现在人们对工作和生活环境不僅要求舒适健康、可靠便利，而且更加看重安全性并利用安防系统来提高家庭抵御各种意外情况的能力。现在的安防系统可借助计算机技术、IC 卡技术、通信技术等来实现CAN总线应用于安防系统对家居智能化发展起到了良好的促进作用。CAN总线是一种应用较为广泛的现场总线它支持多主节点，有完善的错误处理机制通信速率快，传送距离远可挂接控制设备多。而把DTMF 技术应用于安防系统不需要专门的布線，不占用无线电频率资源没有电磁污染。文中设计了一种基于CAN 总线和DTMF技术的以AT89S52单片机为核心的新型总线智能家居居安防系统使原来尛区安防系统的实时性和可靠性有了一个新层次的提高。本系统可以对整个家居的安全环境进行实时监控监控的范围包括室内防盗、火災报警、煤气泄露等一系列不安全因素。一旦有上述事故发生该报警系统就会发出相应的报警信息，用语音播出警情类别向远方用户囷相关部门提供警情语音。
系统框图如图1所示单片机控制DTMF收发电路、数字语音电路、摘挂机控制电路。探测器能够快速、准确地监测到住宅的异常状况经确认后及时通知控制器，再由单片机来控制***接口电路实现模拟摘机，自动拨打预先设置的***号码进行语音报警并通知管理中心当监测到对方回应后，自动恢复警戒状态
图1 家居安防系统框图
系统主控部分采用AT89S52单片机，无需扩展外部存储器看門狗电路采用具有可编程的串行EEPROM - X25045。X25045依次存储了标志字段、话机号码、警情代号、系统设置等数据信息数字语音电路采用数字语音芯片ISD1420。系统中ISD1420仅作为基本录放音电路所以所有的地址线全部置为0， 因此放音的起始地址是0语音信号由驻极话筒拾取，从M IC和M IC REF两端输入芯片内部嘚放大器放大经过功放后的音频信号从SP+ 被用来与通话电路相连，以送出语音信号
3. 1 振铃检测及模拟摘挂机单元
系统并于***线两端，时刻处于监控状态不会影响***的正常工作。当系统接收到振铃信号时会进行振铃检测。振铃信号经三个反相器后接入AT89S52的P3. 4口若5次振铃後无人接听，则系统进入自动摘机状态单片机P1. 2 引脚输出高电平，三极管V501导通则继电器K1动作将负载电阻接入电路实现模拟摘机。此后电話线上就会出现大于10mA的电流交换中心检测到这一电流后就不再输出振铃信号而是转为接通***。如果振铃信号没有达到预设值就消失則单片机的计数值清零，控制器不动作
DTMF收发电路采用DTMF信号编/解码芯片MT8880［ 5］ 芯片，单片机通过DTMF收发电路拨出***号码进行***报警DTMF收发電路如图2所示。
MT8880提供了与微处理器相连的接口以对其发送、接收和工作模式进行控制。它的接收部分采用单端输入由R27、R28和C16 组成，其输叺电压增益为1 通过改变R28可调节输入信号的增益。它的发送部分由R29、C17、C18和XTAL2构成它的控制部分由R30 和C19 构成。IRQ /CP与单片机P3. 5
通话电路使用***机专鼡通话集成电路TEA1062送话时，语音信号（来自ISD1420）通过M IC + 引脚输入DTMF信号（来自MT8880）通过DTMF引脚输入，经过TEA1062 放大后从LN 引脚一起送到***外线上受话時，信号通过消侧音网络从IR 引脚输入，放大后从引脚QR 输出分两路：一路送到ISD1420的ANA IN端供语音录制用，另一路送到MT8880的IN-端提取DTMF信号
CAN 总线数据傳输单元由两部分构成，一部分是CAN控制器实现对总线数据的交互与控制，另一部分是CAN 数据收发器实现数据的网络传输。
单片机AT89S52通过控淛CAN控制器来实现对总线的访问同时还负责功能单元的测量和控制， CAN 总线接口电路如图3所示
图3 CAN总线接口电路
AT89S52通过中断方式访问CAN控制器SJA1000，為了增强CAN总线节点的抗干扰能力SJA1000通过高速光耦6N137与CAN总线驱动器PCA82C50相连。PCA82C50的CANH和CANL引脚各自接了一个5的电阻与CAN总线相连可以起到限流作用，以免PCA82C50受到过电流冲击
系统的软件采用模块化设计，主要包括主程序模块、CAN通信模块、振铃检测模块、语音报警模块、DTMF收发模块等这里主要介绍主程序和CAN通信模块设计。
主程序主要完成各功能模块的调用检测系统输入，然后根据系统状态进行判断处理程序进行主循环之前還要进行必要的初始化，如MT8880、ISD1420、SJA1000相关标志位等主程序流程如图4所示。
CAN通信模块包括控制器初始化、数据接收和发送子程序SJA1000有复位模式囷工作模式两种状态，两种状态下寄存器配置不同当参数设置完后，CPU发出命令SJA1000处于工作状态，进行正常通信如果通信出错，CPU会使SJA1000回箌复位模式接收模块负责节点报文的接收及相关处理。接收过程中CPU会读数据根据命令字判断数据帧的类型进行不同处理。发送模块负責报文的发送SJA1000发送数据前，要判断是否满足发送条件如果满足，则把报文帧信息、标识符和要发送的数据写入缓冲区即可发送。JA 1000的收发流程图如图5所示
本系统以AT89S52单片机为核心，不用对***网进行任何改造实现对家居设防点进行自动检测和语音报警。设计中用CAN总线結构组成安防系统有较好的灵活性和扩展性，同时利用CAN 总线引入实时的数据处理提高了系统的可靠性。可对楼宇可视对讲、智能小区管理、门禁管理等有较大的应用推广价值
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项目应用中总线系统一直鉯其稳定性、可靠性和可扩展性等优势得到集成商的推崇。面对不断成长与变化的市场制造商与集成商都在纷纷转型寻求新的突破点。茬不断变化的外部环境下值得关注的是，总线总线智能家居居产品会有怎样的全新市场机遇
总线智能家居居总线系统基础知识
总线智能家居居在国内市场经过十数年的发展，通过在技术上的不断探讨和研究各项技术与集成衔接已逐渐趋于成熟。总线技术的主偠特点是所有设备通信与控制都基于一条总线是一种全分布式智能控制网络技术，其产品模块具有双向通信能力以及互操作性和互换性，其控制部件都可以编程市场上比较有影响力的总线技术包括RS-485、KNX、、C-Bus、SCS-BUS、LonWorks、Modbus等。总线技术类产品比较适合于楼宇智能化以及小区智能囮等大区域范围的控制其优势在于技术成熟、系统稳定、可靠性高，应用也比较广泛
主流总线系统特色概述
RS-485是一种非常常见嘚总线。在通信距离为几十米到上千米时广泛采用RS-485串行总线标准。它采用平衡发送和差分接受因此具有抑制共模干扰的能力。加上总線收发器具有高灵敏度能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复
市场上一般RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有┅点处于发送状态因此，发送电路须由使能信号加以控制RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线应用RS-485可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器
从智能照明发展的轨迹看，最早的产品一般采用的RS485的技术这是一种串行的通讯标准，洇为只是规定的物理层的电气连接规范每家公司自行定义产品的通讯协议，所以RS485的产品很多但相互都不能直接通讯。RS485一般需要一个主接点通讯的方式采用轮询方式，模块之间采用“手拉手”的接线方式因此存在着通讯速率不高(一般9.6Kbps)，模块的数量有限等问题
KNX是Konnex嘚缩写。1999年5月欧洲三大总线协议EIB、BatiBus和EHSA合并成立了Konnex协会，提出了KNX协议该协议以EIB为基础，兼顾了BatiBus和EHSA的物理层规范并吸收了BatiBus和EHSA中配置模式等优点，提供了家庭、楼宇自动化的完整解决方案
KNX是唯一全球性的住宅和楼宇控制标准。在KNX系统中总线接法是区域总线下接主干線，主干线下接总线系统允许有15个区域，即有15条区域总线每条区域总线或者主干线允许连接多达15条总线，而每条总线最多允许连接64台設备这主要取决于电源供应和设备功耗。每一条区域总线、主干线或总线都需要一个变压器来供电，每一条总线之间通过隔离器来区汾在整个系统中，所有的传感器都通过数据线与制动器连接而制动器则通过控制电源电路来控制电器。所有器件都通过同一条总线进荇数据通信传感器发送命令数据，相应地址上的制动器就执行相应的功能
此外，整个系统还可以通过预先设置控制参数来实现相應的系统功能如组命令、逻辑顺序、控制的调节任务等。同时所有的信号在总线上都是以串行异步传输的形式进行传播也就是说在任哬时候，所有的总线设备总是同时接收到总线上的信息只要总线上不再传输信息时，总线设备即可独立决定将报文发送到总线上KNX有三種结构：线形、树形、和星形。
KNX既能用于最新的楼宇也能用于现有的楼宇并且能用于住宅和楼宇控制中所有可能的功能/应用，包括：照明、多种安全系统的关闭控制、加热、通风、空调、监控、报警、用水控制、能源管理、测量以及家居用具、音响及其他众多领域除此以外，KNX更舒适更安全并且为节约能源和气候保护作出了重大贡献，但KNX总线的成本较高值得一提的是KNX技术于2007年被批准为中国标准GB/Z20965。
LongWorks总线由美国Echelon公司推出并由Motorola、Toshiba公司共同倡导。它采用ISO/OSI模型的全部7层通讯协议采用面向对象的设计方法，通过网络变量把网络通信设計简化为参数设置支持双绞线、同轴电缆、光缆和红外线等多种通信介质，通讯速率从300bit/s至1.5M/s不等直接通信距离可达2700m(78Kbit/s)，被誉为通用控制网絡到2010年时已有9千万个设备使用LonWorks网络技术。
LonWorks总线技术采用的LonTalk协议被封装到Neuron神经元的芯片中并得以实现。在总线智能家居居领域其朂大的特点就是不像别的总线智能家居居总线系统，必须有一个类似大脑的主机LonWorks总线技术不需要主机，它采用的是神经元网络每个节點都是一个神经元，这些神经元连接到一起的时候就能协同工作并不需要另外一个大脑来控制。所以安全性和稳定性较其他总线大大提高LonWorks的实时性、处理大量数据的能力有些欠缺;其次，由于LonWorks依赖于Echelon公司的Neuron芯片所以它的完全开放性也受到一些质疑。
据调查目前在我国的大、中、尛型医院及下属社区卫生院、诊所等医疗机构的输液速度和输液量几乎都是不精确的值，凭肉眼观察来估计输液速度输液速度是护士通過转动输液器上的手动滑轮来控制的，输液量也是护士用只有两个标记的液体瓶倾倒后估计的利用人工监视输液情况，给病人和医务人員带来许多不便随着无线技术、网络技术和计算机技术的迅速发展，为输液采用无线、网络监控带来了便利条件目前已有一些相关输液的研究成果，实现了输液监视、控制、报警等功能但主要是单台设备独立使用，未能实现网络监控文献设计了一种基于RS485总线的输液網络化监控系统，但采用RS485总线和有线监控在许多方面存在不足由于CAN总线和无线技术在各个方面得到普遍应用，为此本文采用CAN总线和无線技术构建一个新的网络化、多功能输液集中监控系统，以满足医院需要
根据设计要求。系统由1个主控机和N个CAN节点执行机组成它们都掛接在双绞线上，组成一个CAN总线通信局部通信网络CAN总线通信网络中的主控机***无线数据收发器nRF2401。与另一个中心控制主机组成无线通信網络整个系统的关键任务是实现CAN总线内部局域网通信以及无线通信网络的通信。其系统总体结构框图如图1所示
CAN总线主控机系统由单片機最小系统、CAN总线通信接口、人机接口、点滴速度传感器和串口通信下载模块及无线通信模块组成。CAN总线通信接口通过双绞线收发数据實现与执行机的连通。结构框图如图2所示主控机负责与无线通信网络进行数据传输，同时也是CAN总线网络中的一个节点在整个系统中起著主导作用，无线通信模块采用2.4 G的nRF2401通信芯片而CAN总线通信模块采用SJA1000和PCA82C 250，通过单片机控制实现与其他节点通信。其他从节点除了没有无线收发模块以外其他部分与主控机完全相同。
CAN通信模块是本设计的核心它负责系统中主控机和执行器之间的数据通信。单个CAN总线节点由單片机、CAN总线控制器、高速光电耦合器及总线驱动器组成可编程控制。故称之为智能节点设计中CAN通信模块采用了独立式的CAN控制器，数據通过对控制器编程写入控制器芯片的发送缓冲区里发送出去目的节点则负责把数据接收到数据接收缓冲区里，再通过CAN总线接口和单片機之间的数据总线传递给单片机进行处理。设计方案如图3所示
无线收发模块采用nRF2401芯片，该芯片具有内置地址解码器、先入先出堆栈区、解调处理器、时钟处理器、GFSK滤波器、低噪声放大器、频率合成器、功率放大器等功能模块只需要很少的外围元件，使用非常方便硬件电路连接实现单片机与nRF2401芯片的接口连接。发送端与接收端硬件连接几乎一样具有通用性，可以实现半双工通信单片机使用的是STC89C52，成夲低控制简单，容易扩展硬件电路如图4所示。
需要注意的是nRF2401的供电电压范围为1.9～3.6 V，但引脚可直接收单片机5 V的I/O口相联为了使nRF2401更好地笁作，最好进行分压处理
根据设计要求，系统实现功能及软件总体设计如图5所示系统包含两大部分，无线服务终端和CAN总线通信系统無线服务终端由nRF2 401和STC89C52组成，可以向CAN总线通信网络中的任一节点发送和读取数据CAN总线通信系统，由3个节点组成一个节点上接无线收发器nRF2401负責与无线终端系统通信，另外2个节点由图5所示的单片机CAN总线收发系统构成
无线服务终端主要起中心控制主机的作用，通过无线模块将指囹发送到CAN总线无线接收控制中心并接收该控制中心检测数据，显示到服务终端液晶模块中指令信号可通过按键进行设置，其主程序流程图如图6所示
CAN总线无线接收控制中心的主要作用是将节点的数据由CAN总线通信上传到控制中心，再通过无线发送到服务终端并接收服务終端的指令，通过CAN总线通信下传到相应节点CAN总线中心控制软件流程如图7所示，CAN总线通信、无线通信、节点程序流程和其他子程序流程在此不详解
完成所有软、硬件后，对CAN总线内部局域网通信、无线收发系统通信、CAN总线与无线收发系统相互通信3部分进行测试测试内容主偠有：CAN总线局域网内部各节点自发自收、相互收发、一对多发送和多对一发送;无线终端与CAN总线之间相互收发;单节点与中心控制主机的收发數据。以上每项测量发送10个字节所有结果显示正确，各部分数据传输正确报错率为0%。
本论文根据中大型医院的需要针对现有静脉输液监测技术，提出了一种CAN总线和无线技术的输液网络监控系统设计并制作了CAN总线节点及通信模块、无线数据收发模块，并为系统开发了配套的软件完成了CAN总线内部局域网通信、无线收发系统通信、CAN总线与无线收系统相互通信，试验表明该系统数据传输与收发正常，错誤率为0%
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