据对象 ,客户方可以访问服务器方的对象字典。一个服务数据对象用两个带有不同标识符的 CAN数据帧。服务数据对象允许传输任意大小的数据,有两种传送机制 ,加速传送机制用来一次传送小于等于四个字节的数据 ,分段传送机制用来传送大于四个字节的数据。

2.2.3过程数据对象 ( PDO)

过程数据对象用来传递实时数据 ,它是 CANOPEN最基本的数据传送方式 ,数据传送限制在 1到 8个字节。数据由一个生产者发出 ,可以有一个或者多个消费者。 PDO的通讯有两种,读 PDO和写 PDO,写 PDO被映射到一个 CAN数据帧 ,读 PDO被映射到一个 CAN远程帧 ,这个远程帧被数据帧所响应。触发 PDO传输的方式有三种 :事件或定时器触发模式 ;远程请求触发模式 ;同步触发模式。在节点的对象字典中 ,对每个 PDO都有明确的描述 ,这样 ,发送方和接收方都可以解释 PDO的具体内容。PDO的标识符具有高优先级以确保良好的实时性。

2.2.4特殊功能对象

2.3 CANOPEN的设备模型

CANOPEN的设备模型可以分为三个部分 :通讯接口及协议软件、对象字典、过程接口和应用程序。其中 ,通讯接口和协议软件提供通设备和总线之间的连接服务 ,对象字典描述了所有的数据类型、通讯对象和设备用到的应用对象 ,它提供了和应用软件的接口 ,过程接口和应用程序提供了设备内部的控制机制。它们之间的关系如图 1所示。

3智能消防水炮系统通讯模型的实现

3.1智能消防水炮节点硬件设计

整个消防水炮系统包含了十四个节点 ,它们构成一个 CAN网络。工业控制计算机为网络主节点。由它来协调系统中各个分节点的动作。工控机通过一块CAN通讯卡挂接在 CAN网络上。系统中一共包含了十二个消防炮分节点。在各个分节点中 ,包含一台红外 CCD摄像机、一门消防水炮、两台步进电机和一台直流电机。各个分节点中节点控制模块的硬件系统如图 2所示。

CAN控制器采用了 PHILIPS公司生产的应用于汽车和一般工业环境的独立 CAN总线控制器 ,它支持基本型 CAN模式和增强型 CAN模式。它具有完成高性能CAN通信协议所要求的全部必要特性。CAN总线驱动器 80C250是 CAN控制器和物理总线之间的接口 ,可以提供对总线的差动发送和接收功能。而且 ,CAN控制器 SJA1000和 CAN总线驱动器 80C250之间是通过高速光耦 TL113相连 ,这样就很好的实现了总线上各个 CAN节点间的电气隔离。不过 ,光耦部分电路所采用的两个电源必须也完全隔离 ,否则就失去了采用光耦的意义。

3.3节点软件实现

3.4网络初始化流程 CANopen网络的初始化流程如图 3所示 :在智能消防炮网络中 ,每个节点在上电和内部初始化后自

4结束语

智能消防水炮系统作为大空间建筑的重要消防设施 ,近年

来越来越受到人们的重视。而 CAN总线在各个领域都有很好

的应用前景 ,CANopen是一种公开的协议。将 CANopen应用层

协议应用于消防水炮系统的设计中 ,不仅可以提系统通讯的效

率和通讯的可靠性 ,而且能够据推动智能消防水炮系统以

CANopen协议为平台标准化。

本文作者创新点 :首次将 CAN总线和 CANopen协议应用

于智能消防水炮系统的设计。