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1、目目 录录 中文摘要 .1 英文摘要 .2 1 绪论 3 1.1 消防应急照明技术背景介绍 .3 1.2 相关技术的发展现状及趋势 .4 1.3 课题意义及其目的 .5 2 消防应急灯具工作原理 6 2.1 常用消防应急灯 .6 2.2 自带电源型消防应急灯具工作原理 .8 2.3 消防应急灯具的国家标准 .9 2.4 本消防应急灯设计的总体结构 11 2.4.1 系统硬件设计 11 2.4.2 应急灯单元 11 2.4.3 系统通信部分设计 12 3 硬件电路分析 .13 3.1 电源模块 13 3.1.1 主电电路 14 3.1.2 Li 电池模块15 3.2 单片机模块 18 3.2.1
2、 器件选型 19 3.2.2 分析电路 24 3.3 通信模块 24 3.3.1 器件选型 25 3.3.2 分析电路 28 4 软件分析 .29 4.1 主控制器软件设计 29 4.2 应急灯单元软件设计 29 4.2.1 电池检测软件流程图.30 5 抗干扰措施 .32 5.1 抗干扰技术 32 5.1.1 串模干扰及其抑制方法 32 5.1.2 共模干扰及其抑制方法 33 5.1.3 长线传输干扰及其抑制方法 34 5.2 抗干扰措施的设计 34 结论 35 谢辞 36 参考文献 37 1 摘 要 本文设计了一种基于单片机的应急灯控制器。该设计以 MCS-51 单片机 为核心，符合消防应
3、急灯具国家标准 GBl7945-2000。论文首先分析了消防应 急疏散照明的技术背景及目前的发展现状和未来的发展趋势，说明设计的意 义及目标。接着介绍了常用消防应急灯的分类，着重说明了自带电源消防应 急灯具的工作原理，提出了符合国家标准的总体结构框图。随后，合理的选 择了主要器件，给出了三个关键模块的具体电路图，包括电源模块、单片机 模块和通信模块，并分析其工作原理，实现了掉电检测与电源转换、电池状 态检测、光源状态检测以及 RS-485 通信等功能。在软件设计方面，分析了控 制器的工作逻辑，画出了系统主程序框图和电池开路、短路及正常状态分析 流程图。最后讨论了串模干扰、共模干扰及长线传输干扰
4、，并介绍隔离、屏 蔽以及滤波的抗干扰措施。 关键词：单片机，应急灯，消防，RS-485 通信 2 A Design of MCU-based Controller of Emergency Luminary Abstract This paper presents an emergency luminary controller based on single-chip microcomputer. The design uses the MCS-51 microcontroller as the core and meets the requirement of the national s
5、tandards for fire emergency luminary GBl7945-2000. Firstly, the technical background, the current study and the development trend of the fire emergency evacuation lighting as well as the significance and the objectives of this design are expound. Then, the classification of the fire emergency lumina
6、ry widely used and the principle of self-powered emergency luminary for fire fighting are highlighted. The overall structure diagram according to the national standard is also presented. Subsequently, after the key devices were reasonably chosen, the specific circuit diagram of three important modul
7、es including the power modules, the CPU module and the photo- electrical isolated communication module are presented. The operation of every module is analyzed. The functions of power-down detection, power conversion, battery state detection, lighting LED state inspection and RS-485 communication ar
8、e achieved. In the design of software, the work logic of the controller and the main block diagram of the system are introduced. The flowchart to analyze the three states of battery, open circuit, short circuit and the normal are drawn. Finally, the series mode interference, the common mode interfer
9、ence and the long-term transmission interference are discussed. Some anti-jamming measures, such as photo-electric isolation, shielding and filtering are described. Keywords:Single-chip microcomputer，Emergency luminary，Fire fighting，RS-485 communication 3 1 绪论绪论 1.1 消防应急照明技术背景介绍消防应急照明技术背景介绍 所谓应急照明，是
10、指在非正常状态下才使用的照明设施，包括：备用照明、疏 散照明、安全照明。随着我国综合国力的不断增强，人民生活水平的日益提高，公 众聚集场所越来越多，公众聚集场所火灾事故也日趋频繁，特别是群死群伤恶性火 灾时有发生，不但造成了大量人员伤亡，而且影响了社会政治稳定。这些火灾的发 生，大多是因为这些场所发生火灾时缺少必要可靠的应急照明和疏散指示，致使火 灾发生后被困人员不能及时疏散，被烟熏窜息而死1。 消防应急灯具作为一种重要的消防器材，广泛应用于宾馆、商场、娱乐场所等 公众聚集场所，其功能是这些场所发生火灾断电后，应急灯具自动照明，引导被困 人员疏散。消防应急疏散照明技术是一项重要的救生疏散技术。
11、近几年，随着国民 经济的高速发展，高大而复杂的智能建筑日益增多，对消防安全的要求越来越高， 消防应急灯具的品种不断增多(如表 1.1)，性能不断改进，技术水平有了很人提高1。 表表 1.1 消防应急灯的分类消防应急灯的分类 按功能分照明或标志照明和标志消防应急灯 按工作方式分持续工作型、非持续工作型 按应急供电方式分自带电源型、集中电源型 按工作实现方式分独立控制型、集中控制型、字母控制型 按安装高度分高位安装型、低位安装型、高低位复合安装型 按用途分消防应急照明灯、消防应急标志灯、消防应急照明标志灯 欧美等发达国家消防应急疏散照明技术发展较早、较快，一直处于领先地位， 上述各种灯具已被大量生
12、产和广泛应用。我国起步较晚，但近年来发展也很快。目 前，国内已申请到国家公安部消防产品认证的应急灯制造商大约 300 余家，但产品 质量、性能和品种同发达国家相比还有一定的差距。只有少数大型企业及一些合资 企业的产品与国外产品相差无几，并向智能环保型方向发展，但价格稍高。现在， 4 自带电源独立控制型消防应急灯具是我国的主要应急灯具产品1。 应急疏散照明技术未来发展有以下几大特点： 1.荧光灯、白炽灯光源技术被场致发光光源技术所取代 场致发光器件标志灯具具有节能、美观、表面亮度和匀光度都易控制等优点， 其耗电极低，发展前景广阔。我国过去曾长期使用荧光灯及自炽灯作为光源，其缺 点是效率低下，场致
13、发光器什的使用得益于技术的进步及智能建筑中的大量需求。 2.低位应急照明安装技术将得到广泛应用 低位应急照明技术是指在靠近地面或地面高度上提供疏散应急照明的一项新的 安装应用技术，与传统的高位安装技术相比，它具有特殊的优点和独到之处。传统 的高位应急照明安装技术常用于有较高天棚的较大空间和疏散走道的天棚或墙壁距 地面有一人高度的位置处，为空间和走道提供均匀的照度，并为走道提供清楚的信 息和方向标志，一般采用传统的持续型应急照明灯具和 8 瓦充电应急标志灯具。然 而，在更多的有限空间里，如带有相对低的天棚的走廊，高位应急照明系统提供的 照度往往不如低位应急照明系统。原因是当着火时，靠近地面处烟少
14、，氧气多，便 于人的匍匐行动；另一方面，低位应急照明系统采用能发出穿透烟强光的发光二极 管光源，可产生理想的局部高照度，使疏散人员更容易识别疏散走道，迅速而安全 地找到安全出口。所以，低位照明在火灾和其它应急情况下对于人的安全疏散十分 重要。在图纸设计上一般也主要采用这种作法。 3.向智能化、环保等高科技方向发展 新型的电力电子技术相结合的高科技电子产品，综合了计算机测量与控制技术、 电力电子逆变技术、网络通讯技术、系统在线检测等技术，组成了光机电一体化的 应急电源及应急照明系统产品，具有高效率、高技术含量、高可靠性的特点。并且 在减少谐波对电网的污染方面有较多的考虑。 1.2 相关技术的发展
15、现状及趋势相关技术的发展现状及趋势 目前蓄电池供电方式主要采用如下两种形式：一种是独立式供电，每个应急灯 自带备用蓄电池，平时由市电供电，只有当市电电源切断时，备用电源才自动投入 运行；另一种是采用集中式供电，每个应急灯本身不带电源，市电故障时，由专用 集中式应急电源供电。针对两种不同的供电方式必须提供不同的内部控制电路。本 文设计的控制电路是独立式供电的应急灯具。 5 目前国内大部分的应急灯具采用的都是由分离器件搭配通用 lC(如 555、LM358)构 建控制系统。国家对消防应急灯具有完整的国家标准(GBl7945-2000)，要求应急灯 具具备完善的应急转换、充电保护和故障检测、保护和显
16、示等功能，这要求有当数 量的分离元件，同时对单个元件的特性要求也较高。部分厂商出于降低成本的目的， 只能提供应急转换、充电计时等功能，而不能完整的提供的故障检测、故障显示和 保护等国家标准所强制要求达到的指标。国内市场也出现了应急灯具的控制芯片， 但是其存在的主要问题： 1.对电池的保护不够。大多采用慢速充电的方式给应急电源进行持续充电，应 急电源充满后没有涓流充电过程，容易导致应急电源的过充； 2.没有充电时间可选，不能适应于不同型号的电池； 3.应急照明灯和应急标志灯需要采用不同的控制芯片； 4.应急工作时间达不到标准要求的 90min； 5.终止电压偏低，未能满足标准规定额定电压要求的 80； 6.充放电耐久试验末次放电时间达不到首次放电时间的 85。 随着国家对消防措施的日益重视，对消防应急疏散灯具的要求越来越高，用功 能更加完善的控制芯片取代目前的由分离器件或简单控芯片构成的系统成为必然趋 势2。 1.3 课题意义及其目的课题意义及其目的 据应急灯行业权威人士估计，全国应急灯一年的市场总需求量大概在 4 亿左右。 随着国民经济的发展、社会安全意识的提高，对
