【正文】 51 單片機(jī)作微處理器，應(yīng)急燈單元也用MCS51 系列單片機(jī)作 微處理器。 單片機(jī)因為其性能十分穩(wěn)定、適應(yīng)能力強(qiáng)，并且開發(fā)價格低廉、門檻低，非常適用于工業(yè)控制中。 主控制器和應(yīng)急燈單元共同構(gòu)成多單片機(jī)通信系統(tǒng)，應(yīng)急燈嵌入的單片機(jī)主要完成應(yīng)急燈狀態(tài)采集、點(diǎn)亮或熄滅應(yīng)急燈的功能，并與主控制器進(jìn)行通信。應(yīng)急燈的狀態(tài)及時送往上位主控制器，并在主控制器上顯示出來，如果是故障狀態(tài)則主控制器會有相應(yīng)的聲光顯示。 隨著科技的進(jìn)步和社會的發(fā)展，單體建筑的面積越來越大，建筑高度越來越高，聚集的人員越來越多，當(dāng)建筑物內(nèi)部發(fā)生火災(zāi)時，造成人員嚴(yán)重傷亡的危險性越來越大，所以良好的應(yīng)急照明系統(tǒng)是一個相 當(dāng)重要的安全設(shè)施，是保障建筑物內(nèi)人員安全、及時疏散的前提，并且利于救援工作的順利進(jìn)行，從而最大限度地減少人員的傷亡和降低財產(chǎn)的損失。本課題設(shè)計的智能應(yīng)急燈主要用于消防領(lǐng)域。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，正常供電可能無法使用，這時候智能應(yīng)急燈就為撤離人員和消防人員提供了應(yīng)急照明。 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 智能應(yīng)急燈系統(tǒng)的設(shè)計 2 第一章 智能應(yīng)急燈系統(tǒng) 智能應(yīng)急燈背景介紹 所謂應(yīng)急照明，是指在非正常狀態(tài)下才使用的照明設(shè)施，包括：備用照明、疏散照明、安全照明。隨著我國綜合國力的不斷增強(qiáng)，人民生活水平的日益提高，公眾聚集場所越來越多，公眾聚集場所火災(zāi)事故也日趨 頻繁，特別是群死群傷惡性火災(zāi)時有發(fā)生，不但造成了大量人員傷亡，而且影響了社會政治穩(wěn)定。 消防應(yīng)急燈具作為一種重要的消防器材，廣泛應(yīng)用于賓館、商場、娛樂場所等公眾聚集場所，其功能是這些場所發(fā)生火災(zāi)斷電后，應(yīng)急燈具自動照明，引導(dǎo)被困人員疏散。消防應(yīng)急疏散照明技術(shù)是一項重要的救生疏散技術(shù)。近幾年，隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，高大而復(fù)雜的智能建筑日益增多，對消防安全的要求越來越高，消防應(yīng)急燈具的品種不斷增多 (如表 )，性能不斷改進(jìn)，技術(shù)水平有了很人提高。 按功能分 照明或標(biāo)志照明和標(biāo)志消防應(yīng)急燈 按工作方式分 持 續(xù)工作型、非持續(xù)工作型 按應(yīng)急供電方式分 自帶電源型、集中電源型 按工作實(shí)現(xiàn)方式分 獨(dú)立控制型、集中控制型、字母控制型 按安裝高度分 高位安裝型、低位安裝型、高低位復(fù)合安裝型 按用途分 消防應(yīng)急照明燈、消防應(yīng)急標(biāo)志燈、消防應(yīng)急照明標(biāo)志燈 表 消防應(yīng)急燈的分類 歐美等發(fā)達(dá)國家消防應(yīng)急疏散照明技術(shù)發(fā)展較早、較快，一直處于領(lǐng)先地位，上述各種燈具已被大量生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用。我國起步較晚，但近年來發(fā)展也很快。目前，國內(nèi)已申請到國家公安部消防產(chǎn)品認(rèn)證的應(yīng)急燈制造商大約 300 余家，但產(chǎn)品質(zhì)量、性能和品 種同發(fā)達(dá)國家相比還有一定的差距。只有少數(shù)大型企業(yè)及一些合資企業(yè)的產(chǎn)品與國外產(chǎn)品相差無幾，并向智能環(huán)保型方向發(fā)展，但價格稍高。現(xiàn)在，自帶電源獨(dú)立控制型消防應(yīng)急燈具是我國的主要應(yīng)急燈具產(chǎn)品。 相關(guān)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 目前蓄電池供電方式主要采用如下兩種形式：一種是獨(dú)立式供電，每個應(yīng)急燈無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 智能應(yīng)急燈系統(tǒng)的設(shè)計 3 自帶備用蓄電池，平時由市電供電，只有當(dāng)市電電源切斷時，備用電源才自動投入運(yùn)行；另一種是采用集中式供電，每個應(yīng)急燈本身不帶電源，市電故障時，由專用集中式應(yīng)急電源供電。針對兩種不同的供電方式必須提供不同的內(nèi)部控制電路。本文設(shè)計 的控制電路是獨(dú)立式供電的應(yīng)急燈具。 目前國內(nèi)大部分的應(yīng)急燈具采用的都是由分離器件搭配通用 lC(如 55 LM358)構(gòu)建控制系統(tǒng)。國家對消防應(yīng)急燈具有完整的國家標(biāo)準(zhǔn) (GBl79452020)，要求應(yīng)急燈具具備完善的 應(yīng)急 轉(zhuǎn)換、充電保護(hù)和故障檢測、保護(hù)和顯示等功能，這要求有當(dāng)數(shù)量的分離元件，同時對單個元件的特性要求也較高。部分廠商出 于 降低成本的目的，只能提供應(yīng)急轉(zhuǎn)換、充電計時等功能，而不能完整的提供的故障檢測、故障顯示和保護(hù)等國家標(biāo)準(zhǔn)所強(qiáng)制要求達(dá)到的指標(biāo)。國內(nèi)市場也出現(xiàn)了應(yīng)急燈具的控制芯片，但是其存在的主要問 題： 。大多采用慢速充電的方式給 應(yīng) 急電源進(jìn)行持續(xù)充電，應(yīng)急電源充滿后沒有涓流充電過程，容易導(dǎo)致應(yīng)急電源的過充； ，不能適應(yīng)于不同型號的電池 ； ； 工 作時間達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求的 90min； 止 電壓偏低，未能滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定額定電壓要求的 80％； 85％。 課題意義及其目的 據(jù)權(quán)威人士估計，全國應(yīng)急燈一年的市場總需求量大概在 4 億左右。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、社會安全 意識的提高，對公眾安全的要求只會越來越高，意味著應(yīng)急燈具市場必然從不成熟走向成熟。目前的應(yīng)急燈具大部分不同程度的存在著質(zhì)量不過關(guān)、安全隱患，直接威脅到公眾的安全。造成這種局面的直接原因來源于應(yīng)急控制電路。設(shè)計安全性能更好、穩(wěn)定性更高的消防應(yīng)急燈控制芯片是必然的趨勢。 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 智能應(yīng)急燈系統(tǒng)的設(shè)計 4 第二章 智能消防應(yīng)急燈工作原理 常用智能消防應(yīng)急燈 自 19 世紀(jì) 40 年代開始，國家及地方權(quán)威性機(jī)構(gòu)就明文規(guī)定了應(yīng)急燈在商業(yè)樓房，工業(yè)設(shè)施及公共場所方面 的使用，以確保人們遠(yuǎn)離由于火災(zāi)或其他事故引起的恐慌所帶來的對生命財產(chǎn)安全的威脅。應(yīng)急燈廣泛運(yùn)用于大型場所如銀行營業(yè)廳，商場等人口聚集比較多的地方，以有效的確保外出人員的安全。 目前市場上應(yīng)急燈按應(yīng)急供電方式分為：自帶電源型和集中電源型。自帶電源型自帶備用蓄電池，平時由市電供電，只有當(dāng)市電電源切斷時，備用電源自動投入運(yùn)行；集中電源型單個本身不帶電源，市電故障時，由專用集中式應(yīng)急電源供電。 自帶電源型智能消防應(yīng)急燈具工作原理 自帶電源型消防應(yīng)急燈具主要由以下器件構(gòu)成：應(yīng)急燈具、蓄電池、控制電路、狀態(tài)顯示 燈、測試開關(guān)等。對于常明應(yīng)急疏散標(biāo)志燈和應(yīng)急疏散照明燈米說，由于應(yīng)用要求的多樣性，他們在這些元件的選擇上也會有很大的差異。下面簡要說明兩種應(yīng)急燈具的器件構(gòu)成和工作原理。 常明應(yīng)急疏散標(biāo)志燈的工作原理：如果市電電壓正常，則狀態(tài)指示燈綠燈、充電狀態(tài)燈 (紅燈 )亮，故障指示燈滅，控制電路控制開關(guān)電源給 LED 燈供電，保持疏散顯示正常，同時控制電路檢測市電電壓、電池電壓和光源，提供充電回路給蓄電池進(jìn)行慢速充電；如果慢速充電完成，則充電指示紅燈滅。如果在市電正常情況下，出現(xiàn)電池開路、電池短路等故障，故障指示燈 (黃燈 )亮， 提示管理人員需要對系統(tǒng)進(jìn)行檢查和維修；當(dāng)市電電壓低于應(yīng)急轉(zhuǎn)換電壓時，控制電路轉(zhuǎn)入應(yīng)急狀態(tài)，此時備用電源和光源的同路被打開，保證光源能正常的二作；當(dāng)電池電壓低于規(guī)定的放電電壓時，控制電路應(yīng)斷開電池的所有放電回路，同時整個控制電路應(yīng)停止工作以避免蓄電池的漏電。 應(yīng)急疏散照明燈的工作原理和常明急疏散燈類似，不同的是市電正常情況下，光源不亮，應(yīng)急疏散照明燈應(yīng)能檢測光源開路與否，如果出現(xiàn)故障，指示燈應(yīng)亮。 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 智能應(yīng)急燈系統(tǒng)的設(shè)計 5 本智能消防應(yīng)急燈設(shè)計的總體結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)硬件設(shè)計 該系統(tǒng)主要由主控制器和應(yīng)急燈單元兩部分構(gòu)成。主 控制用 MCS51 單片機(jī)作微處理器，應(yīng)急燈單元也用 MCS51 系列單片機(jī)作微處理器。主控制器和應(yīng)急燈單元共同構(gòu)成多單片機(jī)通信系統(tǒng)，應(yīng)急燈嵌入的單片機(jī)主要完成應(yīng)急燈狀態(tài)采集、點(diǎn)亮或熄滅應(yīng)急燈的功能，并與主控制器進(jìn)行通信。應(yīng)急燈的狀態(tài)及時送往上位主控制器，并在主控制器上顯示出來，如果是故障狀態(tài)則主控制器會有相應(yīng)的聲光顯示。 主 控 制 器應(yīng) 急 燈 第 * 號 燈 應(yīng) 急 燈 第 * 號 燈 應(yīng) 急 燈 第 * 號 燈應(yīng) 急 燈 第 * 號 燈 應(yīng) 急 燈 第 * 號 燈 應(yīng) 急 燈 第 * 號 燈 圖 1 主控制器與分散應(yīng)急燈之間連接原理框圖 應(yīng)急燈單元 應(yīng)急燈狀態(tài)主要有應(yīng)急燈應(yīng)急狀態(tài)、故障狀態(tài)、充電和主電狀態(tài)。應(yīng)急燈的狀態(tài)采集由單片機(jī)完成。用 3 個發(fā)光二極管來表示應(yīng)急燈的 4 個狀態(tài)，同時留出串行通信口和主控制器進(jìn)行通信。本設(shè)計主要完成應(yīng)急燈單元的設(shè)計，結(jié)構(gòu)框圖見圖 2。 圖 2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 智能應(yīng)急燈系統(tǒng)的設(shè)計 6 第三章 硬件電路分析 電源模塊 圖 3 為電源模塊框圖，圖 4 為此模塊的電路圖。下面將對每一模塊所需用的器件進(jìn)行選型，并分析每個模塊所要完成的功能。 電 源整 流 濾 波整 流 濾 波穩(wěn) 壓穩(wěn) 壓電池充電電池監(jiān)視電池充電電池監(jiān)視單 片 機(jī) 模 塊通 信 模 塊 圖 3 電源模塊框圖 無錫科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 智能應(yīng)急燈系統(tǒng)的設(shè)計 7 D3D I O D ED1D I O D EQ1N P NQ2P N PQ4P N P1234D2B R I D G E 11234D1B R I D G E 1V i n1GND2V o u t3U77 8 0 9C34 7 0 u FC51 0 0 0 u FV i n1GND2V o u t3U87 8 0 94 . 7 KR 2 0R 2 3R E S 2R 2 2R E S 2R 2 7R E S 2C61 0 0 0 u FC74 7 0 u FC80 . 1 u FU12 2 0 vB T 16vV C CQ5P N PQ6N P NR 2 8R E S 2R 2 9R E S 2R 3 0R E S 2G N DG N DG N D4 . 7 KR 2 1Q3N P NR 2 4R E S 2R 2 5R E S 2R 2 6R E S 2V C CR 1 34 . 7 K4 . 7 KR 1 6R 1 5R E S 2R9R E S 2R 1 4R E S 2R 1 1R E S 2R 1 04 . 7 KR 1 2R E S 2Q 1 2N P NQ7N P NQ 1 1P N PQ 1 0P N PV c cQ8P N PD4D I O D EB T 26vG N DQ9N P NG N DR 1 7R E S 2R 1 8R E S 2R 1 9R E S 2P 2 .0P 2 .1P 1 .5P 1 .6I N 1P2.0P2.1I N 22A3V14vR?R E S 22A3V24v3 6 kR E S 2V i n1GND2V o u t3U97 8 0 6V i n1GND2V o u t3U 1 07 8 0 69v9vC81 0 0 u FC91 0 0 u FG N DD1D I O D EG N D 圖 4 電源模塊電路圖 主電電路 1）電源穩(wěn)壓器 LM78XX 系列主要有 LM71 LM70 LM705 和 LM733 等幾種，都是三端電源，在單片機(jī)中最為常用的有 LM705 和 LM733 兩類。這些元件都使用了電流限制、熱關(guān)斷和安全區(qū)補(bǔ)償技術(shù)，使他們在大多數(shù)工作條件下都非常穩(wěn)定可靠。如果采用合適的散熱器，他們的輸出電流可以超過 。 圖 4 中的 U7/U8/U9/U10 為 LM78XX 系列電源穩(wěn)壓器，其引腳分布及功能如表 及圖 5 所示。此元件使用了 7806 輸出 6V電壓， 7809 輸出電壓為 9V。 引腳編號 引腳符號 引腳功能 1 Vin 電源輸入端 2 GND 接地端 3 Vout 電源輸出端 表 LM78XX 系列電源穩(wěn)壓器引腳功能一