摘 要：提出了一種利用大容量FLASH存儲器存放樓層地址信息的漢字火災(zāi)樓層顯示器。該設(shè)備通過解析火警控制器從CAN總線上發(fā)送來的火警信息，在漢字液晶上動態(tài)實時地顯示火警發(fā)生地點和報警類型。詳細介紹了火災(zāi)報警系統(tǒng)中樓層顯示器的軟硬件組成。 關(guān)鍵詞：火災(zāi)報警;CAN總線;樓層顯示器;FLASH;漢字液晶 Abstract: A Chinese fire indicator which used a large-capacity FLASH for floor address information is proposed. This device analyses information from fire alarm controller through CAN Bus, and displays occurent fire addresses and alarm types on Chinese LCD module dynamically and in real time. The software and hardware architecture of fire indicator is introduced in detail. Keywords: Fire alarm; CAN Bus; Fire indicator; FLASH; Chinese LCD 1 引言 　　火災(zāi)樓層顯示器作為火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的重要組成部分，是一種安裝在樓層或獨立防火區(qū)中的數(shù)字式火災(zāi)報警顯示裝置。它通過報警總線與火災(zāi)報警控制器相連，處理并顯示報警總線上的數(shù)據(jù)?；馂?zāi)樓層顯示器中的內(nèi)置單片機將接收到的總線信息進行判斷、分析和處理，將報警的探測器地址編號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的火警地點信息（例如房間號和房間類型等），連同火警類型一道通過液晶顯示出來，同時發(fā)出聲光報警信號，通知失火區(qū)域的人員。 　　目前國內(nèi)現(xiàn)有的火災(zāi)樓層顯示器大都以51單片機作為MCU。因為ROM尋址空間所限，火災(zāi)樓層顯示器大都只能顯示火警所在樓層號和地址號，無法以直觀的漢字信息提示情況各異的具體火警地點。如果將漢字信息通過總線分發(fā)到各個樓層顯示器，巨大的通訊量又會給火警系統(tǒng)總線帶來沉重負荷，導(dǎo)致整個火警系統(tǒng)效率低下，延誤火警上報時機。本文提出了一種基于CAN總線的大容量漢字火災(zāi)樓層顯示器，很好的解決了上述問題。 2 火災(zāi)報警系統(tǒng)總體功能描述 　　火災(zāi)報警控制系統(tǒng)中，中央火警控制器通過CAN總線和各個單元進行實時通訊并完成各項控制和報警功能。單元是火災(zāi)探測器、手動報警按鈕、輸入輸出模塊、樓層顯示器等設(shè)備的總稱。它們是系統(tǒng)終端，直接探測火災(zāi)信號，并通過通道上報給控制器，同時接收由各種通道轉(zhuǎn)發(fā)控制器給單元的聯(lián)動信息（啟動輸入輸出模塊控制的滅火裝置）、顯示信息（樓層顯示器顯示火災(zāi)信息）等。通道是回路模塊、轉(zhuǎn)接模塊和總線控制盤等設(shè)備的總稱。它們是控制設(shè)備和終端的通道，是拓撲網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的中繼設(shè)備?；馂?zāi)報警控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和樓層顯示器在系統(tǒng)的中的位置如圖1所示。 [align=center] 圖1 火災(zāi)報警控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及樓層顯示器所在位置顯示[/align] 3 系統(tǒng)功能及硬件描述 3.1 漢字樓層顯示器硬件設(shè)計方案 　　如圖2所示，漢字樓層顯示器包括單片機及其外圍電路，CAN總線模塊， FLASH存儲器，漢字液晶模塊，UART接口，以及燈和按鍵，蜂鳴器。單片機可通過UART接收PC上傳下來的漢字信息，存儲到FLASH中作為地址信息的查詢數(shù)據(jù)庫。通過CAN控制器MCP2510和CAN總線驅(qū)動器PCA82C250組成的CAN通信模塊和火災(zāi)報警控制器進行CAN總線通信。如果有火警發(fā)生，單片機將記錄火警信息，查詢FLASH得到火警發(fā)生的漢字地址信息，并在漢字液晶上滾動顯示火警和信息查詢結(jié)果。同時，發(fā)生火警時還可通過查詢鍵快速查詢火警信息，通過蜂鳴器報警，通過消音鍵消音，并點亮發(fā)光二極管報警。未發(fā)生火警時，通過自檢鍵自檢可以檢查各個功能是否能正常工作。 [align=center] 圖2 漢字樓層顯示器結(jié)構(gòu)框圖[/align] 3.2 FLASH存儲器電路設(shè)計 　　FLASH選用的SST29SF040是SST公司推出的高速可編程閃存。它符合JEDEC標(biāo)準(zhǔn)，具有512K×8 Bits的存儲結(jié)構(gòu);芯片擦除及寫入的時間快，整片擦除只需70毫秒，段擦除只需18毫秒，字編程寫入時間僅為14微秒;可靠性高，能夠重復(fù)寫100，000次，數(shù)據(jù)可以保存100年不丟失。 　　SST29SF040的容量是512K Bytes，而51系列單片機的ROM直接尋址范圍是64K Bytes，如果不加以處理而直接使用，將會浪費大量的存儲空間。我們使用了一種分頁存儲方式，使得FLASH存儲空間得以充分利用，大大擴充了單片機ROM尋址范圍。按照每條漢字信息占用32個Bytes計算，理論上可以最大存儲16384條火警地址信息，足以應(yīng)付絕大多數(shù)復(fù)雜的工程環(huán)境。圖3為存儲器電路，最高位地址線A16-A18接單片機的P1.0-P1.2，因而FLASH存儲器實現(xiàn)了8頁，每頁64K的外部存儲結(jié)構(gòu)。在每次讀寫FLASH時，將P1.0-P1.2賦不同的值即可實現(xiàn)不同的頁選。假設(shè)page為待選取的頁號變量（0-7），在Keil Cx51中通過下列語句即可實現(xiàn)讀寫前的選頁操作：P1 = （P1 & 0xf8） | page; [align=center] 圖3 FLASH存儲器分頁存儲電路[/align] 3.3漢字液晶顯示模塊設(shè)計 　　我們選用金鵬電子公司的OJM2＊8A漢字液晶模塊作為顯示設(shè)備。OJM2＊8A中文液晶顯示模塊內(nèi)含GB 2312的15＊15點陣國標(biāo)一、二級簡體漢字和 8＊8點陣及8＊16點陣ASCII字符，用戶輸入GB2312區(qū)位碼或ASCII碼即可實現(xiàn)文本顯示。每個漢字的區(qū)位碼只占用兩個字節(jié)，是原來漢字點陣所需存儲單元的1/16。 　　漢字液晶模塊接口協(xié)議為請求/應(yīng)答（REQ/BUSY）握手方式。應(yīng)答B(yǎng)USY高電平（BUSY =1）表示液晶模塊忙于內(nèi)部處理，不能接收用戶命令;BUSY低電平（BUSY =0）表示液晶模塊空閑，等待接收用戶命令。發(fā)送命令到液晶模塊可在BUSY =0后的任意時刻開始，先把用戶命令的當(dāng)前字節(jié)放到數(shù)據(jù)線上，接著發(fā)高電平REQ信號（REQ =1）通知液晶模塊處理當(dāng)前數(shù)據(jù)線上的命令或數(shù)據(jù)。液晶模塊在收到外部REQ高電平信號后立即讀取數(shù)據(jù)線上的命令或數(shù)據(jù)，同時將應(yīng)答線BUSY 變?yōu)楦唠娖?，表明模塊已收到數(shù)據(jù)并正在忙于對此數(shù)據(jù)的內(nèi)部處理。此時用戶對模塊的寫操作已經(jīng)完成，用戶可以撤消數(shù)據(jù)線上的信號并可作模塊顯示以外的其他工作，也可不斷地查詢應(yīng)答線BUSY是否為低（BUSY=0 ?），如果BUSY=0，表明模塊對用戶的寫操作已經(jīng)執(zhí)行完畢，可以再送下一個數(shù)據(jù)。如向模塊發(fā)出一個完整的顯示漢字的命令，包括坐標(biāo)及漢字代碼在內(nèi)共需5個字節(jié)。模塊在接收到最后一個字節(jié)后才開始執(zhí)行整個命令的內(nèi)部操作，因此最后一個字節(jié)的應(yīng)答B(yǎng)USY 高電平（BUSY =1）持續(xù)時間較長。對液晶模塊寫漢字時序圖如圖4所示。 [align=center] 圖4 對液晶模塊寫漢字時序圖[/align] 3.4 CAN總線通訊模塊設(shè)計 　　我們選擇Microchip公司的MCP2510CAN控制器和Philips公司的PCA82C250CAN收發(fā)器構(gòu)建CAN總線通訊模塊。MCP2510支持CAN2.0A/B協(xié)議，可接收和發(fā)送2.0協(xié)議下的標(biāo)準(zhǔn)幀、擴展幀和遠程幀。MCP2510擁有三個發(fā)送緩沖區(qū)和兩個接收緩沖區(qū)，可以進行接收濾波和消息管理，防止過度發(fā)送和過度接收形成擁塞。其最大的優(yōu)點是擁有傳輸速率可達5Mb/S的SPI端口，節(jié)省MCU端口，提高通信速度。Philips公司的82C250CAN總線收發(fā)器可與MPC2510無縫連接，它有高速模式，斜率控制模式和延時模式。經(jīng)過多次的實驗證實其工作在斜率控制模式下最為穩(wěn)定，速度也能構(gòu)滿足系統(tǒng)10Kbps的傳輸速率。 [align=center] 圖5 CAN總線通信電路[/align] 　　CAN總線通訊模塊電路如圖5所示，單片機通過I/O口直接和MCP2510的SPI口相連，用軟件模擬實現(xiàn)SPI接口協(xié)議。PCA82C250作為MCP2510與物理CAN總線的接口。如果需要進一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力，可在MCP2510和PCA82C250之間加一個光電隔離器。 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 　　漢字樓層顯示器軟件功能主要是1.將串口發(fā)送下來的漢字信息文件寫入FLASH存儲。2.和火災(zāi)報警控制器進行CAN通信，如果發(fā)現(xiàn)有火警信息，則查找FLASH中的漢字地址信息，予以顯示在漢字液晶上報警，如有多條火警信息，則滾動顯示各條信息。 [align=center] 圖6 漢字樓層顯示器軟件流程圖[/align] 　　圖6是漢字樓層顯示器軟件流程圖。用page（值為0-7）表示讀寫的FLASH頁，用count（值為0-65535）表示每頁頁內(nèi)地址。其中page0-page6用來存儲通過串口下載的漢字信息，page7用來存儲接收到的火警等動態(tài)信息。一旦接收到新火警，即查詢FLASH中相應(yīng)的漢字信息，并在液晶上滾動顯示。 　　為了快速定位所查詢的火警漢字地址信息，我們采用數(shù)組結(jié)構(gòu)存儲。盡管這樣會因為實際火警地址不等長，而造成存儲中出現(xiàn)一些空地址，存儲效率不高，但是由于我們對數(shù)組的查找是一種可以直接定位的快速查找，不用采用鏈表之類的復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，也避免了二分檢索之類復(fù)雜的搜索算法。對于單片機而言，實質(zhì)上是以比較小的空間為代價換來了比較高的時間效率，還是十分值得的。 5 結(jié)語 　　本文提出的基于CAN總線的大容量漢字火災(zāi)樓層顯示器，較好的解決了現(xiàn)有火災(zāi)樓層顯示器的缺陷。對大于51單片機ROM 64K尋址空間的數(shù)據(jù)存儲需求，采取分頁存儲的訪問方式可以很好的解決這個問題。通過在FLASH中存儲大容量數(shù)據(jù)信息，可以避免因為CAN總線上通訊數(shù)據(jù)流量過大而導(dǎo)致火警不能及時傳達，延誤報警時機。而且FLASH中的漢字信息可以通過串口在線擦寫，便于現(xiàn)場調(diào)試。目前產(chǎn)品已經(jīng)投入實用，用戶反應(yīng)運行良好。 參考文獻 　　[1] 朱明，王殊. 一種基于CAN總線的大型火災(zāi)報警系統(tǒng)下位網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計與實現(xiàn). 消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，2003，（12）：5～8 　　[2] 王立峰，王曉平，耿慶波，彭熙偉. 基于CAN總線的客房通信控制器的設(shè)計.微計算機信息，2005，（16）：3～7 　　[3] 徐愛鈞，彭秀華編著. 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