CAN总线在船舶火灾报警系统的应用

在船舶中 船舶主辅机舱和锅炉舱、机舱集控室、帆缆间等都是易发火灾的部位。采用火灾报警系统使得在发生火灾或出现火灾征兆时能发出报警并自动灭火 可以大大减小因为火灾带来的损失。
 
舱室和走廊。它们给火灾报警系统带来了各种干扰 很容易造成报警系统的误报、漏报。这一方面是因为火灾报警系统本身分布范围广 另一方面 在船舶中火灾报警系统联线往往和其它系统联线互相交叉 使得干扰容易串入火灾报警系统。为了降低船舶火灾报警系统的漏报、误报率 需要采用合理的通信控制系统 同时进行良好的软、硬件抗干扰设计。我们利用 总线结合相应的抗干扰措施开发出抗干扰性优良的船舶火灾报警系统。
 
1　CAN总线
CAN 总线最初是德国 公司为解决现代汽车中电子件控设备之间的数据交换于 年推出的高级串行数据通信协议。但由于 总线具有突出的低成本、高性能的特点 其应用范围已不再局限于汽车工业 在过程工业、机械工业、数控机床和传感器等领域得到广泛应用。
CAN 总线技术具有以下特点 :[1]
( 多主工作方式。网络上的节点不分主从 任一节点可在任何时刻主动地向其他节点发送信息。无需站地址;
( 多报文优先级。报文优先级通过 位或 位报文标识符 报文 确定 最高优先级的数据可在
134μ s 内得到传输;
(3) 良好的可靠性。CAN 采用短帧结构 ,受干扰概率低 ,同时每帧信息均有 CRC 校验及其他检错措施。
CAN 节点在错误严重的情况下具有自动关闭的功能 ,避免影响网络上的其他节点;
(4) CAN 总线的通信介质可为双绞线、同轴电缆或光纤 ,选择灵活 ,布线简单。
CAN 总线具有突出的可靠性、实时性和灵活性 ,应用开发方便 ,成为设计火灾报警系统的优先选择。
 
2　CAN总线船舶火灾报警系统软硬件结构
船舶火警系统的结构
整个火警系统网络分为两层 ,第一层网络为探测器总线 ,连接各种火警探测器;第二层为 CAN 网 , CAN 网中主控制器和备份控制器构成多主控制系统 ,当主控制器因出错而关闭时 ,备份控制器接替主控制器进行火警控制。
 
3　火警系统抗干扰性设计
3. 1 　火警系统硬件抗干扰性设计
硬件设计时对系统进行良好的接地与屏蔽 ,可解决大部分干扰问题。采用滤波、隔离等辅助电路则能进一步提高系统的抗干扰能力。
3. 1. 1 电源滤波措施
在船舶交流电网中存在各种干扰。如船舶发动机的启停和变速都会对电网产生干扰。这类干扰幅度大、出现频繁 ,如果不加以抑制 ,将容易引起系统的误操作 ,严重时甚至损坏器件。对于这种干扰 ,采用在系统各器件电源输入端设置直流滤波器的措施 能起到良好的效果。
 
3. 1. 2 光电隔离措施
在船舶上 ,由于火灾报警系统 CAN 总线分布于各个舱室、过道 ,长度较长 ,很可能出现节点对地电位不相等的情况 ,在电位差较大时会影响通信性能甚至损坏通信电路。因此 ,应当在各 CAN 节点收发器与 CAN 总线之间采取光电隔离措施
 
3. 1. 3 看门狗电路
由于干扰或器件本身的原因 ,程序运行可能进入非程序区 ,使得系统失去监控功能 ,即所谓的程序“跑飞”。在 CPU 中设计看门狗电路 ,监控软件每隔一段时间给看门狗送信号使之不产生复位信号。当程序跑飞后 ,监控软件不给看门狗电路送信号 ,看门狗电路就会使控制器复位。
 
3. 2 　软件可靠性设计
 
3. 2. 1 数据处理技术
由于外部突发干扰或内部因素 ,探测器可能采集到错误的数据 ,控制器也可能收到受干扰后的数据 ,从而导致误报警、漏报警。在这种情况下 ,需要对数据的合理性进行检验 ,忽略不合理的数据。
首先 ,在中继器端采用结合上升率和平均值的方法 ,对“畸变”的数据认为是无效数据加以忽略 ,并要求重新采样 ,直到得到合理数据为止。
 
3. 2. 2 软件陷阱
由于干扰或器件本身的原因 ,程序运行可能进入非程序区 ,使得系统失去监控功能。针对这种情况 ,可
以采用软件陷阱技术 ,即在非程序区和不用的中断处设置拦截措施 ,将程序运行引导回复位地址。
 
4　实验
在为某型舰艇设计的火灾报警系统中 ,作者采用了 CAN 总线作为通信控制系统 ,并综合使用前文所述的软、硬件抗干扰措施。在实验和实际使用中 ,整个系统均表现出很好的抗干扰性 ,同时系统报警延迟小、实时性高。
 
5　结论
CAN 总线具有良好的可靠性 ,同时结构简单、设计灵活。其应用在火灾报警系统中有着十分明显的优势。因此利用 CAN 总线结合一定抗干扰措施 ,就能大大提高船舶火灾报警系统的抗干扰性。