【導(dǎo)讀】設(shè)計(jì)一種新穎的獨(dú)立式應(yīng)急照明系統(tǒng)。以C8051F330微處理器為核心，采用變壓整流/. 逆變電路復(fù)用結(jié)構(gòu)，具有并網(wǎng)能饋方式的自動(dòng)維護(hù)性定時(shí)放電等功能。介紹了主要部分的結(jié)。構(gòu)、工作原理、PWM恒流充電及SPWM逆變控制算法。護(hù)的強(qiáng)度，提高了電能利用率，保障了設(shè)備在應(yīng)急狀態(tài)下更高的可靠性，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。時(shí)，更是將保障人民群眾的生命及財(cái)產(chǎn)的安全放在了首要位置。困人員安全逃生和消防人員及時(shí)撲救，應(yīng)急照明將起到非常重要、關(guān)鍵的作用。的正常出口和應(yīng)急出口，及通向疏散樓梯間或防煙樓梯間前室等處。為避免火災(zāi)時(shí)煙霧的影響，出口。則距地高度不宜大于1米。自動(dòng)扶梯上方及火災(zāi)報(bào)警按鈕、消防設(shè)施的附近等處。般場(chǎng)所采用部分照明燈作為備用照明，其照度應(yīng)不低于正常照度的10%。疏散照明和備用照明均宜選專用照明燈具。

　　

【正文】 模式）信號(hào) RB0、市電正負(fù)半周識(shí)別信號(hào) RB1及市電異常掉電 /復(fù)電中斷（變化沿模式）信號(hào) RB4，另外待機(jī)狀態(tài)下為系統(tǒng)提供定時(shí)時(shí)鐘信號(hào) RC0。電源狀態(tài)檢測(cè)部分主要信號(hào)波形如圖 所示。 圖 電源隔離 /狀態(tài)檢測(cè)部分 圖 電源狀態(tài)檢測(cè)部分主要信號(hào)波形 電流檢測(cè)部分如圖 所示，一個(gè)帶有失調(diào)電壓補(bǔ)償 的同相放大電路，輸入為 取樣電阻。由于系統(tǒng)中輸入信號(hào)小于 ，加之取樣回路時(shí)間長數(shù)過小，不宜采用一般的濾波平均采樣方式，故此處直接進(jìn)行電流脈沖信號(hào)的放大及采樣。 這個(gè)方案的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)恒流充電軟件控制算法相對(duì)簡單。 系統(tǒng) PWM控制部分如圖 所示，包括充電狀態(tài)下的 PWM恒流控制及能饋 /應(yīng)急狀態(tài)下的 SPWM 逆變控制。 圖 SPWM 控制 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件流程設(shè)計(jì) 本課題的軟件部分設(shè)計(jì)采用匯編語言實(shí)現(xiàn)，通過此典型系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)主要完成以下的功能： 1. 典型電源狀態(tài)監(jiān)控及工作狀態(tài)切換。 2. 電池電壓、充電電流采集軟件（ 1012 位 ADC 分辨率）。 3. 環(huán)境溫度、光照度檢測(cè)采集軟件。 4. 典型 51 內(nèi)核的單片機(jī)系統(tǒng)軟件。 5. 蓄電池維護(hù)性 SPWM 放電系統(tǒng)軟件（維護(hù)性定時(shí)、放電速率調(diào)節(jié)、放電方式）。 常規(guī)可靠性設(shè)計(jì)。 主程序流程 系統(tǒng)一般處于待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)市電過零檢測(cè)信號(hào)中斷 發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)入掉電檢測(cè)和市電恢復(fù)檢測(cè)程序，圖 ，如果確認(rèn)主電網(wǎng)掉電，則進(jìn)入應(yīng)急態(tài)，主程序流程圖見附錄Ⅰ。 圖 掉電 /恢復(fù)檢測(cè)流程圖 當(dāng)過零中斷時(shí)，啟動(dòng)掉電檢測(cè)定時(shí)器 T0，設(shè)定為 3 個(gè)周期（ 60ms），如果在 3 個(gè)周期內(nèi)，沒有收到過零中斷信號(hào)，則可認(rèn)為市電掉電，進(jìn)入應(yīng)急照明態(tài)。 在應(yīng)急照明狀態(tài)中，如果電網(wǎng)回復(fù)供電，則去市電恢復(fù)檢測(cè)程序，如果恢復(fù)供電，則結(jié)束應(yīng)急態(tài)。 市電過零中斷發(fā)生后，開始過零信號(hào)計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到 5，即有 5 個(gè)周期的過零中斷信號(hào)，則認(rèn)為電網(wǎng)已經(jīng)恢復(fù)供電，立即進(jìn)去充電狀態(tài)。 應(yīng)急照明程序流程 圖 應(yīng)急態(tài)流程 系統(tǒng)部分程序設(shè)計(jì) 本程序?qū)崿F(xiàn)應(yīng)急照明系統(tǒng)幾個(gè)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)自我維護(hù)，提高了安全性，可靠性，程序見附錄Ⅱ。 5 研究結(jié)果 結(jié)果與討論 采用上述設(shè)計(jì)，在系統(tǒng)應(yīng)急狀態(tài)下從 NMOSFET 柵極及市電側(cè) 220V/20W 應(yīng)急照明白熾燈兩端最終獲得的控制驅(qū)動(dòng)及逆變輸出信號(hào)波形如圖 所示。 鉛酸蓄電池電壓具有負(fù)的溫度系數(shù)，即環(huán)境溫度每升高 1℃，單格蓄電池浮充電壓約減小 4mV；另外，不同的放電速率亦使得蓄電池放電終止電壓有 所變化。綜合考慮上述因素，確定系統(tǒng)中采用的 12V/5Ah 蓄電池基本的（ 25℃）充 /放電終止電壓為 及 。可知在蓄電池終止放電前系統(tǒng)在能饋 /應(yīng)急狀態(tài)下可以產(chǎn)生的等效逆變輸出交流電有效值最低時(shí)理論上約為 ，此亦為系統(tǒng)在蓄電池隨著放電端電壓不斷下降情況下為保持逆變輸出電壓穩(wěn)定，微處理器 SPWM 實(shí)時(shí)調(diào)控的目標(biāo)值。無須質(zhì)疑，直接采用變壓器整流繞組，無法獲得正常的能饋 /逆變電壓輸出。因此，可以看出系統(tǒng)在能饋 /逆變狀態(tài)下，需要繼電器切換改變變壓器的變比實(shí)現(xiàn)。此處的另一實(shí)現(xiàn)方案是，在逆變前首先采用 DC/DC 變換，以取得足夠高的逆變直流電壓。 至于系統(tǒng)并網(wǎng)能饋維護(hù)性放電的放電量及放電時(shí)間間隔（系統(tǒng)待機(jī)時(shí)間）與蓄電池容量、壽命等之間的變化關(guān)系目前在理論上還沒有引起更多的關(guān)注。因此，為防止應(yīng)急狀態(tài)隨時(shí)出現(xiàn)并提高其適應(yīng)能力，在時(shí)間間隔（ 35 個(gè)月）條件滿足的條件下，系統(tǒng)維護(hù)性放電只發(fā)生在 24 小時(shí)中亮度參數(shù)最高的時(shí)段，放電量亦限定在其總?cè)萘康?1/3 左右。當(dāng)然，如果想完全避免維護(hù)性放電剛剛結(jié)束可能出現(xiàn)應(yīng)急狀態(tài)的最惡劣之情況，亦可考慮適當(dāng)提高系統(tǒng)蓄電池的選擇容量。另外，系統(tǒng)充電態(tài)如果發(fā)現(xiàn)蓄電池端電壓低于下限電壓（ 10V），會(huì)及時(shí)啟動(dòng)一個(gè)電壓異常監(jiān)測(cè)定時(shí)，當(dāng)此電壓一定時(shí)間內(nèi)隨著充電沒有回升時(shí)，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警。反之，如果充電態(tài)發(fā)現(xiàn)該端電壓上升過快現(xiàn)象，系統(tǒng)同樣會(huì)產(chǎn)生聲光警示。 技術(shù)創(chuàng)新及特點(diǎn) 本項(xiàng)目在以下幾個(gè)方面進(jìn)行了重點(diǎn)研究： 1. 在實(shí)現(xiàn)定期自主維護(hù)放電的基礎(chǔ)上對(duì)比照明、逆變回饋、負(fù)載電阻等不同放電方式的電路結(jié)構(gòu)、成本、可靠性等技術(shù)指標(biāo)。 2. 研究了放電周期、放電程度與蓄電池的容量變化及壽命關(guān)系。 3. 研究了放電時(shí)機(jī)、程度與突發(fā)事件應(yīng)對(duì)能力的關(guān)系。 在上述研究的基礎(chǔ)上，形成的設(shè)計(jì)方案特點(diǎn)主要體現(xiàn)在 以下幾個(gè)方面： 1. 創(chuàng)新性設(shè)計(jì)采用了系統(tǒng)整流、逆變電路復(fù)用，電源、充電、逆變變壓器復(fù)用，降低了設(shè)備結(jié)構(gòu)成本。 2. 采用單片機(jī)場(chǎng)超長定時(shí)技術(shù)（ 16 月），對(duì)典型單體應(yīng)急照明設(shè)備自動(dòng)進(jìn)行定期并網(wǎng)能饋型放電維護(hù)。 3. 正常情況下，通過單片機(jī)對(duì)蓄電池電壓曲線的采樣監(jiān)測(cè)對(duì)具有潛在危害（如蓄電池容量嚴(yán)重下降等）及損壞（如充電電路故障等）的應(yīng)急照明設(shè)備及時(shí)發(fā)現(xiàn)并提出聲光等形式報(bào)警，提高了應(yīng)急照明保障系數(shù)。 4. 采用 SPWM 脈寬控制逆變技術(shù)以提高蓄電池維護(hù)性放電及設(shè)備運(yùn)行效率，在減少并網(wǎng)高頻干擾的技術(shù)下實(shí)現(xiàn)了節(jié)能。 主要技術(shù)指標(biāo) 具有并網(wǎng)能饋方式自動(dòng)維護(hù)性定時(shí)放電功能的獨(dú)立式應(yīng)急照明系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)如下： 1. 公網(wǎng)交流電輸入范圍： 180V240V 2. 充電方式及電流： PWM 恒流控制， 1A 3. 應(yīng)急照明（逆變）輸出功率： 1820W/220V 4. 應(yīng)急照明啟動(dòng)時(shí)間（總）：≤ 5. 應(yīng)急照明時(shí)間：≥ 1 小時(shí)維護(hù)性放電方式及時(shí)間間隔：自動(dòng)， 15 個(gè)月可選 6. 蓄電池容量： 12V/4Ah 7. 充電終止電壓： 8. 放電終止電壓： 10V 研究結(jié)論 以微處理器 c8051f330芯片為核心構(gòu)成的具有并網(wǎng)能饋方式自動(dòng)維護(hù)性定時(shí)放電功能的獨(dú)立式應(yīng)急照明系統(tǒng)具有傳統(tǒng)應(yīng)急照明系統(tǒng)的一切管理、控制功能。 整流 /逆變部分合而為一的方案很大程度上簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并取得了較為理想的輸出結(jié)果。 并網(wǎng)能饋方式自動(dòng)維護(hù)性定時(shí)放電功能使得應(yīng)急照明系統(tǒng)在減小日常維護(hù)強(qiáng)度提高電能利用效率的同時(shí)，保障了設(shè)備在應(yīng)急狀態(tài)下更高的可靠性。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該系統(tǒng)減小了日常維護(hù)的強(qiáng)度，提高了電能利用率，保障了設(shè)備在應(yīng)急狀態(tài)下更高的可靠性，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 鑒于本項(xiàng)目提出的應(yīng)急照明設(shè)備智能維護(hù)系 統(tǒng)在結(jié)構(gòu)，可靠性、免于維護(hù)及節(jié)能等諸方面的優(yōu)點(diǎn)，期望會(huì)有較理想的社會(huì)價(jià)值及經(jīng)濟(jì)效益。 參考文獻(xiàn) [1] 崔永剛 .智能電池 Smart . 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[20].師公社等。并網(wǎng)能饋維護(hù)性放電應(yīng)急照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .西安工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) 2020（ 1） 5861 致謝 感謝導(dǎo)師師公社老師長期以來的指導(dǎo)和教誨。師老師嚴(yán)以律己、寬已待人的崇高品質(zhì)以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度對(duì)學(xué)生將是永遠(yuǎn)的鞭策。 作者在攻讀學(xué)士學(xué)位期間得到了師公社老師大量的幫助。師老師淵博的學(xué)識(shí)、敏銳的思維、民主而嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖黠L(fēng)，使學(xué)生收益匪淺，終生難忘。 感謝我的學(xué)友和朋友們對(duì)我的關(guān)心和幫助。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論 文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 本人完全了解西安工業(yè)大學(xué)有關(guān)保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的規(guī)定，即：本科學(xué)生在校攻讀學(xué)士學(xué)位期間畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)屬于西安工業(yè)大學(xué)。本人保證畢業(yè)離校后，使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作成果或用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作成果發(fā)表論文時(shí)署名單位仍然為西安工業(yè)大學(xué)。學(xué)校有權(quán)保留送交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的原文或復(fù)印件，允許畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）被查閱和借閱；學(xué)?？梢怨籍厴I(yè)設(shè)計(jì)（論文）的全部或部分內(nèi)容，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 秉承學(xué)校嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)與優(yōu)良的科學(xué)道德，本人聲明所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）是我個(gè)人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的成果，不包含他人已申請(qǐng)學(xué)位或其他用途使用過的成果。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了致謝。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）與資料若有不實(shí)之處，本人承擔(dān)一切相關(guān)責(zé)任。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 附錄 A 主流程圖 附錄 B 系統(tǒng)部分程序 上電初始化程序： MOV CLKSEL,00000000B。系統(tǒng)時(shí)鐘取內(nèi)部高頻振蕩器 MOV OSCICL,00101101B。將高頻振蕩器校準(zhǔn)為 20MHZ MOV OSCICN,11000011B。SYSCLK 為高頻振蕩器輸出 MOV P0MDIN,11111110B。 為 A/D 模擬輸入 MOV P0MDOUT,11110011B。, 為漏級(jí)開路輸出， 為推娩輸 出 MOV P0SKIP,00001111B。, 被跳過 MOV P1MDIN,11110000B。 為模擬輸入 MOV REF0CN,00000011B。vref 為電壓基準(zhǔn)并把內(nèi)部電壓基準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)到 vref MOV AMX0P,00000000B。選擇 為為 A/D 正輸入通道 MOV AMX0N,00010000B。A/D 負(fù)輸入為 VREF MOV ADC0CF,00101000B。設(shè)置轉(zhuǎn)換時(shí)鐘控制位，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)左對(duì)齊 MOV ADC0CN,10000100B。設(shè)置定時(shí)器 2 溢出啟動(dòng) A/D MOV IDA0CN,10100001B。定時(shí)器 2 溢出觸發(fā)輸出更新， 1MA滿度輸出電流 MOV XBR1,01000000B。交叉開關(guān)使能 MOV XBR0,00000100B。=SDA,=SCL MOV SMB0CF,10001100B。SMBUS 配置設(shè)置 A/D 轉(zhuǎn)換模塊的程序：